农村水电增效扩容改造技术应用方法

杨圭武

(福建省寿宁县水利局，福建寿宁355500)

1 水电站运行现状分析

回顾农村地区水电工程建设历程，水电站已经成为基础设施的主要支撑，用于保障农村水利水电调度工作。水电站是农村水利资源调度的总控制平台，一方面优化了水电资源的分配体系，降低了农村发展对水利资源的耗损率;另一方面，水电站建设起到了良好的生态保护作用，对节能降耗、节能减排等工作提供了便捷性。例如，自2010年以来，各省平均每年投入300亿以上的建设资金，扩大了农村水电站配电设施规模，既保证了水电资源的利用效率，也为农村构建了生态化发展环境。从经济收益上分析，农村水电站每年发电产值收益超过1 800亿，带动了地方经济收益增长。

2 水电站存在问题及增容意义

不可否认，农村水电站建设对地区发展起到了多方面推动作用，但受到主客观条件的综合影响，农村水电站运行还面临着一系列的问题。主要表现为设备老化、自动化程度低、运行效率低等。水电站设备使用年限较长，影响了设备综合性能的发挥;机电自动化水平低，给值班人员操作带来了较大的困难;站内设备整体运行效率偏低，机组工作状态达不到最佳效果。针对这些问题，未来农村水电站走增效扩容改造之路，已经是社会现代化发展的必然决策。

当前，我国国民经济收益额度持续增加，国内产业经济规模朝着扩大化方向转变，这使得社会电能实际应用量不断增多。由于供需关系持续变化，农村市场电能需求用户也迅速增多，这在某种程度上对水电机组运行提出了更高标准。水电增容改造将有利于巩固该区农村水电发展成果，提升农村老旧电站的发电、防洪和灌溉等功能，保障电站安全运行;同时，还有利于提高农村防洪抗旱和农业灌溉能力，改善农村生产条件，增加农民收入，促进脱贫致富，改善生态环境，促进农村生产生活方式转变。

3 农村水电增效扩容改造技术应用方法

农村是新经济体制建设中心，注重农村配套设施规划与改造，对地区经济结构升级具有宏观性的指导作用。为了改变早期水电站机组运行模式，对发电机组执行增效扩容改造是不可缺少的，这是水利水电现代化建设的必然要求。

3.1 提高机组效率

3.1.1 优化技术

借助先进科技改造转轮运行效率，计算流体力学技术使转轮设计达到量体裁衣的水平，消除了选型套用与实际水力参数的误差。叶片模压成型技术及数字控制加工技术的应用，使加工出厂的转轮与理论设计偏差缩小，转轮效率可达94.5%，如寿宁县车岭二级站更换型号1089B-LJ-110新转轮最优工况效率为91.05%，整机效率比原来提高了7%多。此外，也可采用信息技术辅助转轮调节运行，避免人工操控失误造成的影响。

3.1.2 减小水量

转轮密封装置损坏，检修时难以修复，因此在更换转轮时同时对密封装置进行改造，减小转轮漏水量，提高效率。严格控制水轮机组水量大小，可显著降低水轮机运行荷载，提升了机组日常工作的综合效率。可设定水量监测系统，根据设备运行状态扩大机组的工作效率，这是降低水轮机耗损系数的有效方式［1］。

3.1.3 控制水位

清理尾水河道，使尾水水位控制在设计水位的范围，可以使机组出力增加。特别对于低水头电站，尾水水位的变化对机组出力影响大，清理尾水河道可获得良好的经济效益。农村水电站水位变化形式多样，值班人员要时刻关注水库、河道的水位动态，防治高低水位转变对机组产生的破坏性。

3.2 发电机定子铁芯改造

定子铁芯是发电机最为核心的构成，对定子铁芯改造能够减小铁芯损失，全面提升机组日常运行的作业效率。当前，铁芯损失是发电机电磁损失的主要部分，定子铁芯状态决定着整个机组的运行速率。投产较早的机组硅钢片磁滞损失较大，加之多年运行后铁芯松动，绝缘老化，涡流损失增加。发电机定子铁芯改造可采用新配件材料，选用性能较好的硅钢片对铁芯进行改造可使发电机效率进一步提高，延长水力发电机组使用周期，减小了机组故障的发生率。

3.3 励磁改微机可控硅励磁

取消直流励磁机采用可控硅励磁，这样可以维持水轮机组结构的稳定性，避免励磁过程中出现水轮机受阻问题和增加了水电机组系统的故障率。投产较早的中小型水轮发电机组多采用直流励磁机励磁，这种励磁方式故障多，维护费用高，机组附加损耗增加。采用微机可硅励磁方式是增容改造的有效方法，见图1。在电源、总线、CPU主板、控制信号等模块调控下，可控硅励磁整体运转效率相对稳定。不仅能提高励磁系统可靠性，降低维护费用，还能提高机组效率，为设备检修人员创造了优越的工作环境。

图1 可控硅励磁

3.4 采用节能型变压器

水电站增容改造所用变压器，主要是性能参数空载、负载损耗均比GB/T6451平均下降10%以上的三相油浸式电力变压器;产品性能参数空载、负载损耗比Gwr10228平均降低10%以上的干式变压器。

主要包括2个方面:

1)卷铁心配电变压器。这种变压器优点:降低变压器空载损耗约10% ～25%，依变压器容量而变;降低空载电流，一般为叠片铁心的50%;变压器噪音水平显著降低，减少对城镇噪音污染。

2)单相配电变压器。此类变压器多为柱上式，便于安装并靠近负荷中心，通常为少维护的密封式。与同容量三相变压器相比，空载损耗和负载损耗都小，有效材料用量也少，价格低20% ～30%。

3.5 微机自动化系统

农村早期开发的电站均采用常规继电器保护和手动控制模式，自动化水平低、设备陈旧淘汰，故障率高，安全隐患大，运行维护人员工作量大。采用新型微机自动化装置后，保护精度提高、控制可靠，运行人员减少，可以减少运行维护人员约50%，大大降低人员费用成本，提高电站经济效益。

4 结论

水利水电是新农村建设的主要工程之一，搞好水电站改扩建项目是农村资源优化配置的关键。水利部门要根据农村生产活动的具体要求，适当地调整水电站发电机组容量大小，借助增容改建方案优化机组运行动态。通过提高转轮效率、发电机定子铁芯改造、励磁改微机可控硅励磁、节能低耗变压器、自动化控制等方面措施，提升了水电站机组容量的大小和效率，减少运行人员以降低运行成本而增加效益，推动着农村水利现代化建设的可持续发展。

［1］黄祖敏.浅谈小水电站增容改造中需注意的几个问题［J］. 中国农村水电及电气化，2005(09):68-69，72.