小型水電站增效擴容改造技術要點分析

徐素云+金慧芬

摘 要：當前有相當一部分小型水電站都存在能源浪費嚴重、電站運行效率低、機電設備老舊等缺點，為了保證小型水電站的運行效率，需要對小型水電站進行增效擴容。基于此，本文對小型水電站增效擴容改造技術的要點進行分析探討。

關鍵詞：小型水電站 增效擴容 改造技術 要點

在我國經濟水平的快速發展下，小型水電站發展迅猛，對山區經濟產生了較大的影響。由于早期修建的水電站缺乏完善的水文資料，在設計和規劃時不夠科學，一些水電站存在設備選型不合理、閑置容量多、節能效果差等缺點。對這些水電站進行增效擴容改造，可以充分挖掘出小型水電站的潛力，提高其經濟效益。

1.小型水電站增效擴容改造的目的

在對小型水電站進行增效擴容改造時，首先要明確改造的目的。當前很多改造方式都是通過替換工作效率更高的不銹鋼轉輪、替換機組等措施來進行增效擴容改造。而對水電站進行改造的最終目的是為了提高其效益，因此就需要考慮是否對機組進行替換以及替換機組后是否可以提高機組的工作效率。此外，還需要考慮環境目標、社會目標和技術目標。

1）環境目標。對小型水電站進行增效擴容改造后，要可以提高空氣的質量，降低排放的二氧化碳量，對河流的生態環境進行修復，保護河流中的生物。

2）社會目標。要可以將農村水電的抗旱、防洪、灌溉、供水目標發揮出來，使廣大農民群眾受益。

3）技術目標。金屬結構和水工建筑要可以達到運行的基本要求。機組的組合效率的平均值要在86%以上，將設備的完好率控制在100%，提高水電站的現代化水平。要將水電站長期存在的各種問題解決，消除設備存在的隱患，降低水電站運行對人的依賴程度，對設備配置進行優化，降低廠用電設備和電站的能耗。科學合理的對電站進行改造，降低水電站的維護成本和運行成本。

4）經濟目標。要在對現有發電能力進行鞏固的基礎上，利用增效和擴容的方式增加發電收入，對當前農村水電的經營情況進行改善，將資源優勢充分發揮出來，增加農民的經濟收入。

2.增效擴容改造技術的要點

2.1發電機的改造

在改造發電機時，需要重新對繞子繞組和定子繞組重新進行嵌線，一般換用直徑較大的銅線繞制。此外，老式發電機多使用黃蠟布、B級耐熱等級的青殼紙等作為電機的絕緣材料，厚度大、耐熱效果差。而使用聚酰亞胺薄膜、聚芳酰胺纖維紙配合聚酯薄膜這些新型的絕緣材料，不僅絕緣效果好，并且可以將電機槽絕緣耐熱性提升至F級、H級。增加了發電機的額定電流和容量。值的一提的是，勵磁系統的勵磁功率、微機調速器的調速能力也要隨著發電機的容量增加而增加。重新計算保護動作定值，并根據新的保護定值對保護監控單元進行整定。對于一些容量過小的發電機，即使進行改造依然不能達到改造目標，要對這類發電機進行更換。

2.2水輪機的改造

作為水電站的一個主要組成部分，水輪機的效能對水電站的生產效率有比較大的影響。在改造過程中，需要根據具體的情況實施改造。對于老化嚴重的水輪機直接進行更換。現在生產的葉輪不管是在質量、材料方面，還是在抗腐蝕方面都有了顯著的提高。更換后一般可以提高15%～20%的工作效率。

2.3選擇高低壓開關柜

在選擇高低壓開關柜時，主要根據斷路器來進行選擇的。對于35KV、110KV的電壓等級要使用六氟化硫斷路器，對于35KV、10KV、6.3KV的電壓等級要使用真空斷路器。禁止使用已經被淘汰少油斷路器。對于35KV電壓等級，可以使用KYN61-40.5或JYN1-40.5高壓開關柜，對于6.3KV、10KV電壓等級使用KYN28A-12或XGN2-12系列開關柜。對于400V的電壓等級，可以使用GCS、GCK、MNS抽出式低壓開關柜。

2.4選擇自動控制系統

為了實現小型水電站無人值守的管理效果，需要選擇合理的自動控制系統。通常要選擇具有冗余設計的設備，保證部分二次設備元件損壞后，發電機依然可以正常運行。提高水電站控制的可靠性以及運行的安全性。

一般可以使用單星形以太網結構來設計水電站的計算機網絡。對于沒有設計以太網通信接口的設備，利用信息管理機把RS485接口轉變成以太網接口。不僅保證了網絡通信速率，并且節約了投資。自動控制系統中的主要設備如下：

1）微機調速器。作為水電站的一個核心設備，一般選擇16MPa高油壓產品可編程調速器。不僅對油的質量不過多要求，并且還非常省油，調節精確度高。儲能罐使用高壓氮氣罐，可以連續使用8～10a，不僅保證了水電站的穩定性和安全性，還降低了資金投入。

2）微機保護裝置和可編程控制器。在選擇微機保護裝置時，要選擇雙CPU的數字信號處理器，并且裝置要配備以太網接口。選擇PLC可編程控制器時，建議選擇GE的RX3i、施耐德的Quantum、Premeium系列產品，這些產品均由大廠家生產，質量可靠性高。

3）勵磁裝置的選擇。在選擇勵磁裝置時，建議使用具有雙微機勵磁調節器的自并勵系統，這類系統具有良好的調節性和可靠性，可以適應水電站不同的工作狀態。

2.5400V低壓機組自動化系統的改造

當前大約有80%左右的水電站均裝配了400V低壓機組。由于這些設備比較老舊，自動化程度低，在運行過程中，需要投入大量的人力進行調節，發電質量低，無法達到現代化電網的基本要求。因此，需要對其進行改造。當前已經有集成了400V低壓機組的所有功能的自動控制裝置，通過和智能型萬能式斷路器相互配合達到同期化自動并網操作的目的。極大提升了水電站自動化水平。如圖1所示。

該低壓機組自身已經具備勵磁功能，不用再配置微機勵磁設備，可以在同一個屏幕中安裝發電機二次測量、發電機保護、發電機控制等，使設計得以簡化。并且可以從結構上在屏內將弱電和強電隔離開，保證了電站運行的可靠性和安全性。

3.水電站增效擴容的氣體改造措施

1）對前池容量進行增加。一般情況下，徑流式水電站主要使用前池來進行一般調節。調節能力差。如果修建立日調節池，可以顯著增強電站的調節能力，使電站的裝機容量得以增加。

2）對水電站進行擴容。一部分小型水電站以前設計時過于要求可利用的小時數，導致電站的設計容量均比較小，一些分徑流水電站在豐水期會產生比較多的棄水。此外，在設計水庫電站時，為對電站的調峰容量進行考慮，導致裝機容量過低。進入豐水期后，電站調峰能力差，無法達到調峰運行發電的目的。所以，需要對這類小型水電站進行擴容改造，不僅提高水電站的調峰能力，并且可以降低棄水量，使水電站的經濟效益得以提升。

4.結論

總而言之，在對小型水電站增效擴容改造的過程中，可以使用的技術措施非常多。實際應用過程中，要根據水電站的規模情況、水文情況，結合不同產品的具體特點制定技術方案。達到增加機組容量、提高水電站效率、提高水資源利用率的目的。

參考文獻：

[1]劉慶新，盧任文.農村水電站勵磁系統改造[J].小水電，2012（05）：47-51.

[2]黃文寶，胡蘭芳，盧任文.400V低壓機組水電站完全無人值班遠程自動化系統[J].小水電，2013（01）：40-43.

[3]李仙法.多措并舉積極推進黃巖區電站增效擴容改造工程[J].中國水能及電氣化，2013（Z1）：67-68.endprint