山区小水电站技术改造问题分析

黄翠美

(建瓯市水利局，福建建瓯353100)

1 建瓯小水电站开发利用状况与存在的问题

建瓯市位于福建省北部，属于亚热带海洋性季风气候区，四季温暖湿润，年平均气温为18.7℃，1月平均气温为8℃，7月平均气温28.5℃，年降水量为1 664 m，境内山峦起伏，年径流深1 020 m，年径量达43.2亿m3。疆域总面积4 233 km2，其中山地3 459.7 km2，耕地328 km2，是属于多山地区域。市内河流主要属闽江建溪流域，呈格子状水系，发育全面，流向多为东北～西南，多年平均水位90.91 m，大河利用落差3.5～18 m，小溪102～420 m。100 km2以上的15条;1 000 km2以上的有建溪、崇阳溪、南浦溪、松溪。境内河流长161.6 km。全市水能理论蕴藏量为57万kW，实际可开发装机容量30万kW。目前全市拥有144座水电站，总装机20.5万kW，年发电量达6.8亿kW·h。但是，建瓯市水电门以小型为主，普遍存在着:①装机容量小，机组台数多，水能利用率低，水量富余情况;②机组运行时间久远，设备陈旧，技术落后，效率低，安全运行隐患多;③防洪标准低与调节性差。针对以上问题对小水电站进行技术改造是十分必要的，因此从2001年开始就相继对小水电站进行技术改造，改造后平均增容约40%，既有利于保障经济发展对电力的需求;又有利于把建瓯潜在的资源优势变为现实的经济优势。

2 仁墩电站技术改造前基本情况

仁墩电站位于高阳溪流域中下游，属该流域规划的第18级，建于1973年，原设计以灌溉为主，兼顾发电。枢纽建筑物有:混凝土连拱坝，总长87 m，共15孔，最大坝高5.5 m，最大水头4.5 m，最小水头3.5 m，设计水头4.0 m;左右岸共安装60－6水轮泵7台(左岸4台，右岸3台)，设计过水流量10.5 m3/s，提水流量0.5 m3/s，总用水量11 m3/s，灌溉面积313.5 hm2;电站装6台125 kW机组，总装机750 kW，水轮机型号ZD592－LM－120，发电机型号TSN－10/990，调速器TT－550，设计引用流量37.2 m3/s;水轮泵与电站共计用引水量为48.2 m3/s。

仁墩电站坝址以上集雨面积1 430 km2，多年平均降雨量1 800 m，多年平均流量58.15 m3/s，多年平均径流量16.45亿km2，因此，水量有较多富余。根据高阳溪流域规划本级装机容量为2 000 kW，电站可引用流量65 m3/s。

3 仁墩电站技术改造方案比选

为合理利用该处富余水能资源，同时保证工程原有运行功能，技术改造共拟3个方案进行比较:①是原有枢纽建筑物如:混凝土拱坝、左右岸7台水轮泵保持不变。只将原电站6台125 kW水轮发电机组，改为6台250 kW水轮发电机组，水轮机型号为ZDT03－LM－140，发电机型号为SF250－24/1730，调速器YT－1000，改造时原厂房上部砖混结构拆除重建，下部蜗室中墩拆除、尾水管及转轮室扩大。技改后电站装机容量为1 500 kW(6×250)，新增装机容量为750 kW，多年平均发电量675万kW·h，年利用小时数4 500 h。电站设计引用流量为52.8 m3/s(单机8.8 m3/s)，加水泵用水量11 m3/s共计引用水量为63.8 m3/s，与流域规划可引用流量65 m3/s基本相符。10 kV升压站采用户外式布置在厂房下游侧，输变线路利用原电站10 kV输变线路，总长为1 km。②是将原电站6台125 kW水轮发电机组及厂房全拆除重建，机组选型为3×800 kW(轴伸贯流机组)或5×4400 kW。经比较方案1的引用流量，装机容量与流域规划基本相符，工程投资、单位千瓦投资最优，故选用1方案为实施方案。

表1 2006年不同装机容量效益分析比较

4 仁墩电站技术改造的主要内容

改造内容包括5个部分:

4.1 水轮机系统的技改

水轮机系统的技改是水电站技改的重点和关键，普遍存在水轮机主要性能数与电站实际运行参数不匹配;水轮机性能落后、技术陈旧、制造质量差，气蚀及磨损严重、叶片开裂变形;水轮机与电气设备不配套。水轮机系统的技改的措施主要是择优选用性能先进、技术成熟的好转轮和配套性能先进、运行可靠的水轮发电机及其辅助设备;妥善处理本电站的不可变更或不宜变更的制约条件;特殊问题用特殊办法解决;改善运行特性，延长水轮机的使用寿命。部分电站还可能涉及导叶、尾水管等过流部件的适当修型等。仁墩电站已运行33 a，原水轮机型号ZD592－LM－120存在容量小、性能落后、陈旧老化等问题，所以在技改时不与考虑利用，而是直接更换为ZDT03－LM－140型。

4.2 发电机的技改

有些发电机组因设计绝缘等级低、制造工艺落后等，在经过长时间运行后产生流胶、绝缘老化甚至击穿等情况;也有问题机组因散热不良等影响机组出力;有的由于制造或安装质量差，推力轴承可靠性低，常导致烧瓦事故。因此，要针对不同情况，在技术改造过程中区分对待。同时，有些电站在不更换水轮机和发电机转子，只改造发电机定子绕组和通风的情况下，还可进行增容改造，挖掘潜力，既节约投资，还增加了效益。黄墩电站原发电机组为6台125 kW皮带传动机，技改时由于增容较多就直接更换为同轴6台250 kW SF250－24/1730型。

4.3 调速器与励磁系统的技改

在老式小电站中有相当的电站采用了机械调速器和电液调速器，经过长时间运行普遍存在稳定性差、死区大、灵敏度低、故障率高、维护工作量大等问题，多数励磁设备及回路也显陈旧、老化落后，都不适合现代运行要求，故需进行改造，以适应灵活性、可靠性和精确性等方面的要求，同时也对电站稳定运行极为有利。仁墩电站原为手动调速器、碳刷子励磁，技改时改为自动调速器和无刷励磁。

4.4 自动化系统的技改

老式小电站自动化系统因建设时技术水平的问题，没有适合现代运行方式的自动化控制系统，部分电站装配的自动化系统也基本处于闲置状态，不能发挥应有作用。在计算机技术飞速发展的情况下，使用先进的计算机监控系统已是一种趋势。通过自动化系统的技改，对保证小型水电站安全、经济、可靠运行，逐步实现“无人值班、少人值守”的自动化要求，提高电站综合自动化水平具有重要意义。仁墩电站因装机容量相对较小，改造时暂不考虑。

4.5 其他设施的技改

仁墩电站技术改造因装机容量从单机125 kW改为250 kW，水轮机转轮从120改为140由于过流量增大，这就要求相配套的引水流道蜗室也需加大，经现场测量将原流道上一个中墩拆除即可满足，同时将原方形蜗室与尾水管改为蜗形弯衬形，这样既满足过流量又改善流态。另外为满足防洪20 a一遇标准，改造后的厂房地面也相应提高至洪水位以上，确保电站满足防洪要求。

5 结语

综上所述，在仁墩电站技改方案时，根据工程的具体情况，因地制宜、扬长避短、综合考虑、统筹安排，既要合理利用原有设施，又要勇于探索应用新技术、新工艺、新材料、新设备，才能促进电站技改技术发展。实践证明对小水电站进行技术改造是提高小水站技术水平和提高经济效益的一条捷径。通过技术改造，不仅有助于电站建设、运行管理水平和人员素质的提高，同时也对增加电网调频容量、促进地方经济发展具有积极作用。相关主管部门和电站的业主在进行水电站技术改造时，要认真按照《小型水电站技术改造规程》实施，要深入调研、制定好相关规划，对水能条件好、有增容潜力的电站要优先规划，落实技改，以取得最佳的经济效益，更好地发挥小水电在地方经济发展中的积极作用。

［1］福建省水利水电勘测设计研究院.福建省农村水力资源调查评价［R］.福州:福建省水利水电勘测设计研究院，2007.

［2］胡代清.国内外已建水电站扩机增容情况综合［J］.水电站设计，2004(6):11－14.

［3］王爱华.云南省小水电挖潜改造分析［J］.农村电气化，2002(4):13－14.