浅谈水电站增效扩容改造

张继发

抚顺市大兴水利工程有限公司

浅谈水电站增效扩容改造

张继发

抚顺市大兴水利工程有限公司

水电是可再生清洁能源，大力发展水电事业可减少二氧化碳和二氧化硫排放有利环保，保护森林资源是利国利民的千年大计。水电站是将水能转变为机械能再转变为电能的工厂。我国水力资源丰富，各条江河已建成水电站无数座为国民经济的发展和人民生活的改善以及环境改善起到了不可估量的作用。随着水电事业的发展，科学技术的进步研究出各种高效水轮机转轮，水轮机转轮效率提高到94%以上。老发电机由于绝缘等级的提高,新的绝缘材料绝缘好而薄减少绝缘厚度因此可增大线棒面积，提高发电机容量。调速器，励磁，开关柜，水机自动及发电机监控保护等的微机化智能化管理的实现，又给水电站增加了新的生命力。改造后水电站可以实现少人管理到无人值守的现代化水电站。

近几年国家对老旧小水电给予大力扶持推动水电站增效扩容改造。给水电站带来了新的生命力。

对于水电站增加出力的主要部件是水轮机，发电机是接受水轮机的出力。如果水轮机出力增加发电机必须增加出力。老旧水轮机能否增加出力主要是看水轮机的转轮能否有新的适合该电站的高效转轮代替。

以辽宁省清原满族自治县红河二级电站为例；该电站设计水头32.5m最高水头35m。电站安装四台水轮发电机组。单机1250kw总装机5000kw。水轮机型号HL240-WJ-84。配套发电机Tsfw1250-12/1730。发电机转数500转/分。

由以上条件可计算出水轮机流量。（水轮机效率89%,发电机效率92%）

由240转轮的特性曲线单位流量1.2L/s,已到边缘了效率下降，而3689转轮的单位流量1.2L/s～1.3L/s,在高效率区。单位转数68n/min～75n/min在最高效率区效率在93.5%，最高效率94%。

采用3689转轮在水头32.5m可发1450kw。在水头35m可发1550kw。

对于清原满族自治县红河二级电站达到了增效扩容改造的效果。

水轮机转轮改造：

每个水电站要按照本电站的具体情况具体研究。首先弄清水轮机型号，转轮直径，加权平均水头，水头范围，流量，发电机容量，转速等。计算出单位转速，单位流量。再根据原水轮机的（模型转轮综合特性曲线）看其运行于曲线的什么位置？是否合理？是否在高效率区？看有没有更好的转轮可代替原转轮，效率和出力如何？还要查看原转轮的流道是否适应新转轮的流道?才能取得良好的改造效果。

要做原水轮机各水头出力和效率计算。新转轮的水轮机各水头出力和效率计算并做出比较。

发电机定子线圈改造：

老旧发电机的线圈绝缘等级多为A级和B级绝缘。绝缘材料厚耐热低。现在采用F级绝缘，材料薄耐热高，这样就给线圈的线棒增加导电面积提供可能。一般B级绝缘改为F级，发电机可提高一个级别，1250kw增加到1500kw。A级绝缘改为F级后增加的还多。导线的电流密度比原来还要小些，保证发电机安全运行，稳定运行。

例如：

花凉亭2号水轮机原型号为HL230-LJ-200型。电站的实际在水头33m～40m之间，近期加权平均水头37.5m，配用发电机10MW发电机转速214.3转/分，28极。计算33m～40m单位转速是33m为74.6r/min。40m为67.8r/min。由于原机出力和效率都低。电站于上世纪90年代对1号和4号机组进行了水轮机改造，更换了当时较先进的HLA296型不锈钢转轮，效率和出力都有较大提高。水头在36m以下可达90%在36m以上可达89%。33m～40m发电机出力在6.5mw-8.0mw之间。2014年电站对2号机组进行了发电机和水轮机进行提效扩容改造。发电机提高绝缘等级到F级容量由10mw提高到12.5mw。水轮机采用更先进的HLC904转轮不锈钢转轮。该转轮最高效率可达94%。本次改造的2号发电机组出力比1号，4号机组相同水头提高了近1.8mw,其中效率提高了3-5%，流量提高了20%。

选择转轮还需要注意的问题：

(1)替换的转轮其流道要等于或小于原机的流道，方可

收到较好的改造效果。如果替换转轮的流道大于原机的流道则不能通过相应的流量，取不到良好的改造效果。HLC904转轮的流道与原机HL230的流道基本相同，只是904的下环高于230的下环，只需尾水管改动取得合理的下环高度即可满足改造要求。取得良好的改造效果。

如果替换转轮的流道小于原机流道（主要看导叶高度）叶片适当向上按原曲线延伸会取得更好的改造效果。

(2)对于水库电站水头变化较大，必须计算全水头范围

内单位转速和单位流量在最佳范围，取得最佳效率。该转轮使用水头必须大于电站的最大水头。

(3)电站改造如果出力增加较大必须作机械强度校核。

同时还要按转轮的空化系数核算吸出高程是否合理。

(4)替换的转轮应该采用先进的不锈钢转轮。

(5)改造其它不合理的部件，和影响效率出力的部件。

(6)发电机增效扩容主要是提高绝缘等级到F级，增大

线棒的截面积增加发电机容量，如保证功率因数不变可对转子线棒改造，也可以用电容器补偿无功。

(7)采用微机可控硅励磁，微机调速器，微机监控保护。

微机自动，制动。自同期并列等先进技术。达到无人或少人值班值守。

(8)验证改造是否取得应有的效果，主要看出力再看尾水的水花，水花只是一个骨朵没有拖出长流说明水能量吸收的好。2号机只是一个骨朵，3号机拖出长流，说明2号机能量吸收好，3号机能量被带走了。同样水头同样导叶开度1号4号机发7.2mw，3号机发8.4mw，2号机发9mw。水头约35m。导叶开度90%。

(9)有的电站改造后由于流道等不完全相同，改造后会有一些差异是可以理解的。

科学技术是不断发展的，采用新设备，新技术，新理念，不断进取才能取得好效益，才是主流。

新转轮效率高，水轮机轴承改为塑料轴承后摩擦损失减小效率可提高0.5%，水轮机效率按92.5%计。发电机增容到1.5mw，效率可达93%以上，按93%计。

附两种转轮模型特性曲线；

清原满族自治县红河二级电站原来四台1250kw发电机组改造后变成四台1500kw总装机由5000kw增容到6000kw。按这样改造即增效扩容又节省了大量资金。可以边生产边改造，改造与生产两不误。符合水利部财政部关于增效扩容改造的精神。是一种很好的水电站改造方法。

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.204