農(nóng)村小型水電站增效擴(kuò)容改造關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)研究

葉林波

(安徽省六安市金寨縣響洪甸水電站，安徽 六安 237335)

近年來(lái)，隨著小型水電站在農(nóng)村地區(qū)的覆蓋性建設(shè)，農(nóng)村用電問(wèn)題得到有效解決，水電站一方面保護(hù)著當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境；另一方面對(duì)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。但通過(guò)分析與觀察當(dāng)前大部分農(nóng)村水電站的實(shí)際應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，老化的設(shè)備、落后的維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)等都對(duì)其運(yùn)行效率的提升帶來(lái)制約與阻礙，要想充分發(fā)揮水電站的實(shí)用性功能，需要對(duì)增效擴(kuò)容改造工作予以重點(diǎn)關(guān)注。

1 農(nóng)村小型水電站增效擴(kuò)容的改造目標(biāo)

1.1 水工建筑物改造

將主廠(chǎng)房和副廠(chǎng)房的屋面防水部分予以全面整修，并將一層SBS材質(zhì)的防水卷材加鋪到防水層上。發(fā)電機(jī)層以上，對(duì)整個(gè)內(nèi)外墻面予以全面裝修，整修完內(nèi)墻后，刷兩道乳膠漆，做好地面部分大理石磚的鋪設(shè)作業(yè)；整修完外墻后，窗臺(tái)以下部分粘貼外墻磚，并刷涂氟碳漆。水輪機(jī)層，整修內(nèi)墻后，全面刷涂防水涂料，再刷涂乳膠漆兩道。副廠(chǎng)房、管理房、值班室等主要房屋內(nèi)，統(tǒng)一鋪設(shè)大理石地面磚。最后，檢查維護(hù)并系統(tǒng)處理發(fā)電引水系統(tǒng)，將碳纖維布粘貼在發(fā)電機(jī)層的次梁上，起到加固作用。采用PCS防碳化涂料，對(duì)升壓站的鋼筋混凝土支架予以全方位噴涂，并將升壓站鐵附件、金具等予以更換，疏浚尾水渠河道[2]。

1.2 發(fā)電機(jī)與電氣設(shè)備部分

對(duì)于小型發(fā)電站的發(fā)電機(jī)以及其他重要的電氣設(shè)備，計(jì)劃采取以下改造方式：(1)徹底改造4#發(fā)電機(jī)，改為空冷式結(jié)構(gòu)，保持與本站內(nèi)其他發(fā)電機(jī)相一致的運(yùn)行模式。由于其原來(lái)屬于雙水內(nèi)冷型，因此需要全部更新、替換其轉(zhuǎn)子磁軛、定子線(xiàn)圈、鐵芯以及轉(zhuǎn)子磁極線(xiàn)圈等，從而增大其額定容量。除此以外，在更換這一發(fā)電機(jī)的鐵芯時(shí)，還需要將發(fā)電機(jī)附帶的推力瓦、鏡板、以及上下油槽的油冷卻器等進(jìn)行全面更新，改造配套的閥門(mén)、管路及自動(dòng)化元件，更新消防、冷卻、制動(dòng)等附屬系統(tǒng)，包括其配套設(shè)施等。在改造1#～3#發(fā)電機(jī)設(shè)備時(shí)，需要處理定子絕緣，將轉(zhuǎn)子磁極線(xiàn)圈、鐵芯和轉(zhuǎn)子磁軛等部件予以更換，更新發(fā)電機(jī)內(nèi)部的冷卻器裝置。推力軸瓦、鏡板以及導(dǎo)瓦等發(fā)電機(jī)的零件部件也需全面更換，換新上、下油槽的油冷卻器。(2)更換110kV的開(kāi)關(guān)設(shè)備，采用適宜的防腐技術(shù)，處理110kV的出線(xiàn)鐵塔。(3)更換10kV高壓開(kāi)關(guān)柜、10kV出線(xiàn)母排，以及發(fā)電機(jī)的出口電壓互感器，更新動(dòng)力配電箱與低壓配電柜。(4)更換變電站內(nèi)部的照明系統(tǒng)，更換直流系統(tǒng)、二次屏柜以及勵(lì)磁系統(tǒng)。(5)針對(duì)重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)域，安裝計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并增設(shè)附加的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。為了方便調(diào)度數(shù)據(jù)，增設(shè)相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理網(wǎng)設(shè)備，按照電氣結(jié)點(diǎn)溫度的檢測(cè)需求，完善與之對(duì)應(yīng)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并將部分破舊的電纜等予以更換。

2 水電站增效擴(kuò)容改造關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

2.1 發(fā)電機(jī)

在改造農(nóng)村小型水電站的發(fā)電機(jī)設(shè)備時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注以下兩點(diǎn)內(nèi)容：(1)在處理繞子繞組問(wèn)題時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮二次嵌線(xiàn)的處理方法，若需要對(duì)舊式發(fā)電機(jī)予以系統(tǒng)化改造，則可以選擇黃蠟布等實(shí)用性較高的絕緣材料。但在這一材料的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)其耐熱性不高，因此如果條件允許的情況下，可以選用新型的聚酰亞胺膜材質(zhì)的絕緣材料，其具有十分顯著的耐熱性，以及良好的絕緣性能，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)絕緣材料的不足。(2)要想將發(fā)電機(jī)容量予以擴(kuò)增，則需對(duì)其自身勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用特性與運(yùn)行情況等予以充分考量，綜合調(diào)速性能、運(yùn)行功率等多項(xiàng)因素的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)電機(jī)的擴(kuò)增容量予以確定。最后得出定值結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)監(jiān)控單元的合理調(diào)控[3]。

對(duì)發(fā)電機(jī)等相關(guān)設(shè)備的優(yōu)化與改造大幅提升了小型發(fā)電站的發(fā)電能力。增效擴(kuò)容實(shí)施后，相當(dāng)于新增1臺(tái)一萬(wàn)千瓦的水電裝機(jī)容量，促進(jìn)節(jié)能減排，減少二氧化碳排放。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)老舊電站進(jìn)行增效擴(kuò)容，增設(shè)生態(tài)機(jī)組，有效改善了河流生態(tài)，使電站所在的河流生態(tài)得到修復(fù)和改善[4]。

2.2 變壓器

本次響洪甸水電站增效擴(kuò)容改造工程任務(wù)中，需要采購(gòu)并安裝兩臺(tái)110KV主變變壓器，主變中性點(diǎn)設(shè)備及主變現(xiàn)場(chǎng)安裝、試驗(yàn)。主變壓器安裝涉及到以下步驟，首先拆除原#1、#2主變，基礎(chǔ)清理干凈。然后按照安裝設(shè)計(jì)圖紙要求，對(duì)變壓器基礎(chǔ)進(jìn)行安裝。搬運(yùn)變壓器到安裝位置用滾筒或滾桿牽引，牽引時(shí)將鋼絲繩掛在變壓器主體油箱的牽引攀上牽引。用千斤頂進(jìn)行抬高或升降，使用下節(jié)油箱的千斤頂?shù)鬃?。在變壓器本體就位方面，變壓器應(yīng)預(yù)先安放在基礎(chǔ)臺(tái)上。檢查安裝在變壓器本體上的沖撞記錄儀各個(gè)方向的沖擊加速度不大于規(guī)定值，對(duì)準(zhǔn)變壓器的電氣安裝中心與變壓器基礎(chǔ)安裝中心。觀測(cè)變壓器頂蓋沿瓦斯繼電器氣流方向1%～1.5%的升高坡度后滿(mǎn)足要求。最后加固變壓器底座與基礎(chǔ)焊接，將變壓器的地腳固定螺栓固定好，變壓器接地點(diǎn)雙點(diǎn)接地即可。

2.3 水輪機(jī)

當(dāng)前使用的HL211水輪機(jī)模型自原蘇聯(lián)引進(jìn)，是我國(guó)上世紀(jì)50年代中低水水頭段普遍使用的一個(gè)轉(zhuǎn)輪模型，模型最高效率僅為89.9%。隨著科技進(jìn)步和新技術(shù)的應(yīng)用，無(wú)論是其效率水平，還是過(guò)流能力，都明顯落后于當(dāng)今的先進(jìn)水平。

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行過(guò)多次大修補(bǔ)焊，造成了葉片變形，轉(zhuǎn)輪的靜平衡和動(dòng)平衡差，進(jìn)一步降低了水輪機(jī)運(yùn)行效率和可靠性；活動(dòng)導(dǎo)水葉漏水嚴(yán)重，維修配件難以購(gòu)買(mǎi)。機(jī)組檢修周期逐漸縮短，檢修工期加長(zhǎng)，且常規(guī)檢修已很難完全修復(fù)。因此在水輪機(jī)設(shè)備的改造過(guò)程中，需要與其實(shí)際使用狀況與運(yùn)行狀態(tài)有機(jī)結(jié)合，制定針對(duì)性的改造方案，將變形的葉片、老化的設(shè)備部件等予以及時(shí)更換處理。與此同時(shí)，還需重點(diǎn)關(guān)注葉輪材質(zhì)的改善，選擇適宜的部件材料，嚴(yán)格把控安裝質(zhì)量，確保葉輪的抗腐蝕性進(jìn)一步提升。除此以外，在完成所有部分的改造作業(yè)后，營(yíng)造原有基礎(chǔ)上，提升水輪機(jī)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行效率，如果改造后的運(yùn)行效率不符合預(yù)期要求，應(yīng)采取有效措施予以重新處理[5]。

2.4 尾水門(mén)工程

尾水門(mén)工程部分的施工工作需要采購(gòu)設(shè)備為4扇閘門(mén)、一套門(mén)機(jī)。尾水檢修門(mén)安裝在原響洪甸水電站老閘門(mén)安放位置，在現(xiàn)場(chǎng)安裝階段，需要首先搭建工裝平臺(tái)，此平臺(tái)是用2根16#工字鋼做的滑動(dòng)平臺(tái)，長(zhǎng)約4m，間距約2m，穿過(guò)窗子，伸至車(chē)間。拆除舊閘門(mén)4付，為了很好的進(jìn)行舊閘門(mén)拆除工作，先要對(duì)舊門(mén)機(jī)進(jìn)行改造。首先，去除舊門(mén)機(jī)的交叉機(jī)構(gòu)；然后，在舊門(mén)機(jī)上焊加強(qiáng)板，以保障閘門(mén)能安全起吊：最后，起吊閘門(mén)，當(dāng)閘門(mén)吊至一定高度時(shí)，改換吊點(diǎn)，讓閘門(mén)水平地放置在工裝平臺(tái)上，在平臺(tái)上滑動(dòng)，通過(guò)8T吊車(chē)和車(chē)間行車(chē)，移出舊閘門(mén)。安裝新閘門(mén)4付，同樣是通過(guò)工裝平臺(tái)進(jìn)入門(mén)機(jī)下方，再由現(xiàn)有的葫蘆吊入門(mén)槽內(nèi)。安裝新門(mén)機(jī)分以下步驟：(1)門(mén)機(jī)在廠(chǎng)區(qū)分解編號(hào)后由汽車(chē)運(yùn)至車(chē)間，利用車(chē)間內(nèi)起重行車(chē)和8T吊車(chē)將新門(mén)機(jī)所有構(gòu)件由窗口平臺(tái)移入現(xiàn)場(chǎng)；(2)安裝校正門(mén)機(jī)左右兩端梁后固定；利用吊車(chē)安裝門(mén)機(jī)六根立柱和橫梁；(3)安裝門(mén)機(jī)工作臺(tái)與電動(dòng)葫蘆；(4)應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)門(mén)機(jī)立柱與橫梁間的連接螺栓是否收緊，以及閘門(mén)門(mén)體止水橡皮是否完好。

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)老舊電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，不僅可以提高水能資源利用效率，保護(hù)河流生態(tài)環(huán)境，還可消除公共安全隱患，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排，貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)理念。