水電站增效擴容改造技術(shù)探討

恩平市西坑水庫工程管理處

摘要：對水電站進行增效擴容改造不僅可以提高水電站的運作效能，也可以提高水電站的安全可靠性。本文結(jié)合某水電站小水電增效擴容改造實例，基于改造原則，闡述了改造的重點和原因分析，說明了技術(shù)改造的要點，分析了改造前后水輪機技術(shù)參數(shù)的對比以和增效現(xiàn)狀及效益，總結(jié)出增效擴容改造的關(guān)鍵，促進水電站的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水電站；增效擴容改造；技術(shù)研究；效益分析

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，生活和生產(chǎn)對能源的需求量越來越高，水電站的建設(shè)施工項目也隨之增多。但是一些水電站的水輪機組的運行效率較低，安全性能低下，影響了水電站的運作質(zhì)量。因此如何對其進行增效擴容改造成為了工作人員需要解決的問題，下面就這方面結(jié)合實例進行討論分析。

1 工程概況

某區(qū)的小水電發(fā)展于20世紀(jì)六七十年代，主要利用灌溉水源發(fā)電，多年來為當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有力的能源幫助，對地方的經(jīng)濟發(fā)展起到了一定的促進作用。由于建站時間久遠，原水輪發(fā)電機組加工工藝欠佳，技術(shù)缺陷較多，再加上管理維修不及時等，長期帶病運作，致使效能不足，安全可靠性差。某區(qū)的水電站建成于1989年，位于某河流域下游某湖入海通道某地灌溉總渠上，具有發(fā)電、灌溉和防洪抗災(zāi)能力，是灌溉總渠的第二梯級電站。該水庫設(shè)計水頭2.5m，最高水頭4.5m，最低水頭1.5m，引用流量110m3/s；安裝有GD004-WS-160貫流定漿式水輪機組10臺，配套45-200發(fā)電機10臺，總裝機容量2000kW。水電站進口流道采用前軸伸豎井式，三面進水，進口斷面高4m，寬4.6m。水輪機與發(fā)電機采用齒輪增速箱，設(shè)計年發(fā)電量為750萬kW·h。經(jīng)多年運行，水輪機組及機電設(shè)備老損現(xiàn)象嚴(yán)重，效率低下，平均年發(fā)電量僅為640萬kW·h。為進一步提高水庫機組運行效率，增加水能源發(fā)電量，實現(xiàn)節(jié)能減排，經(jīng)批準(zhǔn)決定對該水庫進行增效擴容改造，改造后總裝機容量要求達到2500kW。

2 改造重點

根據(jù)小型水電站增效擴容“堅持突出重點、提升綜合能效”的改造原則，結(jié)合該水電站實際情況，主要以增效擴容和提高設(shè)備安全可靠性為目的，以技術(shù)改造為重點，對水輪機轉(zhuǎn)輪總成、活動導(dǎo)葉及其聯(lián)接傳動機構(gòu)、調(diào)節(jié)進行更換，并修復(fù)原水輪機主軸與新轉(zhuǎn)輪總成的良好匹配。

3技術(shù)改造

受原水工建筑結(jié)構(gòu)和流道形式等諸多因素限制，在不增加流量的情況下，結(jié)合該水電站的實際情況，對影響運行效率因素采取有針對性的改造措施：著重整體更換水輪機轉(zhuǎn)輪總成和250kW發(fā)電機，提高機組效率；修復(fù)原水輪機主軸與新轉(zhuǎn)輪總成的良好匹配，以達到增效的目的；更換10臺YWY型液壓調(diào)節(jié)機、10臺套活動導(dǎo)葉及其聯(lián)動附件等；更換10臺機組控制屏和勵磁柜、低壓母線、主變壓器、變電所控制和保護屏，以提高安全可靠性。

3.1 水輪機轉(zhuǎn)輪總成的更換和改造

根據(jù)水輪發(fā)電機組的高效工作要求，和水輪機生產(chǎn)廠家共同商討研究，在原流道及水輪機外殼不變的情況下，根據(jù)現(xiàn)有條件和資料進行選型，最終選定了HGL-001型轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪模型流道與原水庫模型流道相同，機組效率和水輪機出力理論上得到了相應(yīng)的保證，原水電站的水工建筑都保持不變，使電站“少投資、多增效”。

3.1.1 水輪機轉(zhuǎn)輪體優(yōu)化

該水庫水頭、流量與原設(shè)計變化幅度相差不大，對該水頭段（H=3.5m左右）選用與導(dǎo)水葉輪相對高度相近的新型HGL-001轉(zhuǎn)輪，新型轉(zhuǎn)輪體長為500mm，直徑為493mm、472mm，而原轉(zhuǎn)輪體長為380mm，直徑為526mm、500mm，這樣水輪機室空間變大，過流斷面相應(yīng)變大。

3.1.2 葉片的改型

該水庫原水輪機葉片為4片，安裝角度為0°；改造后HGL-001轉(zhuǎn)輪葉片為3片，安裝角度為+4°。由此可見葉片改型后，新葉片比老葉片葉型優(yōu)化特點明顯，且分布合理，葉輪室過流空間變大，加上葉片安裝角度的調(diào)整，擴大了水輪機的過流能力，運行效率明顯提高，達到了擴容增效的目的。

3.2 導(dǎo)水和調(diào)速機構(gòu)的改造

該水庫原導(dǎo)水機構(gòu)使用年代久，老化損壞嚴(yán)重，關(guān)閉不嚴(yán)，操作不靈活；更新的新導(dǎo)葉采用整體鑄造、二支點結(jié)構(gòu)，以利于靈活調(diào)節(jié)開度，改善了工作條件。同時，還對調(diào)速機構(gòu)進行了更新，選用了適用于貫流式水輪發(fā)電機組配套使用的YWT型液壓調(diào)速器，由電腦調(diào)節(jié)器、電液隨動系統(tǒng)及油壓裝置三部分組成。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、響應(yīng)速度快、易操作、易維護、易擴展等特點，便于同以后的自動化控制系統(tǒng)相兼容。當(dāng)水輪發(fā)電機組在手動各種工況下能滿足要求穩(wěn)定運行時，這種調(diào)速器動態(tài)特性能達到在機組的各種工況和運行方式下自動穩(wěn)定運行，且在接收到上位的事故信號后執(zhí)行停機工作，也可在事故情況下獨立自動緊急關(guān)機，確保機組運行的安全可靠性。

4 改造前后水輪機技術(shù)參數(shù)

4.1 改造前原機組參數(shù)

型號： GD004-WS-1600

使用水頭： 1.5～4.5m

額定水頭： 3.5m

額定轉(zhuǎn)速： 160r/min（水輪機），600r/min

（發(fā)電機）

齒輪箱增速比： I=3.9

發(fā)電機出力： 200kW

額定流量： 8m3/s

轉(zhuǎn)輪安放角度： +0°

機組旋轉(zhuǎn)方向： 從上游往下游看逆時針

4.2 改造后現(xiàn)機組參數(shù)

型號： GDhgl-001-WS-1600

使用水頭： 1.3～3.7m

額定水頭： 2.5m

額定轉(zhuǎn)速： 187r/min（水輪機），600r/min

（發(fā)電機）

齒輪箱增速比： I=3.9

發(fā)電機出力： 250kW

額定流量： 8～11m3/s

轉(zhuǎn)輪安放角度： +4°

機組旋轉(zhuǎn)方向： 從上游往下游看逆時針

5 增效現(xiàn)狀及效益分析

通過改造后，機組的出力效率明顯提升，達到改造前的預(yù)期效果，見下表。

機組改造前后出力效率對比表

經(jīng)對比，改造后發(fā)電量平均提高40%，該水庫裝機容量2500kW，按每年發(fā)電6個月計算，年發(fā)電量可達1080萬kW·h，較改造前年均發(fā)電量640萬kW·h增加了440萬kW·h；按每度電0.435元計算，可增加收入191.4萬元。

6 結(jié)語

綜上所述，成功選型轉(zhuǎn)輪直接決定了增效擴改造的質(zhì)量，要針對不足的地方進行有針對性的改造。通過增效擴容和改造可以提高水電站的運行效率，提高水電站創(chuàng)造的經(jīng)濟和社會效益，緩解城市增長的電力能源需求，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，促進經(jīng)濟穩(wěn)定增長，同時也對水電站穩(wěn)定運行提出了更高的要求。

參考文獻：

[1] 林上群，黃德志.蒼南橋墩水庫電站增效擴容改造技術(shù)探討[J].中國水運月刊，2014年05期.

[2] 陳榮昌.淺析陳田水庫水電站增效擴容改造[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（15）.