水電站增效擴容改造過程中常見問題分析

文科輝

摘 要：隨著我國經(jīng)濟和科技的迅速發(fā)展，人們對于生活質(zhì)量的要求更加嚴格，為了更好的提升節(jié)能減排的成效，水電站的水能資源開發(fā)是其中非常重要的一個方面。由于我國大多數(shù)水電站在建設(shè)初期由于技術(shù)含量低且時間悠久，就需要對水電站進行擴容改造，不然很難實現(xiàn)高效節(jié)能的要求。當然，在改造過程中也會出現(xiàn)各種各樣的實施問題，需要根據(jù)不同情況展開分析。本文結(jié)合洙津電站，對水電站增效擴容改造中存在的常見問題進行分析討論，并提出參考性的建議。

關(guān)鍵詞：水電站；增效擴容；改造；常見問題

中圖分類號：TV738 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0151-02

1 水電站發(fā)展現(xiàn)狀

水電站就是通過集中天然水流的落差而形成的水頭，經(jīng)過水輪機和發(fā)電機的運轉(zhuǎn)把集中的水能轉(zhuǎn)化為電能，再經(jīng)過升壓變壓器、輸電線路成為人們生活中可以用的電。與煤炭發(fā)電不同，水力發(fā)電是無污染的，而且水作為可再生能源，能夠降低運行成本。同時，水電站還具備控制洪水、提供灌溉用水的作用，甚至對旅游業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)都有很大的幫助。

我國水電站建設(shè)在具備良好發(fā)展前景的同時，也存在很多現(xiàn)實問題。早期建設(shè)的水電站，特別是小型水電站，由于建設(shè)時間久遠，早期投入低、起點低，早期技術(shù)設(shè)備相對落后，長時間運行以后，設(shè)備已經(jīng)陳舊不堪、隱患叢生，出力不斷下降、效益低下，急需進行改造。如座落于湖南省湘鄉(xiāng)市山棗鎮(zhèn)漣水河畔的洙津電站，于1974年6月由湖南省水利工程局編制計劃任務(wù)書，1975年編制工程概要，1975年10月開始興建，1978年建成投產(chǎn)，目前累計發(fā)電約10億千瓦時。該電站初建時起點并不低，但與現(xiàn)在的科技水平相比，是差距很大的。而且，在運行了這么長時間以后，現(xiàn)有機電設(shè)備普遍磨損、銹蝕、老化，效率下降，大部分設(shè)備按現(xiàn)在的標準來衡量，已經(jīng)屬于淘汰產(chǎn)品，已超過使用壽命，故障率高，運行維護成本高，全面更新改造很有必要。

增效擴容改造主要是指更新水電站的機電設(shè)備以及水工建筑物、機電金屬結(jié)構(gòu)等會對水電站產(chǎn)生影響的工程進行改造，從而達到實現(xiàn)水電站綜合能效和安全性能的全面提高的目的，能夠更加合理的利用水資源，在生態(tài)環(huán)境安全健康的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)水資源的高利用率。這也是改變當前水電站開發(fā)水資源利用率的最好的途徑之一，能為水電行業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益與社會效益。

2 水電站增效擴容改造的原因

2.1 能夠提高社會安全性能

增效擴容改造能夠在一定程度上解決水電站在運行中的安全問題，在各個方面提高安全性能。從水電站的運行人員和發(fā)電職工的角度看，增效擴容改造能夠改善他們的工作條件，并且減輕他們的工作壓力和工作強度，一旦水電站的經(jīng)濟效益有所提高，那么職工的經(jīng)濟收入也就得到了保障。從社會公眾的角度來看，增效擴容的技術(shù)改造能夠避免因發(fā)電職工失業(yè)所帶來的社會不穩(wěn)定，也對防洪、防旱有著重要的作用，保證了水電站的公共安全，減少安全事故。

2.2 能夠提高水電行業(yè)的經(jīng)濟效益

水電站在進行增效擴容改造后能夠?qū)崿F(xiàn)機器設(shè)備還有其他各個方面的升級更新，機組的能量轉(zhuǎn)換效率將大大提升。在水電站進行改造之后，發(fā)電量會實現(xiàn)大幅度的提升，提高了水資源利用率還有機組的運行效率。如洙津電站改造前裝機容量為3750kw，改造后裝機容量達到4950kw。而發(fā)電量的增加相應的也會增加其經(jīng)濟收入，而且在清潔高效的情況下實現(xiàn)了發(fā)電經(jīng)濟收入的增加，提高了水電行業(yè)的經(jīng)濟效益，也促進了社會的總體經(jīng)濟效益。

2.3 能夠改善生態(tài)環(huán)境

水資源是一種清潔的可再生的能源，發(fā)電站將水能轉(zhuǎn)化為電能不僅不會浪費水資源，而且還能夠節(jié)省更多的生產(chǎn)成本，減少煤炭、礦石等不可再生資源的使用，對于環(huán)境保護來說具有頗多益處。因此，水電站在增效擴容改造后能夠進一步提升水資源的利用率，加大電量輸出，改善能源的分配結(jié)構(gòu)，能夠減輕水電站開發(fā)對于生態(tài)環(huán)境的破壞程度，而且增效擴容改造是建立在不破壞生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上進行的，不但不會破壞環(huán)境資源，而且對生態(tài)環(huán)境來說有著長遠的益處，能夠同時兼顧經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境保護。

3 水電站增效擴容改造中所存在的問題

水電站的增效擴容改造雖然能夠帶來巨大的好處，但是也會產(chǎn)生各種問題，影響到水電站的運行效率。以下針對水電站運行的存在問題，提出增效擴容改造中會面臨的問題。

3.1 水資源的利用率低

過去建造的水電站由于當時的設(shè)計水平比較低，各種設(shè)備都比較欠缺，沒有辦法達到最好的運行效果，最終導致水輪機組的選型不夠恰當，效率基本保持在80%以下，不僅運行損耗嚴重而且能源利用效率低下。而且當時的經(jīng)濟水平有限，電站裝機容量很小，水資源浪費嚴重。水電站也不能很好的利用汛期流量，只能通過其他方式直接下瀉到下游，既是水資源的浪費，也限制了電能的增長。

3.2 水能與機組選型不匹配

中國不同地區(qū)的水文條件都不一樣，不同的水文條件對于水電站的建設(shè)方法有著很大的影響。因此，在選擇機組時也要根據(jù)地區(qū)的水文條件進行考慮。由于過去經(jīng)濟條件有限，用電量沒有現(xiàn)在大，采用的大多是一機一網(wǎng)的形式，所以在機組選型方面沒有過于考慮。機組選型不當，造成運行效率不高，就出現(xiàn)水能與機組選型不匹配的情況。這種情況也會導致大量的水被浪費掉?，F(xiàn)在隨著人們越來越離不開電，這種方式無法滿足用電量的現(xiàn)狀，水電站的裝機容量也需要進一步提升，通過增效擴容實現(xiàn)水電站的水能開發(fā)。

3.3 環(huán)境條件對機組造成影響

有的地區(qū)由于自身偏遠，加上環(huán)境條件可能并不是很好，就會對水輪機組的運行產(chǎn)生很大的影響。據(jù)調(diào)查，因環(huán)境條件造成的發(fā)電量下降達到15%左右。自然條件會對水輪機組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、定子或者是轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磨損，時間越長，其磨損程度就越嚴重。因此，自然環(huán)境條件對水電站機組的影響是不能忽視的，最終會造成水電站運行成本的提高，不利于經(jīng)濟效益的提高。

3.4 存在過多的安全隱患

受到過去的設(shè)計水平、施工技術(shù)的制約，大多數(shù)水電站的建設(shè)質(zhì)量并不是很高，加上長年累月的運行沒有進行改造升級，其壓力管道、引水設(shè)施、擋水設(shè)施等都會存在老化磨損的現(xiàn)象。一旦天氣狀況不好，受到暴雨等惡劣天氣的影響，水電站很容易發(fā)生安全事故。此外，水電站的水輪機的材質(zhì)較差，經(jīng)過泥沙的侵蝕很容易發(fā)生葉片變形等不良現(xiàn)象，直接導致水電站水能利用下降，甚至連最基本的安全運行都無法保證。

4 對水電站增效擴容改造過程中的建議

4.1 對老化設(shè)備進行更新改造

首先是水輪機的改造。轉(zhuǎn)輪是水輪機能量轉(zhuǎn)換的重要部件，水輪機的性能、水能的利用率都與轉(zhuǎn)輪的性能有關(guān)系，要根據(jù)水電站的級別選擇最為合適的機組。如洙津電站的原裝水輪機為HL23型水輪機，該款水輪機效率偏低、單位流量低小、空化性能差，后更新改造為XFCJ-35型號，水輪機的額定出力與對應的發(fā)電機出力均得到明顯提升。

其次是電氣設(shè)備。將原來的電氣設(shè)備都換成新型的，開關(guān)、變壓器也要換成最先進的。對于電站的測量和保護可以用新型的計算機監(jiān)控系統(tǒng)來代替職工，能夠及時發(fā)現(xiàn)水電站出現(xiàn)的故障和監(jiān)控實時情況，減少職員的工作強度，保證水電站的安全運行。如洙津電站通過采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，對于電站的測量和保護更加精準，運行班人員得到了大幅度精減。

再者就是調(diào)速器。更新后的調(diào)速器應具有與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的接點和通信接口?？梢愿脑斐蒠WY—600調(diào)速器，它采用了新的理念和技術(shù)，能夠更好的對水輪機導水葉進行二段關(guān)閉，對其拐點還有速度都可以更好的調(diào)節(jié)。

4.2 更換整機設(shè)備

前面所提到的設(shè)備更新是設(shè)備的局部更換，由于老水電站在過去對于水文資料的收集不全面，以及經(jīng)過長久的運行，設(shè)備磨損問題很嚴重，造成水資源的嚴重浪費。這種情況下，機組局部的配件更換已經(jīng)無法起到作用，只有通過整機更換才能夠解決水電站的問題。在更換整機設(shè)備時，要再次收集當?shù)厮臈l件的資料并進行充分研究分析，選擇最適合當?shù)丨h(huán)境的新型水輪發(fā)電機組。雖然這樣改造成本會有所提高，但是能夠讓水電站充分的利用水資源，提升機組的運行效率，經(jīng)濟效率隨之也就提高，不能夠因小失大。

4.3 增加水電站容量

有的水電站可能存在著有多余水量、平時棄水多、利用汛期棄水發(fā)電、調(diào)峰運行的情況，就需要進行增容改造。如洙津電站做為渠道引水型電站，在非灌溉期，大量渠水未得到有效利用。增效擴容后，渠水利用效率得到明顯提升，非灌溉期渠水基本得到充分利用。這個方面的改造要根據(jù)實際情況做出具體分析，設(shè)計出最佳的增容方案，才能夠有效的利用豐水期的水能，避免水資源浪費的現(xiàn)象出現(xiàn)，保證增容工作給水電站運行效率所帶來的好處。

4.4 重視水工設(shè)施

在水工設(shè)施中，輸水建筑物與水電站有著密不可分的聯(lián)系，影響極大。水電站盡量使用自流輸水的方式，能夠減少運行能耗，降低運行成本。這就需要水電站選擇一個合適的取水高度，以及合適的引水渠道縱坡，盡可能的將水頭損失還有工程量降到最低。提高水工設(shè)施的能效，對水電站的能效也有所幫助。

4.5 重視后期的維護

維護階段在水電站的增效擴容改造中扮演著十分重要的角色。前期的設(shè)備更換等技術(shù)層面上的措施是水電站改造的一部分，注重的是改造的功能性問題。在這個階段結(jié)束以后，需要工作人員進行后期的維修養(yǎng)護，初步觀察改造后的運行情況。同時也要安排值班人員定期的對水電站的內(nèi)部系統(tǒng)還有機組進行維護，在發(fā)現(xiàn)問題后要及時進行處理解決，盡可能的延長機組的運行壽命，對機組本身還有經(jīng)濟效益來說都是有益的，在增容改造的后期也要對水輪機組進行綜合整改。但是在改造后，往往很多水電站都不愿意再花費過多精力進行后期維護，缺少后期維護階段，那么增效擴容的改造只會得到事倍功半的效果，不利于機組長遠的運行。

5 結(jié)語

綜上所述，水電站的增效擴容改造，能夠保證水資源的利用率，從而提高水電站的運行效率。隨著國民經(jīng)濟的提高，環(huán)境資源的問題也越來越突出，實現(xiàn)水電站的增效擴容也是根據(jù)當前的實際情況出發(fā)而做出的判斷。重視水電站對于節(jié)能環(huán)保的重要性，真正做到清潔能源的使用。在水電站的增效擴容改造中，也需要注意現(xiàn)實問題，做到具體問題具體分析，確保工程安全，促進節(jié)能增效。

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