淺析中小型水電站增效擴容改造技術

楊云科

云南省玉溪市新平縣水利局 玉溪新平 653499

摘要：我國很多中小型水電站技術水平比較落后，存在自動化程度低、運行效率低、設備老化等現象，不但對水資源造成了浪費，還存在安全隱患。因此，對其進行增效擴容相關改造工作勢在必行。本文針對這一問題進行探討，首先對小型水電站在當前面臨的問題進行簡要分析，然后闡述了改造技術。

關鍵詞：中小型水電站；增效擴容；改造技術

對中小型水電站進行增效擴容改造的目的就是提高水能資源利用率和提高電站運行的可靠性及安全性。主要是通過改造引水渠道、壓力管道、更換高效的水輪發電機組以達到提高電站運行效率（增效）或增加機組出力（擴容）的目的，通過更換新型調速器、自動化控制設備以達到提高電站運行的可靠性及安全性、降低電站運行成本，最終使水電站綜合效能以及安全性能得到有效提升。

一、存在問題分析

1.水輪機、發電機效率比較低。由于受技術水平的限制，上世紀八、九十年代建成的中小型水電站采用的水輪機、發電機運行效率普遍較低，水輪機的效率大多只能達到70%左右，發電機的效率只能達到85%左右，綜合效率只能達到60%左右，水能資源利用率極為低下。

2.轉輪汽蝕嚴重，嚴重影響了水輪機的運行效率。由于受轉輪和導葉線型、材料、制造工藝的限制，老的水輪機比較容易發生汽蝕現象。汽蝕的發生往往會造成機組強力的振動、強力的噪音、機組擺動過大等不良現象，造成機組效率下降、增加了設備維修時間及維修費。

3.從實際情況看，水頭、流量等電站設計參數不盡合理。受電站建設時期技術力量的限制，老舊電站均存在實際參數和設計參數之間存在較大差別的情況，從而導致水輪機無法在最優工況區內進行運行，水流就會呈現出不平順狀態對葉片進行繞流，從而導致葉道渦的出現，對水輪機效率造成影響，嚴重的話，還會導致機組無法正常運行[1]。

4.受水輪機線型、制造材料的限制，水輪機磨蝕嚴重。泥沙顆粒會對過流部件表面造成撞擊磨削，導致過流部件機械破壞以及疲勞損壞，使得機組出力以及工作效率降低，縮短了檢修周期，嚴重的話，還要對轉輪進行更換，對電站的運行效率、經濟效益、水能綜合利用效率及安全性造成不良影響。因此，要做好水輪機轉輪線型選擇，對轉輪進行優化設計，有效降低泥沙對水輪機過流部件造成的磨損。

5.調速器老化，自動化程度低，電站的安全運行無法保證。在老舊小型水電站，由于受當時技術水平和制造工藝的限制，使用的調速器普遍為YT型調速器，有的甚至是手動調速器，導致了電站的自動化程度低下，電站的運行可靠性底，給電站的安全運行帶來了極大的隱患。

二、改造技術

（一）改造原則

在對小型水電站進行增效擴容時，改造內容應以機電設備更新改造為重點，并對影響發電效益、工程安全、河道生態和運行環境的擋水、泄水、引水、廠房等建筑物、金屬結構及送出工程等進行必要的改造。原則上不增加原有機組臺數，不新增移民和永久占地。在對改造項目進行設計的時候，要對河流水文資料以及氣象資料和地質資料進行收集、整理與分析，同時還要對水電站原來的設計資源以及運行資料與接入系統相關資料進行分析。做好現場調查以及勘測工作，并針對增效擴容的可行性以及必要性加以評價。在設計的過程中要始終堅持生態環保和節能的理念，將少人值守作為設計目標。設計單位一定要具備應有的資質。

（二）改造技術分析

1.確保水工建筑能效。在水工建筑中，輸水建筑是和水電站有著密切關系的。要科學選擇引水隧洞以及引水渠道的縱坡，對斷面形式進行綜合比較，盡量減少水頭損失以及工程量費用 [2]。比如，可以利用混凝土材料進行襯砌（也可以就地取材采用漿砌石進行襯砌），做好過流面的粗處理，降低糙率，盡量減小引水渠道相關斷面。要結合上游泥砂、漂浮物以及水輪機型式與流道尺寸對攔污柵具體的柵條間距加以確定，有效攔截污物的同時盡量減少頭損失。

2.對水輪發電機組進行改造。對于水電站來說，水輪發電機組是最重要的構成要素，水輪發電機組的運行效能與水電站生產效益有著最直接的關系。

水輪發電機組的改造首先是對水輪機進行改造，具體情況分為兩種：一是水輪機老化嚴重，基本上沒有改造可能的，就要對其進行更換，但不能隨意更換，要對各個廠家不同型號轉輪進行了解分析，根據具體情況選擇合適的水輪機。二是水輪機還能夠進行改造的，主要對原來的水輪機過流部件加以改造，其目的是有效提高水輪機的過流能力和發電出力，減少水輪機的磨蝕、汽蝕、震動和噪音，提高水能資源的利用效益和發電能力，增加電站收益。

其次是對發電機進行改造，在對發電機進行改造的時候，要利用新的工藝和技術。針對于老發電機線路沒有耐高溫性這一問題，要利用新的絕緣材料對電能傳輸效率進行改善，使發動機效率得以提升。對定子或者是轉子線路冷卻系統加以改善，降低定、轉子溫度，從而使發動機工作效率提升。如果有必要，還可以增加定子以及轉子中鐵芯長度，使電磁功率得以提升，也可以改造軸承，達到增效擴容的目的。如果發電機和水輪機之間不匹配，就要對其整體更換。

對調速器等輔助設備進行更換、改造。由于老的調速器已經無法滿足電站遠程調度、安全可靠運行要求，需要更換老的調速器，以達到電站微機監控、遠程調度的目的，同時可以提高電站運行的可靠性和安全性。

3.對電站的一、二次電氣設備進行更新改造。在水電站中，變壓器以及斷路器還有隔離開關與互感器等是主要的一次設備，從小型水電站的實際情況看，在對變配電設備進行改造的時候，改造技術不但要與改造規范相符，同時還要滿足安全可靠和節能環保的相關要求。比如，對于主變壓器來說，要盡可能選擇低耗變壓器，主要利用的是卷鐵芯，同時還有連接繞制成的硅鋼片，和傳統鐵芯接縫相比，其接縫氣隙比較少，所以，在運行的過程中不會有太大的噪音產生，再加上全密封性的油箱，外觀上比較美觀，且性能比較好，維修少，節能環保。如果條件允許，那么要利用無油高壓斷路器加以改造，這些改造技術能夠使水電站的作用充分發揮出來[3]。二次部分主要是檢測、控制和保護系統，也就是自動化控制系統，為保證電站的安全、可靠運行，在改造中宜采用計算機監控系統

4.強化增效擴容工作。對于水電站來說，水電站機組臺數以及水頭、流量各不相同。所以，一定要結合實際狀況提出改造方案，使增效擴容工作得到強化。

結語

總之，對于小型水電站來說，增效擴容意義重大，不但能夠提高電站的經濟效益、水能資源綜合利用效率、電站的運行安全性和可靠性，還可以保護環境，提升生態效益。因此，要采取有效措施，確保水工建筑發揮效能，對水輪發電機組、調速器、電氣設備等進行改造，對增效擴容工作加以強化，從而達到節能減排的有效目標。

參考文獻：

[1]馮樂天.小型水電站增效擴容技術改造設計中的幾個問題[J].民營科技，2014，（07）：85.

[2]殷明.農村小型水電站增效擴容技術措施[J].電世界，2014，（11）：22-25.

[3]吳建平.小型水電站增效擴容工程的技術改造問題[J].江西建材，2012，（02）：149-150.