【摘要】當前，隨著經濟的發(fā)展，對水電站的建設要求逐漸提升。因此，對小型水電站增效擴容改造進行研究，充分挖掘其潛力，滿足農村地區(qū)日益增長的電力需求，就顯得尤為重要。通過水電站增效擴容改造以期解決流域內生活生產用水以及灌溉用水的供應問題，并輔以開發(fā)水力發(fā)電，提高區(qū)域內可再生清潔能源使用比例，實現社會、經濟和環(huán)境的持續(xù)發(fā)展?；诖耍恼戮退娬驹鲂U容改造進行簡要的分析。

【關鍵詞】水電站；增效擴容改造；措施

1.工程概況

塔山水力發(fā)電站隸屬新沂水利局，位于新沂市總沭河塔山閘兩側，始建于1972年，由江蘇省徐州地區(qū)革命委員會水電局批準（徐地革水（72）字第124號）開工建設。該水電站主要利用汛期上游下泄洪水作為水源，水頭差5.0m左右，東西兩側共配4臺100kW水輪發(fā)電機組。電站設計發(fā)電水頭4.0m，最高水頭5.5m，最低水頭3.5m，引用流量12m3/s，裝機容量400kW。

2.水電站存在主要問題

2.1運行可靠性低

該水電站設計于20世紀70年代，受當時設計理念、技術水平、裝備條件等的限制，特別是經過多年的運行，存在水電站設備老化、技術落后，一些元器件、制造材質等，其防沉和抗氣蝕能力較弱，特別是由于焊接技術不過硬，一些轉動部件由于長期運行產生變形，導致發(fā)生振動現象，嚴重影響設備的正常運轉和設施的整體安全。

2.2發(fā)電效率降低

該水電站由于設計年代較早，電站生產規(guī)模小，并存在豐枯矛盾突出、季節(jié)性較強、技術裝備和運行管理水平不高等內部部里因素，再加上受當時設計水平、理念、工藝和建設手段所限，一些設施出現運行風險。比如：水輪機由于早期使用的以碳鋼為主，質量水平制造工藝水平較低，由于長期受水和泥沙的侵蝕，水電站設備的抗腐蝕能力較弱，導致一些水輪機的運行產生振動，甚至會影響設施的整體運行風險。由于這些因素的存在，導致水輪機運行阻尼增加，能效轉化效率較低，導致發(fā)電效率降低，因此，需要進行技術改造。

2.3運行存在隱患

水電站由于運行時間較長，出現不同程度的銹蝕，使設備的密閉性大打折扣，一些地方出現不同程度的滲漏現象，甚至影響正常停機；由于設備部件局部產生變形，摩擦生熱，導致部件局部濕度升高，無法實現調速器的正常調節(jié)；電站整體自動化程度低，自身能耗較大，需要大量的人工進行設備運營維護，增加了運營成本。同時，存在水電站參數設計落后，導致發(fā)電機容量及效能轉換存在諸多問題，存在帶病運行的問題，需要進一步加大增效擴容改造的力度，實現河道安全度汛和發(fā)電效益雙豐收。

3.小型水電站增效擴容改造的要點

3.1改造發(fā)電機

對發(fā)電機進行改造時，要對定子繞組和繞子繞組進行重新嵌線，通常使用較大直徑的銅線進行繞制。因老舊發(fā)電機多采用的是青殼紙、黃蠟布等當作電機絕緣材料，其厚度比較大且耐熱效果也不高。因此，應使用聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜等新型絕緣材料，其絕緣能力比較高，且能有效提高電機槽的絕緣耐熱性能，提高發(fā)電機容量和額定電流，同時，微機調速器調速能力和勵磁系統勵磁功率也同步得以增加。另外，保護動作定值得以重新計算，也重新整定了保護監(jiān)控單元。需注意的是，由于部分發(fā)電機容量過小，即使加以改造也不能實現好的效果，故只能予以更換。

3.2改造水輪機

水輪機是小型水電站的核心部件，其效能的高低將直接影響水電站的發(fā)電效率。改造時，應充分考慮水輪機的實際狀況。如果水輪機老化嚴重，內部零件磨損較為嚴重，不具有改造的前景，且其材料性能、葉輪質量、抗腐蝕能力等指標都達不到當前水電站的基本要求，就應果斷予以更換。一般情況下，更換水輪機后，水電站的發(fā)電效能平均可提升約20%左右。

3.3改造電氣部分

運行時間較長的小型水電站，其主變壓器漏油較大、設備老化嚴重，應在盡量不改變電氣設備布局的基礎上，及時予以更換，選擇低損耗類變壓器。部分電力電纜長度不夠或老化較大，也應予以更換。

3.4配置自動控制系統

小型水電站要想實現無人值守目標，就應選擇好自動控制系統。系統應具有冗余設備，即使發(fā)生部分設備元件的損壞，發(fā)電機仍能保持基本的工作能力，這有助于提高電站的安全性和可靠性。通常情況下，自動控制裝置的計算機網絡設計成單星形以太網結構，由微機調速器、微機保護裝置與可編程控制器、勵磁裝置等組成。對微機調速器來說，通常選取高油壓可編程調速器，既有較高的調節(jié)精度，也節(jié)約了燃油。儲能罐要選擇高壓氮氣罐，連續(xù)使用時間長，成本投入少，電站運行安全穩(wěn)定；對微機保護裝置與可編程控制器來說，前者要選擇雙CPU數字信號處理器，且自身有具有以太網接口，后者可選擇施耐德公司的Premeium、Quantum系列產品，或者GE公司的RX3i產品，這些大企業(yè)出品的可編程控制器質量穩(wěn)定、維護方便、故障較少；對勵磁裝置來說，選用的自并勵系統應具備雙微機勵磁調節(jié)器，其可靠性和調節(jié)性都比較好，能夠滿足小型水電站不同工作狀態(tài)下的實際所需。

綜上，機組擴容合理，建立了可靠的綜合自動化監(jiān)控管理體系，提高了科學運管水平，較好地提高了電站的經濟效益，從根本上解決了原電站存在的問題。塔山水電站通過增效擴容改造后，更換了水輪機、發(fā)電機及自動化控制系統，裝機4臺套，總裝機容量500KW，改造擴容后每年發(fā)電量可增加50%，是全國農村小水電站增效擴容改造中較為成功的案例之一。

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