【摘要】為了研究小型水電站增效擴容改造技術(shù)要點，為同行提供建設(shè)性意見。通過對增效擴容改造的必要性與目標進行梳理。提出一系列通用性增效擴容的主要改造技術(shù)要點。通過改造實例進一步論述小型水電站增效擴容改造可行性。

【關(guān)鍵詞】小型；水電站；增效；擴容；改造

一、引言

在我國經(jīng)濟水平的快速發(fā)展下，小型水電站發(fā)展迅猛，對山區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)生了較大的影響。由于早期修建的水電站缺乏完善的技術(shù)資料，在設(shè)計和規(guī)劃時不夠科學，一些水電站存在設(shè)備選型不合理、閑置容量多、節(jié)能效果差等缺點。對這些水電站進行增效擴容改造，可以充分挖掘出小型水電站的潛力，提高其經(jīng)濟效益。

二、小型水電站增效擴容改造的必要性與目標

由于大多數(shù)小型水電站建于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，水電站的設(shè)備相對比較落后，效率偏低，有些設(shè)備已經(jīng)被淘汰而無法進行維修更換，有些電站甚至已陳舊老化而無法運行，影響了小水電站的健康發(fā)展。為了充分利用小型水電站的優(yōu)勢，填補現(xiàn)代工業(yè)電力供應(yīng)的不足，很有必要對小型水電站進行增效擴容改造。

在對小型水電站進行增效擴容改造時，首先要明確改造的目的。當前很多改造方式都是通過替換工作效率更高的不銹鋼轉(zhuǎn)輪、替換水輪機和發(fā)電機等設(shè)備的型號、調(diào)整機組的最佳運行工況等措施來進行增效擴容改造。而對水電站進行改造的最終目的是為了提高其效益，因此就需要考慮是否對機組進行替換以及替換機組后是否可以提高機組的工作效率。此外，還需要考慮環(huán)境目標、社會目標和技術(shù)目標。

1、環(huán)境目標。對小型水電站進行增效擴容改造后，要可以提高空氣的質(zhì)量，降低排放的二氧化碳量，對河流的生態(tài)環(huán)境進行修復，保護河流中的生物。

2、社會目標。要可以將農(nóng)村水電的抗旱、防洪、灌溉、供水目標發(fā)揮出來，使廣大農(nóng)民群眾受益。

3、技術(shù)目標。金屬結(jié)構(gòu)和水工建筑要可以達到運行的基本要求。機組的綜合效率的平均值要在86%以上，將設(shè)備的完好率控制在100%，提高水電站的現(xiàn)代化水平。要將水電站長期存在的各種問題解決，消除設(shè)備的安全隱患，降低水電站運行對人的依賴程度，對設(shè)備配置進行優(yōu)化，降低廠用電設(shè)備和電站的能耗。科學合理的對電站進行技術(shù)改造，降低水電站的維護成本和運行成本。

4、經(jīng)濟目標。要在對現(xiàn)有發(fā)電能力進行鞏固的基礎(chǔ)上，利用增效和擴容的方式增加發(fā)電收入，對當前農(nóng)村水電的經(jīng)營情況進行改善，將資源優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，增加經(jīng)濟收入。

三、小型水電站增效擴容的主要改造技術(shù)

3.1 發(fā)電機的改造

在改造發(fā)電機時，需要重新對轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組重新進行嵌線，一般換用直徑較大的銅線繞制。此外，老式發(fā)電機多使用黃蠟布、B級耐熱等級的青殼紙等作為電機的絕緣材料，厚度大、耐熱效果差。而使用聚酰亞胺薄膜、聚芳酰胺纖維紙配合聚酯薄膜這些新型的絕緣材料，不僅絕緣效果好，并且可以將電機槽絕緣耐熱性提升至F級、H級。增加了發(fā)電機的額定電流和容量。值的一提的是，勵磁系統(tǒng)的勵磁功率、微機調(diào)速器的調(diào)速能力也要隨著發(fā)電機的容量增加而增加。重新計算保護動作定值，并根據(jù)新的保護定值對保護監(jiān)控單元進行整定。對于一些容量過小的發(fā)電機，即使進行改造依然不能達到改造目標，要對這類發(fā)電機進行更換。

3.2 水輪機的改造

水輪機是水電站的核心設(shè)備，承擔著將水能轉(zhuǎn)換成機械能的作用。水輪機性能的優(yōu)劣直接影響著水電站的水能利用率和安全穩(wěn)定性，因此水輪機的技術(shù)改造是水電站增效擴容改造工作的重中之重。在改造過程中，需要根據(jù)具體的情況實施改造，比如選擇最優(yōu)的參數(shù)、最好的材質(zhì)、最匹配的型號等等。對于老化嚴重的水輪機直接進行更換?，F(xiàn)在生產(chǎn)的葉輪不管是在質(zhì)量、材料方面，還是在抗腐蝕方面都有了顯著的提高。更換后一般可以提高15%-20%的工作效率。

3.3 選擇高低壓開關(guān)柜

在選擇高低壓開關(guān)柜時，主要根據(jù)斷路器來進行選擇的。對于35KV、110KV的電壓等級要使用六氟化硫斷路器，對于35KV、10KV、6.3KV的電壓等級要使用真空斷路器。禁止使用已經(jīng)被淘汰的少油斷路器。對于35KV電壓等級，可以使用KYN61-40.5或JYN1-40.5高壓開關(guān)柜，對于6.3KV、10KV電壓等級使用KYN28A-12或XGN2-12系列開關(guān)柜。對于400V的電壓等級，可以使用GCS、GCK、MNS抽出式低壓開關(guān)柜。

3.4選擇自動控制系統(tǒng)

為了實現(xiàn)小型水電站無人值守的管理效果，需要選擇合理的自動控制系統(tǒng)。通常要選擇具有冗余設(shè)計的設(shè)備，保證部分二次設(shè)備元件損壞后，發(fā)電機依然可以正常運行。提高水電站控制的可靠性以及運行的安全性。

一般可以使用單星形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)來設(shè)計水電站的計算機網(wǎng)絡(luò)。對于沒有設(shè)計以太網(wǎng)通信接口的設(shè)備，利用信息管理機把RS485接口轉(zhuǎn)變成以太網(wǎng)接口。不僅保證了網(wǎng)絡(luò)通信速率，并且節(jié)約了投資。自動控制系統(tǒng)中的主要設(shè)備如下：

1、微機調(diào)速器。作為水電站的一個重要設(shè)備，一般選擇16MPa高油壓產(chǎn)品可編程調(diào)速器。不僅對油的質(zhì)量不過多要求，并且還非常省油，調(diào)節(jié)精確度高。儲能罐使用高壓氮氣罐，可以連續(xù)使用8～10a，不僅保證了水電站的穩(wěn)定性和安全性，還降低了資金投入。

2、微機保護裝置和可編程控制器。在選擇微機保護裝置時，要選擇雙CPU的數(shù)字信號處理器，并且裝置要配備以太網(wǎng)接口。選擇PLC可編程控制器時，建議選擇GE的RX3i、施耐德的Quantum、Premeium系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品均由大廠家生產(chǎn)，質(zhì)量可靠性高。

3、勵磁裝置的選擇。在選擇勵磁裝置時，建議使用具有雙微機勵磁調(diào)節(jié)器的自并勵系統(tǒng)，這類系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)性和可靠性，可以適應(yīng)水電站不同的工作狀態(tài)。

四、改造實例——獅洞水庫電站

獅洞水庫電站位于廣西省賀州市平桂區(qū)沙田鎮(zhèn)獅中村賀江支流馬峰河上游，是一座結(jié)合灌溉、發(fā)電等綜合利用的壩后電站，利用獅洞水庫灌溉引水隧洞出口處的水源發(fā)電，發(fā)電后從尾水進入灌溉渠道，灌溉下游2.5萬畝農(nóng)田。電站興建于1970年，總裝機容量是2x125kw。至今發(fā)電運行已40多年，隨著技術(shù)的進步，設(shè)備已非常落后，部分設(shè)備已列為淘汰產(chǎn)品，加上機組運行時間較長，水輪機、發(fā)電機、主變壓器、調(diào)速器、勵磁裝置、控制屏低壓柜、進水閘閥等各種設(shè)備已陳舊老化，銹蝕嚴重，且機組滲漏水嚴重，造成機組效率降低，運行極不穩(wěn)定大修間隔縮短維護成本高。配電盤調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制不靈，電力變壓器經(jīng)常出故障無法維修。為提高機組運行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，改造勢在必行。

本次增效擴容技術(shù)改造，根據(jù)獅洞水庫灌溉放水流量重新進行水能計算，決定電站增效擴容后設(shè)計裝機容量為2x200kw，多年平均發(fā)電量為135.3萬kw.h，設(shè)計水頭為20m，最大水頭為22m，最小水頭為10m。以便水能資源得到更充分地利用。

結(jié)合電站改造原則是在原有流道不變的前提下進行更換水輪發(fā)電機組，經(jīng)過性能預(yù)估分析、空化性能分析、技術(shù)比較等綜合分析比較，選用HL551—WJ—50型水輪機為最匹配的型號，并根據(jù)水輪機的基本運行參數(shù)選取配套的SFW200—10/740型發(fā)電機。增效擴容后機組參數(shù)如下：

在機組改造的同時，對附屬設(shè)備也進行了配套擇優(yōu)選擇，選用S11—10/0.4型主變壓器，WDT—300型調(diào)速器，ZW8—12型10KV戶外高壓真空斷路器，NSX—400A型0.4KV低壓斷路器，GCK—03（改）型低壓開關(guān)柜，選用可控硅勵磁裝置。并對增效擴容后的系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)保證計算，重新確定了合理的導葉關(guān)閉時間，蝸殼末端壓力和機組速率升高值均滿足規(guī)程規(guī)范要求。改造完成后，新增裝機容量150kw，年發(fā)電量增加120.3萬kw.h。

本次增效擴容改造對10kV架空線路采用二機一變擴大單元接線方式，這樣運行維護較為方便，升壓站占地面積小、設(shè)備少，而且比一機一變單元接線經(jīng)濟。并更換1臺500kVA10/0.4kv節(jié)能好的油浸式變壓器，選擇技術(shù)較先進的隔離開關(guān)、高壓計量箱、避雷器、電力電纜等。改造后，不但提高了機組的效率，還大大提高了電站運行的穩(wěn)定性和可靠性。

五、結(jié)語

總而言之，在對小型水電站增效擴容改造的過程中，可以使用的技術(shù)措施非常多。實際應(yīng)用過程中，要根據(jù)水電站的規(guī)模情況、水文情況，結(jié)合不同產(chǎn)品的具體特點制定技術(shù)方案。達到增加機組容量、提高水電站效率、提高水資源利用率的目的。

參考文獻：

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