浅析中小型水电站增效扩容改造技术

杨云科

云南省玉溪市新平县水利局 玉溪新平 653499

摘要：我国很多中小型水电站技术水平比较落后，存在自动化程度低、运行效率低、设备老化等现象，不但对水资源造成了浪费，还存在安全隐患。因此，对其进行增效扩容相关改造工作势在必行。本文针对这一问题进行探讨，首先对小型水电站在当前面临的问题进行简要分析，然后阐述了改造技术。

关键词：中小型水电站；增效扩容；改造技术

对中小型水电站进行增效扩容改造的目的就是提高水能资源利用率和提高电站运行的可靠性及安全性。主要是通过改造引水渠道、压力管道、更换高效的水轮发电机组以达到提高电站运行效率（增效）或增加机组出力（扩容）的目的，通过更换新型调速器、自动化控制设备以达到提高电站运行的可靠性及安全性、降低电站运行成本，最终使水电站综合效能以及安全性能得到有效提升。

一、存在问题分析

1.水轮机、发电机效率比较低。由于受技术水平的限制，上世纪八、九十年代建成的中小型水电站采用的水轮机、发电机运行效率普遍较低，水轮机的效率大多只能达到70%左右，发电机的效率只能达到85%左右，综合效率只能达到60%左右，水能资源利用率极为低下。

2.转轮汽蚀严重，严重影响了水轮机的运行效率。由于受转轮和导叶线型、材料、制造工艺的限制，老的水轮机比较容易发生汽蚀现象。汽蚀的发生往往会造成机组强力的振动、强力的噪音、机组摆动过大等不良现象，造成机组效率下降、增加了设备维修时间及维修费。

3.从实际情况看，水头、流量等电站设计参数不尽合理。受电站建设时期技术力量的限制，老旧电站均存在实际参数和设计参数之间存在较大差别的情况，从而导致水轮机无法在最优工况区内进行运行，水流就会呈现出不平顺状态对叶片进行绕流，从而导致叶道涡的出现，对水轮机效率造成影响，严重的话，还会导致机组无法正常运行[1]。

4.受水轮机线型、制造材料的限制，水轮机磨蚀严重。泥沙颗粒会对过流部件表面造成撞击磨削，导致过流部件机械破坏以及疲劳损坏，使得机组出力以及工作效率降低，缩短了检修周期，严重的话，还要对转轮进行更换，对电站的运行效率、经济效益、水能综合利用效率及安全性造成不良影响。因此，要做好水轮机转轮线型选择，对转轮进行优化设计，有效降低泥沙对水轮机过流部件造成的磨损。

5.调速器老化，自动化程度低，电站的安全运行无法保证。在老旧小型水电站，由于受当时技术水平和制造工艺的限制，使用的调速器普遍为YT型调速器，有的甚至是手动调速器，导致了电站的自动化程度低下，电站的运行可靠性底，给电站的安全运行带来了极大的隐患。

二、改造技术

（一）改造原则

在对小型水电站进行增效扩容时，改造内容应以机电设备更新改造为重点，并对影响发电效益、工程安全、河道生态和运行环境的挡水、泄水、引水、厂房等建筑物、金属结构及送出工程等进行必要的改造。原则上不增加原有机组台数，不新增移民和永久占地。在对改造项目进行设计的时候，要对河流水文资料以及气象资料和地质资料进行收集、整理与分析，同时还要对水电站原来的设计资源以及运行资料与接入系统相关资料进行分析。做好现场调查以及勘测工作，并针对增效扩容的可行性以及必要性加以评价。在设计的过程中要始终坚持生态环保和节能的理念，将少人值守作为设计目标。设计单位一定要具备应有的资质。

（二）改造技术分析

1.确保水工建筑能效。在水工建筑中，输水建筑是和水电站有着密切关系的。要科学选择引水隧洞以及引水渠道的纵坡，对断面形式进行综合比较，尽量减少水头损失以及工程量费用 [2]。比如，可以利用混凝土材料进行衬砌（也可以就地取材采用浆砌石进行衬砌），做好过流面的粗处理，降低糙率，尽量减小引水渠道相关断面。要结合上游泥砂、漂浮物以及水轮机型式与流道尺寸对拦污栅具体的栅条间距加以确定，有效拦截污物的同时尽量减少头损失。

2.对水轮发电机组进行改造。对于水电站来说，水轮发电机组是最重要的构成要素，水轮发电机组的运行效能与水电站生产效益有着最直接的关系。

水轮发电机组的改造首先是对水轮机进行改造，具体情况分为两种：一是水轮机老化严重，基本上没有改造可能的，就要对其进行更换，但不能随意更换，要对各个厂家不同型号转轮进行了解分析，根据具体情况选择合适的水轮机。二是水轮机还能够进行改造的，主要对原来的水轮机过流部件加以改造，其目的是有效提高水轮机的过流能力和发电出力，减少水轮机的磨蚀、汽蚀、震动和噪音，提高水能资源的利用效益和发电能力，增加电站收益。

其次是对发电机进行改造，在对发电机进行改造的时候，要利用新的工艺和技术。针对于老发电机线路没有耐高温性这一问题，要利用新的绝缘材料对电能传输效率进行改善，使发动机效率得以提升。对定子或者是转子线路冷却系统加以改善，降低定、转子温度，从而使发动机工作效率提升。如果有必要，还可以增加定子以及转子中铁芯长度，使电磁功率得以提升，也可以改造轴承，达到增效扩容的目的。如果发电机和水轮机之间不匹配，就要对其整体更换。

对调速器等辅助设备进行更换、改造。由于老的调速器已经无法满足电站远程调度、安全可靠运行要求，需要更换老的调速器，以达到电站微机监控、远程调度的目的，同时可以提高电站运行的可靠性和安全性。

3.对电站的一、二次电气设备进行更新改造。在水电站中，变压器以及断路器还有隔离开关与互感器等是主要的一次设备，从小型水电站的实际情况看，在对变配电设备进行改造的时候，改造技术不但要与改造规范相符，同时还要满足安全可靠和节能环保的相关要求。比如，对于主变压器来说，要尽可能选择低耗变压器，主要利用的是卷铁芯，同时还有连接绕制成的硅钢片，和传统铁芯接缝相比，其接缝气隙比较少，所以，在运行的过程中不会有太大的噪音产生，再加上全密封性的油箱，外观上比较美观，且性能比较好，维修少，节能环保。如果条件允许，那么要利用无油高压断路器加以改造，这些改造技术能够使水电站的作用充分发挥出来[3]。二次部分主要是检测、控制和保護系统，也就是自动化控制系统，为保证电站的安全、可靠运行，在改造中宜采用计算机监控系统

4.强化增效扩容工作。对于水电站来说，水电站机组台数以及水头、流量各不相同。所以，一定要结合实际状况提出改造方案，使增效扩容工作得到强化。

结语

总之，对于小型水电站来说，增效扩容意义重大，不但能够提高电站的经济效益、水能资源综合利用效率、电站的运行安全性和可靠性，还可以保护环境，提升生态效益。因此，要采取有效措施，确保水工建筑发挥效能，对水轮发电机组、调速器、电气设备等进行改造，对增效扩容工作加以强化，从而达到节能减排的有效目标。

参考文献：

[1]冯乐天.小型水电站增效扩容技术改造设计中的几个问题[J].民营科技，2014，（07）：85.

[2]殷明.农村小型水电站增效扩容技术措施[J].电世界，2014，（11）：22-25.

[3]吴建平.小型水电站增效扩容工程的技术改造问题[J].江西建材，2012，（02）：149-150.