林舉盈

【摘要】隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的電力需求也在不斷上升，電能作為促進我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展的重要動力，不僅在經(jīng)濟社會的發(fā)展過程中發(fā)揮著著巨大的作用，而且在促進人們生活水平提高以及工業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用。但由于大多數(shù)小水電站建于70年代，運行時間長，且受當時制造水平、工藝以及設(shè)計水平的限制，小水電站的設(shè)備相對比較落后，效率偏低，影響了小水電站的健康發(fā)展，本文通過介紹恩平市陣灣水電站增效擴容技術(shù)改造，提出了水輪機增容擴容改造的基本步驟和優(yōu)化設(shè)計方式，從而為我國的中小水電站的增效擴容改造提供了技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】小水電站；水輪機；增效擴容改造

1、工程概況

為貫徹落實2011年中央1號文件，提高水能資源的利用效率，保障農(nóng)村用電的需求，促進農(nóng)村水電持續(xù)有序的發(fā)展，根據(jù)《水利部財政部關(guān)于廣東省農(nóng)村水電增效擴容改造實施方案的批復(fù)》（水規(guī)計〔2013〕284號）文，我市列入這次增效擴容改造項目的電站有13宗，陣灣水水電站是其中一宗。恩平市陣灣水電站位于我市大田鎮(zhèn)爐塘管區(qū)陣灣村，潭江支流錦江水庫上游，距恩平市區(qū)約35km，1980年5月建成投入運行。是一引水式水電站，總裝機容量2×1000KW，機端電壓6.3KV，水機型號是HL110-WJ-60，配套發(fā)電機TSW118/49-6，設(shè)計水頭106m，設(shè)計流量1.31m3/s，年設(shè)計發(fā)電量500×104kwh。

2、水電站存在的主要問題

陣灣水電站建成運行至今已接近了40年時間，電站經(jīng)過多年的運行，存在設(shè)備設(shè)施老化，技術(shù)落后和超期服役的問題。由于在運行管理方面沒有穩(wěn)定的維修養(yǎng)護經(jīng)費來源，單純依靠自身力量進行全面技術(shù)更新改造，存在諸多困難。

2.1設(shè)備老化，發(fā)電效率降低

由于受當時的設(shè)計理念和設(shè)備制造工藝水平的限制，早期使用的水輪機材質(zhì)較差，特別是轉(zhuǎn)輪等過流部件很少采用不銹鋼構(gòu)件制造而采用碳鋼材料制造，這些材質(zhì)抗泥沙以及抗空蝕能力較弱，再加上水電站的運行環(huán)境較差，水輪機的轉(zhuǎn)輪在現(xiàn)場補焊之后就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪葉片變形，甚至?xí)霈F(xiàn)機組擺幅振動的情況。加之經(jīng)過多年的運行，目前機組基本已超過正常使用年限，水輪機汽蝕嚴重，經(jīng)實測氣蝕最大深度達10mm，修補面積達0.2m2，容積效率降低，且各種設(shè)備老化嚴重，致使水電站水能利用率下降，不能確保安全運行。

2.2水輪機的運行效率較低，參數(shù)性能十分落后

陣灣水水電站建于1980年，所以在技術(shù)以及設(shè)備方面依然十分落后，特別是對水輪機的水力模型的開發(fā)依然處于落后的水平，還依賴于國外的先進技術(shù)，我國早期的水電站所采用的水輪機型號均為蘇聯(lián)或者美國等發(fā)達國家所研制的機型，這些機型在某些地方的小型水電站中依然在使用，但是與現(xiàn)代化的技術(shù)水平相比，傳統(tǒng)的水輪機在轉(zhuǎn)速以及容量方面效率依然很低，而且水輪機的水力穩(wěn)定性與安全性能較差。

2.3水工建筑物破損失修，安全隱患增多

水電站水工建筑物經(jīng)過多年使用，結(jié)構(gòu)混凝土碳化嚴重，保護層剝落，存在破損、滲漏、裂縫等現(xiàn)象，進水渠道淤積嚴重，特別是進水池及渠道，在平時運行時漏水量較大。這些都導(dǎo)致水能利用率降低，存在安全隱患。

3、水電站開展增效擴容的必要性

由于陣灣水電站現(xiàn)狀已影響了安全經(jīng)濟運行和水力資源的充分利用，因此開展小水電站增效擴容改造工程十分有必要。

3.1恢復(fù)發(fā)電能力

開展農(nóng)村水電增效擴容改造工程，可在相當大程度上恢復(fù)電站生機活力，重新發(fā)揮應(yīng)有的經(jīng)濟效益。電站雖然存在著很多的問題，尤其在設(shè)備上，但運行基礎(chǔ)條件還在，對主要水輪發(fā)電機組設(shè)備進行更換，相對來說，以較少的投入達到水電站增效的目的，提高了發(fā)電效益。

3.2發(fā)揮環(huán)境和社會效益

增效擴容改造后，在充分利用清潔能源，解決農(nóng)村電力供應(yīng)的同時，對改善農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)生活條件，促進本地農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展以及減少污染物排放等方面發(fā)揮了重要作用，得到了本地老百姓的普遍認同。

3.3改善小水電站安全現(xiàn)狀

開展小水電站增效擴容改造工程，也有利于改善小水電站的安全現(xiàn)狀。我市小水電站普遍超期服役，主要設(shè)備老化、運行不穩(wěn)定，存在著諸多安全隱患，給小水電站的安全運行和管理帶來較大壓力。對小水電站的主要設(shè)備進行更新改造，徹底消除安全隱患，能大大改善小水電站安全現(xiàn)狀，保障小水電站安全運行。

4、水輪發(fā)電機組改造方案

4.1基本原則

根據(jù)我市陣灣水電站存在的問題，結(jié)合近些年實際運行情況，本次改造以提高發(fā)電效益為目標，以增效為目的，更換新的高效率的水輪發(fā)電機設(shè)備。

4.2水輪發(fā)電機組設(shè)計參數(shù)選擇

根據(jù)實際運行情況，陣灣水電站在現(xiàn)有水頭下，出力仍有較大提升間，所以本次改造后機組總裝機容量由原來的2×1000kW增加到2×1250kW，比原來增加500KW。由于電站屬于引水式水電站，所以工作水頭變化不大：最大毛水頭107.4m最，最小毛水水頭104.8m；水輪機最大水頭107.4m，最小水頭104.8m。原水輪機轉(zhuǎn)輪型號為HL110-WJ-60，現(xiàn)改為HLS110C。

4.3水輪發(fā)電機組模型選擇

HLS110C轉(zhuǎn)輪是韶關(guān)市廣前水電設(shè)備有限公司研究出的能取代HL110轉(zhuǎn)輪的新轉(zhuǎn)輪。新轉(zhuǎn)輪的設(shè)計水頭106m，額定出力1273kW，額定流量1.33m3/S，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，飛逸轉(zhuǎn)速1850r/min，額定效率92%。根據(jù)型綜合特性曲線，并經(jīng)過計算，新轉(zhuǎn)輪工況點如下，在最低水頭情況下：水輪機毛水水頭104.8m，凈水頭100.8m，流量1.34m3/s，水輪機出力1268kw，發(fā)電機出力1216kw，轉(zhuǎn)輪效率0.934%；在額定水頭情況下：水輪機毛水水頭106m，凈水頭102m，流量1.33m3/s，水輪機出力1273kw，發(fā)電機出力1221kw，轉(zhuǎn)輪效率0.933%；在最大水頭情況下：水輪機毛水水頭107.4m，凈水頭103.4m，流量1.32m3/s，水輪機出力1282kw，發(fā)電機出力1229kw，轉(zhuǎn)輪效率0.932%；

在各種水頭下，原型號的水輪機在最優(yōu)工況下可達到90.4%，實際設(shè)計時的效率為83.5%，改造后新轉(zhuǎn)輪效率均比原轉(zhuǎn)輪平均可達到高10.13%，同時改造后新轉(zhuǎn)輪在各種水頭下比原轉(zhuǎn)輪同時增加出力200KW以上，即高達20%以上。改造后新轉(zhuǎn)輪效率可達到93.63%，出力可達1273KW。因此陣灣水電站新的裝機容量達到擴容的要求，本次選用以上模型轉(zhuǎn)輪對水輪機參數(shù)進行計算和選擇， 方案選定的機型合理。

本著高效節(jié)約的原則，水工建筑物盡量維持現(xiàn)狀。這就要求水輪機的外觀形式、連接尺寸不變，新選擇的轉(zhuǎn)輪直徑與老機組相當，主要通過提高效率達到增效而不改變現(xiàn)有水工建筑物的目的，以上模型轉(zhuǎn)輪單位轉(zhuǎn)速、單位流量等性能參數(shù)，基本符合改造機組的要求，并且能夠與水輪機埋入部分（蝸殼進口彎管、尾水直錐管）均維持原樣。

5、增效擴容經(jīng)濟效益分析

陣灣電站原裝機容量為2000kw，近3年平均年發(fā)電量為343×104kwh。根據(jù)水能計算結(jié)果，增效擴容后電站年平均發(fā)電量可達到523×104kw.h，與近三年的平均發(fā)電量相比增加了52.5%，根據(jù)我市小水電的價格0.5元/kw.h來計算，電站每年可增加收入90萬元的收入，效益可觀。電站綜合能效增加明顯，因此該電站進行增效擴容改造后，能更充分利用水資源，發(fā)揮良好的經(jīng)濟和社會效益。

參考文獻

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