水电站技改增容工程方案分析

陈栋才

(福建闽东电力股份有限公司，福建 宁德 352100)



水电站技改增容工程方案分析

陈栋才

(福建闽东电力股份有限公司，福建 宁德 352100)

当前我国很多早期修建的水电站出现了严重的设备老化问题，机组的出水率和水轮机的效率明显降低，需要在已有资源的基础上使用新设备和新技术进行增容，提升水电站的自动化水平和安全生产能力。文章就某水电站技改增容方案实例进行分析，并对改造后的实际应用效果进行评价，进一步说明了技改增容的实际应用效果，可为类似水电站技改增容提供借鉴。

水电站技改；增容工程方案；分析

1　工程概况

某水电站工程修建于20世纪90年代初，系某流域干流梯级开发的第一级坝后式电站，水库总库容2680万m3，全溪流域面积985 km2，坝址以上集雨面积114.9 km2，大坝正常蓄水位为870 m，该电站坝高65 m，厂房正常尾水位813 m，电站设计流量9.27 m3/s。电站装机容量3200 kW(2×1600 kW)，安装2台的混流式水轮发电机组，水轮机型号为HLD41-WJ-84，发电机型号为SFW1600-10/1730；设计多年平均发电量1005万kw·h，年利用小时数3287 h。

2　水电站出现的问题

2.1设备老化严重以及维修花费趋高

该水电站兴建于20世纪90年代初，已经正常运行了20 a以上，接近机组使用寿命，机组性能老化、故障多、效率低。根据近年数据统计，现2台机组的实际出力只达1500 kW和1450 kW，电站近3 a的运行情况见表1。

随着科学技术的发展，该水电站的机电设备已经成为社会淘汰的器件，设备所需配件维修困难，而且维修成本相当高[1-3]。通过对该水电站设备多年运行费用统计显示，所需费用中工程维修费一年比一年高，该水电站的经济效益却在逐渐降低。

表1　近3 a机组运行情况

2.2整个机电设备工作效率低，导致水能资源不能完全利用

从水文资料分析整理可知，坝址可利用多年平均流量为4.50 m3/s,而现有电站2台机组装机合计3200 kW，设计流量9.27 m3/s，水量利用率77.2%，水量利用还存在一定空间。

原水轮机型号HLD41-WJ-84，水轮机轴瓦的冷却透平油漏油，端盖密封不严，导叶关闭不严，漏水比较严重，根据业主提供的出力数据反映，达不到额定出力；发电机型号为SFW1600-10/1730，存在发电机温度偏高、噪声大、定转子线圈污染严重、事故率高等问题，整体机电设备工作效率较低。

从近年的实际运行情况看，根据2005—2015年的11 a水情资料统计分析，仅有3 a水库未出现弃水，其余8 a来均出现不同程度弃水，年均弃水量2858万m3。因此，可通过增加设计引用流量和提高机组效率来提高水能利用率，增加发电量，同时，提高电站运行调度的灵活性，提高梯级电站年发电量。

2.3水电站设备操作技术落后，大部分靠手动控制

该水电站机电设备年限久远，设备系统技术落后，全靠手动操作，自动化能力弱，机电反应速率和设备调节速度都很慢，无法达到安全发电和电网调度的需求。同时，该水电站没有配备以计算机控制为主的监控保护装置。

3　技改增容方案的选择

3.1技改增容的要求

(1) 在原有电站基础上进行的增效扩容改造，利用原有拦河坝、引水隧洞、压力钢管、厂区建筑物等，在不变水库正常高程、不改变厂址位置的情况下对机电设备进行更新改造。

(2) 增容后，水电站设备数量不变，水轮机的装载高度不变，转轮汽蚀性能需符合安装高程的需求。

(3)在充分满足设备布局、运行便利的条件下，尽可能减少工程施工工作量[4]。

(4)本次增效扩容改造将按“无人值班、少人值守”，实现远程集中控制进行设计。

3.2针对主机组的有效改造方案选择

根据水能计算成果，本电站扩机容量有2×2000 kW、2×2500 kW两种方案。经综合分析，无论是单位电能投资还是投资回收年限，方案1均优于方案2，且方案2由于扩容幅度较大，须改造原有引水系统及厂房，所以投资量较大。因此，本次增效扩容改造采用4000 kW装机方案，扩机后年发电量1266万kW·h，下游梯级电站可增加年发电量135万kW·h。

3.3水轮机机组的最佳配比

装机容量2×2000 kW，海拔高程813 m，设计水头46 m。根据本电站水头范围，适合于本电站的混流式卧轴水轮机转轮有HLA551、HLA616、HLD74三种转轮型号，根据上述机型在相同出力、相同转速的情况下，进行比选。经比选，HLA616转轮的刚强度最好，最大使用水头为75 m，是目前国内性能该水头段最优秀的转轮；允许吸出高度最高，抗汽蚀能力最优，电站的开挖量相对最小，经济性好。本次改造推荐选用HLA616-WJ-89水轮机，转速n=600 r/min。

3.4改造机电设备，建立自动化系统水电站

本次改造按“无人值班，少人值守”方式设计，远期可实现远程监控运行。配备以计算机监控为主，仅保留简易常规控制开关的综合自动化控制系统。通过计算机技术，对整个水电站进行实时的监控管理，对整个输电线路安全运行进行自动控制，促进水电站设备正常安全的运行[5]。

(1)发电机改造。原发电机为江西电机厂生产，型号为SFW1600-10/1730，经过20 a以上的运行，已出现发电机定转子线圈污染严重、线圈事故率高、定转子绝缘老化、引出线绝缘老化等缺陷，根据相关现行标准要求，结合电站的实际情况，对发电机整机更新改造。选用发电机型号为SFW2000-10/1730，改造后发电机额定容量为2000 kW，额定效率不低于95%，绝缘等级为 F级。

(2)主变压器改造。原有主变压器1台，型号为S9-4000/38.5～6.3 kV，属国家淘汰产品，产品性能差、能耗高，经多年运行，已存在安全隐患。根据相关现行标准要求，结合电站的实际情况和本次增容后要求，选用一台节能型主变压器，型号为S11-5000/38.5～6.3 kV。

(3)其他辅助设备改造。①调速器：原调速器为YDT-1000电控液压调速器，自动化程度低、调节性能差、设备老化，已无法满足运行要求，本次改造后采用YWT-1000微机型液压调速器，自动化程度较高，能满足增效扩容相关规定要求；②励磁装置改造。本站原励磁装置为模拟型可控硅静止励磁装置，由于投产时间长，设备老化、自动性能降低、故障率高，部分元器件已无法购置，属淘汰产品，无法满足机组正常运行要求，拟更新为SWL系列双微机可控硅静止励磁装置。③进水阀门：对原有蝶阀控制部分进行自动化改造。④因原油系统、压缩空气系统、技术供水系统，及消防、排水系统已老化严重，密封性差，且不满足更新后机组要求，本次拟对主要设备和部分管路进行更新改造，并增加自动化测量和控制设备，以适应自动化系统需要。

(4)高压配电设备。电站原35 kV升压设备采用户外式，配置的DW12-35系列多油断路器等老型号设备，存在运行时间久、设备老化严重、漏油严重、开关设备性能差、故障率高等因素，严重危及电站的安全运行，同时，升压站远离厂房，运行维护不便且不安全。基于电站地形实际，本次在厂房原励磁变室新建35 kV升压站，采用35 kV户内式布置，并对升压站的设备进行更换，选用KYN61-40.5户内成套柜，配ZN85-40.5/1250-31.5 kA型真空断路器(手车式)；6 kV电压等级配电柜选用具有完善的“五防”功能的KYN28-12系列抽屉式配电柜等。实现无油化改造和节能降耗目的。

(5)控制系统改造。电站原有的控制、测量、信息管理采用常规控制系统和微机控制混合，设备老化、自动化程度较低，主要以手动控制模式运行。本次改造按“无人值班，少人值守”方式设计，全部实行计算机监控。电站油压装置、技术供水、压缩空气系统、渗漏排水等，实现就地控制和后台监控系统集中监控相结合。

4　整体效果评价以及效益分析

(1) 社会效益：通过技术改造和增容改造，该水电站的运行安全大大提升，水轮机转动的噪音显著降低，水电站员工的工作量明显减少，整个水电站的发电设施得到提升，生产环境大大改善，使得员工的生命和财产得到了安全保障。

(2) 经济效益：改造后电站总装机容量增至4000 kW(2×200 kW)，多年平均发电量为1266万 kW·h，比现状多年平均发电量1052万kW·h增加发电量214万kW·h，发电量提高20.3%。而且可为下游梯级电站增加年发电量135万kW·h，经济收益明显增大。

(3) 生态效益：此次水电站技改增容改造完成后，有效改善了生产环境，改变了当地人民生活条件，增加了资源的利用率、清洁能源的使用，更好地改善了生态环境，大大降低了有害气体的产生。同时，资源的充分利用有效地解决了当地人民生活生产用电短缺的情况，很大程度上提升了人民的生活质量，加快了受益区域向社会主义新农村建设迈进的步伐。

(4) 节能效益：项目通过采用新工艺、新技术、新设备、新材料以达到最少的能量消耗，在不影响生态放水流量及城区用水的前提下，使水量利用率达到87.2%以上，水轮机效率达91.78%，发电机效率达95%，获得较大的节能效益。

通过电站增效扩容，可充分合理利用水能资源，对供电区内实施以电代柴、以电节煤，改善农村能源结构，保护生态环境，增加地方财政收入，繁荣地方经济，提高当地生产和生活水平。

5　结　语

随着该水电站增容更新改造的完成，改革了原有的技术水平，新技术的应用对于水电站的发展是一个重要的变革，属于再创造的过程。结合水电站实际的发展状况，采取一定的增改措施，对原有的机电设备开展技术改造、增扩容量、维护更新等改造工作，可以创造出更多效益。在保证农村水电站的高效、高性能以及高质量的安全运行下，采取多种改造技术手段，结合实际情况对水电站设备进行更新改造，大大地促进了水电事业的繁荣发展，创造更多效益，为人民带来更多的福音。

[1]郭江，王晓晨.我国农村水电厂基础自动化的现状和展望[J].中国水利水电科学研究院学报,2008(3):78-79.

[2]谢云敏.水轮发电机组辅助设备及自动化运行与维修[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[3]王进东,杨登俊,周永刚.三河闸水电站改造的必要性和可行性[J]. 中国农村水利水电,2011(2):45-47.

[4]许宏棉.腾蛟水电站增容改造的探讨[J].小水电,2010(3):78-80.

[5]欧清树.广东省部分小水电站运行和改造现状[J].小水电,2010(3):65-67.

陈栋才(1976-)，男，工程师，主要从事安全生产管理方面的工作。

TV734

B

2096-0506(2016)08-0066-03