技术创新推动增效扩容改造技术进步

尹 刚

(湖北省地方水电公司，湖北 武汉 430071)



技术创新推动增效扩容改造技术进步

尹 刚

(湖北省地方水电公司，湖北 武汉 430071)

增效扩容改造实施过程中以技术创新带动技术进步，通过技术进步来推动我国农村水电向水电强国迈进。总结了实施过程中的新技术、新思想、新设备应用带给电站的变化，用通俗的语言介绍了数字技术在农村水电站的应用，对十三五项目增效扩容改造的实施有一定的指导作用。

小水电站；增效扩容；技术创新；技术进步

0 引 言

经过4 a的农村水电站增效扩容改造，我国已有4 000余座农村水电站的大部分机电设备得到了更新，现代化技术得到普遍推广和应用，运行环境得到很大的改善，电站效益大幅提高。不仅实现了增效扩容，加大了可再生能源的供应量，还美化了电站及周边环境，提高了职工的幸福指数。

增效扩容改造工程的实施，带动了小水电技术的进步，推动了中、小水电设备的产业革命，使我国从水电大国向着水电强国迈进。

1 新转轮助主机效率大幅提高

增效扩容改造工作的前提是增效和扩容，我国通过三峡工程的建设促成了“以市场换技术”，引进了大批国外先进的转轮，经消化吸收，使我国的转轮技术向前推进了几十年，也为增效扩容改造的水轮机改造提供了很好的技术环境，我国的转轮技术与国外的差距通过三峡电站的建设在快速缩小。增效扩容改造的电站这次普遍选用哈电、东电和水科院的新型高效转轮，大幅提高了机组的效率,特别是还在使用20世纪90年代以前的转轮的水轮机，改造后效率提高惊人。

精心的设计和生产是制造业必不可少的重要环节，增效扩容改造工作应严把设备设计制造关，通过业主、设计院和主机厂的通力合作，认真计算和反复比较选择适合电站的新型转轮，并对转轮的材质、工艺进行深入的技术经济比较，然后选择正规的招投标公司，通过正规招投标选择适合项目的厂家。设备监造也是保证改造成功的关键环节，增效扩容改造工作借鉴了国外的先进管理经验，很多项目业主派出了技术人员驻厂监造，对主机制造的每一个重要环节都实时监督，保证了设备质量。

发电机的改造使得很多的电站在原有的基础上增加了发电容量，使电站的效益有很大的提高。不少的电站因此走出困境，实现盈利，提升了市场竞争能力。在不改变机座号的前提下增加容量，靠的是新技术和新材料的应用，超薄的云母绝缘替代了传统的沥青绝缘，科学的满槽率设计在不更换定子铁芯的情况下实现了增容，效果十分理想。很多电站还实现了高压机组改成低压机组的目的，节约了大量的投资，给局部改造走出了一条科学的道路。

新材料、新工艺在蜗壳、转轮、导叶和调速环设计加工上的应用，使得流道更加科学，型线更加合理，传动更加灵活，减少了流道损失，提高了能量转换效率。新材料的应用，增加了设备使用年限，延长了主机的生命周期。

高改低技术的推广，节约了大量改造成本，特别是低压机组一体化技术的配套应用，对运行人员的素质要求也随之降低。在增效扩容改造过程中，很多高压机组改成了低压机组，不但减少了前期的设备投资，还降低了运行维护费用。现在国内的技术水平足以保证1 800 kW以下的机组都可以改造成低压机组。

2 调速器改造推陈出新

调速器是水轮机的重要辅机设备，农村水电站的自动化依赖于调速器的进步和全自动调速器的推广应用。我国老一辈调速器专家在完成微机高油压调速器的研究后，开始致力于农村水电站全自动调速器的研究和推广。目前，农村水电站调速器的产品已成系列，100 N·m调速功以下的调速器有智能负荷控制器，100、150 N·m调速功有手电动调速器，300～3 000 N·m调速功的机组有3万左右1台的适合农村水电站的YWT微机高油压调速器，新型水轮机调节设备基本涵盖了农村水电站的全部需求。低压机组一体化屏与高油压液压液控站的配套使用，彻底解决了低压机组的自动化问题，电站可以在没有厂用电和直流系统的情况下正常开机。

过去全自动调速器价格太贵，农村水电站用不起，基本是用手动调速器和手电动调速器，调节不稳定，还经常发生人身伤害事故。新研发的低成本微机高油压全自动调速器每台才2.8万元，在这次增效扩容改造的低压机组水电站中被大量采用。而且这种调速器还自带刹车系统，电站因此取消了中、低压气系统，大部分电站还取消了油系统，不仅简化了电站油、气、水系统，还减少了油和气系统的投资，降低了厂用电率，节约了运行费用，提高了安全性。

3 励磁更加专业化

励磁系统的主要任务是：在正常运行条件下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上，使并列运行的各台同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。增加并入电网运行的发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功功率传输能力。 在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁，将励磁电压迅速增升到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。在发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速减到安全数值，以防止发电机电压过分升高。 在发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，以减小故障损坏程度。

过去农村水电站的励磁五花八门，如三次谐波励磁恒压装置、电抗器移相式相复励励磁装置、电容器移相式相复励励磁装置、磁耦合电抗器移相式相复励自磁恒压装置、可控相复励自磁恒压装置、可控硅自磁恒压装置、模拟无刷励磁装置等。很多农村水电站常用的励磁方式没有调差功能，发电机输出电压和无功很不稳定，不能多台机组并网运行，各机组无功分配不均匀，设备运行很不安全。

根据整流方式，水电站励磁可分成单相半控整流、三相半控整流和三相全控整流。由于部分低压控制设备生产厂家对励磁技术不甚了解，为节约成本，还有很多在采用单相半控整流；一般在低压小型机组，且对励磁功能要求不高的情况下选用。三相半控桥式整流电路的触发电路简单，整流元件所承受的反向电压较其他电路小、谐波小、对整流变压器的利用率高，但不具备逆变特性，无法实现逆变灭磁，运行很不安全。

这次增效扩容改造大量使用最先进的三相全控桥自并励励磁系统，三相全控桥式整流方式具有控制精度高、灭磁方便、灭磁速度快等特点。数字刷励磁系统也是这次低压机组励磁方式的首选，改造电站都配置了具有通讯功能的数字励磁调节器，解决了过压和无功不足问题，更解决了农村水电站的自动灭磁问题，电站自动化程度大幅提高，运行更加安全。

4 数字监控保护全面推广

增效扩容改造的基本要求是全面实现自动化。通过这次改造，常规电磁式自动化设备基本退出农村水电站，取而代之的是微机监控保护设备。自动化设备的更新，改变了过去的管理理念，大部分电站实现了设备自动控制，事故自动处理。低压一体化控制屏更是实现了设备取代人工运行的新局面。

增效扩容改造自动化部分的亮点较多，而且很多处于国内、国际先进水平。如无PLC监控保护设备，功能强大，价格适中，性能可靠。又如低压机组一体化系统，实现一键操作开、停机，无需人工干预自动运行，彻底解决了低压机组水电站自动控制技术难以实现的难题，实现了低压机组全保护的配置，设备安全性大幅提高。这些新技术的应用，引导了水电站未来监控保护技术的发展。低压机组一体化技术的推广和应用的成功，得到南瑞、四方集团的技术认可和参与，试点完成以后，两大集团都投入力量开发出自己的低压机组一体化屏，并在“十二五”后期投入增效扩容改造市场。

农村水电站自动化的实现，依赖于励磁、调速和自动化元件的完美结合这一理念，通过这次改造，已深入人心，各级设计院和项目业主都已认可；这是一个很大的观念进步，也是增效扩容改造的又一重大收获。

5 存在的问题

农村水电站自动化是一个系统工程，单一的设备先进不仅不会提高自动化水平，还可能带来隐患。如冲击式调速器，过去折向器是受机组自动屏控制，现在是调速器内部联动，经常出现调速器在外部干扰的情况下投入折向器，影响运行安全。

由于对水电站设备技术的不了解，很多电站在继续选择常油压调速器，有不少选择高油压调速器的用户，任继续购买中、低压气系统，弃之无用，造成不必要的浪费。

在低压机组水电站，继续采用简单常规电磁继电器保护、单相半控整流和三相半控整流励磁的比较多，技术水平没有提高，安全隐患没有消除。这都需要“十三五”加以注意。

6 建 议

“十三五”是中国创造的发展阶段，增效扩容改造在“十二五”的技术创新，应该加以总结推广。纳入“十三五”改造的用户绝大部分是私营企业，自筹能力相对较弱；应该将“十二五”的经验加以总结、宣传、推广，使业主少走弯路，共同享受到技术创新的红利，为国家、为业主节约大量的资金和资源。

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责任编辑 吴 昊

2015-06-01

尹 刚(1957-)， 男，主要从事智能农村水电站技术研究工作。E_mail： yg76531@163.com