農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容決策和技術(shù)方法探討

曹方淼1施達(dá)棟2

(1.浙江省天臺縣水電管理所，浙江 天臺317200；2.天臺縣龍溪水力發(fā)電站，浙江 天臺317200)

【摘要】農(nóng)村水電站的增效擴(kuò)容有局部技改和報(bào)廢重建等方法，是根據(jù)電站投產(chǎn)年限和設(shè)備設(shè)施的安全狀況決定的。本文通過天臺縣內(nèi)8座電站增效擴(kuò)容試點(diǎn)工作積累的經(jīng)驗(yàn)，介紹如何針對電站實(shí)際狀況選擇技改的內(nèi)容和采用不同的技術(shù)方法，對增效擴(kuò)容后的成果進(jìn)行比較。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村水電；增效擴(kuò)容；技術(shù)方法

中圖分類號：TV737

Discussion on efficiency increase and capacity expansion decision-making

and technology methods in rural hydropower station

CAO Fangmiao1, SHI Dadong2

(1.ZhejiangTiantaiHydropowerManagementOffice,Tiantai317200,China;

2.TiantaiLongxiHydroelectricPowerPlant,Tiantai317200,China)

Abstract:Efficiency increase and capacity expansion of rural hydropower station can be achieved by local technical improvement, scrap reconstruction and other methods, which are determined according to power plant production duration and safety status of equipment and facilities. In the paper, experience of efficiency increase and capacity expansion pilot work of eight power stations in Tiantai County is accumulated. How to select the contents of technical transformation and adopt different technical methods aiming at power station actual condition are introduced, and results after efficiency increase and capacity expansion are compared.

Key words: rural hydropower; efficiency increase and capacity expansion; technical methods

1概述

2011年7月，財(cái)政部、水利部啟動了農(nóng)村水電增效擴(kuò)容試點(diǎn)工作，批復(fù)了《浙江省農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)實(shí)施方案》，天臺縣有8座水電站列入試點(diǎn)項(xiàng)目，整個改造過程順利，于2012年底按時完成,取得了預(yù)期的效果。 如何科學(xué)合理地進(jìn)行增效擴(kuò)容，對水電站來說是牽一發(fā)而動全身的系統(tǒng)工程，牽涉到很多專業(yè)的技術(shù)工作。改造的最終目標(biāo)是提高電站效益，這需要通過提高效率和增加容量來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同情況采用不同的技術(shù)方法進(jìn)行改造，達(dá)到增效擴(kuò)容的目的，是本文探討的主要內(nèi)容。

2數(shù)據(jù)分析和經(jīng)濟(jì)比較

水電站設(shè)計(jì)包含可研、初設(shè)和施工圖設(shè)計(jì)，是經(jīng)過充分論證和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后得出的結(jié)論，是有科學(xué)依據(jù)和說服力的，經(jīng)過多年的實(shí)際運(yùn)行和考驗(yàn)，檢驗(yàn)了原設(shè)計(jì)的水平和現(xiàn)實(shí)情況。因此，必須把這些數(shù)據(jù)作為增效擴(kuò)容的參考點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量調(diào)研歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行規(guī)律、設(shè)備工況、人員因素、上級調(diào)度原則等，初步確定改造規(guī)模、裝機(jī)容量、投資數(shù)額，計(jì)算投資回報(bào)率。認(rèn)為這些前提條件符合技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上劃算，就可直接進(jìn)行初步設(shè)計(jì)了。

2.1確定裝機(jī)容量的有關(guān)參數(shù)

原裝機(jī)容量是在水能計(jì)算的基礎(chǔ)上所作出的選擇，而增效擴(kuò)容同樣要在水能計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行，只是在計(jì)算時對所有參數(shù)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況作相應(yīng)調(diào)整和重新核定。

a.來水量變化?？紤]因素為：引用跨流域來水——進(jìn)庫流量，新的用水引流——出庫流量。

b.水頭變化。有增加堰壩高度提高水庫水位和根據(jù)水庫運(yùn)行調(diào)度需要提高運(yùn)行水位的；有將壓力前池至水庫引水明渠改成壓力鋼管后把水庫蓄水的水頭加入(如石橋水電站所采用的方法)的；降低有尾水位的，包括降低水輪機(jī)安裝高程(如王瑯梯級中的二級水電站采用的方法)。

c.蓄水能力的提升。如前池?cái)U(kuò)大，增加調(diào)節(jié)峰谷電量比的能力。

d.利用水輪機(jī)的效率容量裕度。

2.2擴(kuò)容技術(shù)方法的選定因素

不同的具體情況采用不同的技術(shù)方法。

a.水電站機(jī)電設(shè)備到了報(bào)廢界限，已無法保證安全生產(chǎn)(依據(jù)浙江省水利廳浙水電[2011]9號《浙江省農(nóng)村水電站報(bào)廢管理辦法》)，進(jìn)行報(bào)廢重建就是必然的選擇，是按原裝機(jī)容量還是進(jìn)行擴(kuò)容則根據(jù)前述有關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)選取。

b.未到報(bào)廢時限且根據(jù)上述參數(shù)有潛力的可進(jìn)行局部技改，在經(jīng)過有關(guān)專家論證后可在發(fā)電機(jī)本體和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上做文章。

c.一些早期建設(shè)的農(nóng)村集體小水電受當(dāng)時設(shè)計(jì)、建設(shè)水平較低的影響，有些水頭未充分利用，機(jī)組選型不當(dāng)，經(jīng)過多年運(yùn)行后，能效逐年衰減，普遍存在設(shè)施設(shè)備老化、安全隱患增多等問題，應(yīng)重新進(jìn)行勘測設(shè)計(jì)，對所有水工建筑、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備進(jìn)行校核后，采用與新建水電站同樣的方法進(jìn)行擴(kuò)容設(shè)計(jì)。

2.3經(jīng)濟(jì)效益比較方法

首先收集歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，如：電價水平、峰谷時段、豐水時段、度汛方式、水庫棄水原則等，以在正常調(diào)度運(yùn)行方式下能達(dá)到的最大經(jīng)濟(jì)收益作為基本要求和基數(shù)。上述因素中只要有一個發(fā)生改變就能計(jì)算出在原有基礎(chǔ)上的增量。

a.統(tǒng)計(jì)歷年發(fā)電量。分析與之相應(yīng)的降雨量及水庫水位的對應(yīng)情況，計(jì)算峰谷電量比率，統(tǒng)計(jì)可能提高峰谷比率時段加以比較。

b.統(tǒng)計(jì)豐水年和枯水年的豐水期，對有棄水時段和比較集中棄水的時間加以統(tǒng)計(jì)，這是充分利用增容部分裝機(jī)容量搶發(fā)電量的時間。

c.有蓄水能力提升的，可增加調(diào)節(jié)峰谷電量比。

d.水輪機(jī)的效率提升對電量的貢獻(xiàn)量。通過上述數(shù)據(jù)對比，能基本確定擴(kuò)容后增加的收益。

e.對于投資部分的估算。因?yàn)檗r(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)電站國家有一定的補(bǔ)助，因此在計(jì)算投資效益上可以考慮以自籌部分資金來核算經(jīng)濟(jì)收益率，畢竟改造后的水電站有十分充足的發(fā)展后勁。

3技術(shù)方法探討

根據(jù)上述比較，選定的技術(shù)方法有三類：局部技改型、報(bào)廢重建型和全新勘測設(shè)計(jì)型，而根據(jù)此次增效擴(kuò)容的要求著重考慮前兩種方法。

a.發(fā)電機(jī)局部技改。即在經(jīng)過充分的前期工作后所選取的方法，因?yàn)槔纤娬窘?jīng)過多年運(yùn)行，對于電站的水能資源情況已充分了解，再加上以收集的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)內(nèi)容，再配以實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為決策的最后標(biāo)準(zhǔn)，這是有很充分說服力的。如里石門水電站第一次擴(kuò)容時就是以更換定子線圈作為主要的技改內(nèi)容，其前期工作有水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪效率試驗(yàn)、過載試驗(yàn)、定子溫升試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果采取的相應(yīng)技術(shù)措施有增大線圈截面、升級絕緣等級(B級換F級)、加勵磁變壓器代替原線槽中的勵磁副繞組等，并對單機(jī)出線電纜、開關(guān)、母線、主變、二次測量、保護(hù)系統(tǒng)均作復(fù)核調(diào)整，符合動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定要求等；擴(kuò)容后再進(jìn)行試驗(yàn)對比，溫升符合要求。缺點(diǎn)是對一些未曾改動的設(shè)備在運(yùn)行時要加強(qiáng)監(jiān)視，如:轉(zhuǎn)子繞組溫升為74.6℃,高于技改前的67.5℃，雖未達(dá)到溫升限值，但不能保證沒有局部溫升偏高的可能，故在運(yùn)行時，特別是在機(jī)端電壓偏高時，轉(zhuǎn)子電流應(yīng)加以控制，即保持功率因數(shù)在0.82～0.85之間運(yùn)行較為穩(wěn)妥。

b.水輪機(jī)局部技改。在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上做些努力，仍以里石門水電站為例。經(jīng)過水輪機(jī)廠專家對轉(zhuǎn)輪效率進(jìn)行測試 (因?yàn)樵O(shè)計(jì)水頭為40m，根據(jù)多年實(shí)際運(yùn)行時間統(tǒng)計(jì)，水頭有80%時間在40m以上至50m，以提高設(shè)計(jì)水頭至44m來選取新型高效率轉(zhuǎn)輪)，發(fā)現(xiàn)新型轉(zhuǎn)輪能提高效率達(dá)4%, 故對水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪(原為A122和HL163)進(jìn)行更新，采用A643轉(zhuǎn)輪。這是一種典型的局部技改方法，適用于單機(jī)容量1000kW以上的混流式機(jī)組。且費(fèi)用節(jié)省，效果明顯，配合發(fā)電機(jī)的改造相得益彰。

c.報(bào)廢重建一：原位機(jī)位更換比原裝機(jī)容量大的水輪發(fā)電機(jī)組。這種情況是針對符合報(bào)廢重建標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)村小水電站，單純對設(shè)計(jì)流量可調(diào)整而作出的選擇，用增大壓力鋼管直徑，配套相應(yīng)的水輪發(fā)電機(jī)組、變壓器、開關(guān)柜等，自動化要求不高，再對相應(yīng)的配電設(shè)施作適當(dāng)調(diào)整，適用于低壓機(jī)組的引水式電站。且前池下至發(fā)站廠房的壓力管道不長，僅幾十米，如：桐坑溪三級、三合水電站所采用的就是這種方法，在訂好設(shè)備、鋼管，準(zhǔn)備好材料后，在枯水期一氣呵成；該方法設(shè)計(jì)安裝簡單，調(diào)試并網(wǎng)迅速，運(yùn)行管理方便。

d.報(bào)廢重建二：在上述重建一的基礎(chǔ)上，對測量、控制、保護(hù)系統(tǒng)升級為機(jī)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(包括油、水、氣監(jiān)控接口)，電站現(xiàn)代化水平顯著提高，適用于裝機(jī)容量較大的高壓機(jī)組的水電站。里石門水電站采用的就是這種方法。這樣與原來建設(shè)的老電站有巨大的差別，重建后裝機(jī)容量、投資效益、設(shè)備和廠房面貌煥然一新，按新設(shè)計(jì)的增效擴(kuò)容方案實(shí)施挖掘出了最大潛能。

4成果比較

8個試點(diǎn)電站于2012年底相繼完成增效擴(kuò)容工作，投資與效益數(shù)據(jù)比較列表如下(其中擴(kuò)容后發(fā)電量為近兩年實(shí)發(fā)電量平均值)。

試點(diǎn)電站增效擴(kuò)容工程前后比較表

從上表可以看出，水電站的裝機(jī)容量平均增擴(kuò)幅度為31%，平均增發(fā)電量暫為20.6%。從中看出，電量峰谷比有可喜的變化，試點(diǎn)電站效果符合增效擴(kuò)容要求。

5結(jié)語

水電站增效擴(kuò)容的技術(shù)方法包括技改增容、報(bào)廢重建、更新改造等，最終效果體現(xiàn)在提高效益和安全運(yùn)行上，工程完成后，為下一步農(nóng)村水電站安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對于各種技術(shù)方法的選取可作為后續(xù)水電站增效擴(kuò)容的借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 穆建軍.農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造關(guān)鍵技術(shù)問題的探討[J].小水電，2012(5): 6-8.

[2] SL 193—1997 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程[S].北京：中國水利水電出版社，1997.

[3] SL 16—2010 小水電建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價規(guī)程[S].北京：中國水利水電出版社，2010.