小型水電站增效擴容改造技術要點分析

李江華

【摘要】近年來，水電站在促進我國電力事業的發展中發揮了十分重要的作用。但是不可否定的是，一些小型的水電站在日常運行中存在這樣或那樣的問題，例如運行效率不高、資源嚴重浪費和機電設備老舊等，所以為了更好地促進其運行效率的提升，在降低能耗的同時提高其生產效率，加強對其的增效擴容改造就顯得尤為必要。因而本文以10000KW小型水電站為例，首先對小型水電站增效擴容改造的目標進行了確定；其次對小型水電站增效擴容改造的技術要點進行了探討；最后對全文進行了簡單的總結。旨在與同行進行業務之間的交流，以更好地促進小型水電站潛力的發揮和經濟效益的提升。

【關鍵詞】小型水電站；增效擴容；改造；技術要點

本工程位于某縣湘江一級支流一條河流上，裝有發電機4臺，裝機容量為10000KW，與國家電網公司并網，將所發電量輸入國家電網公司后，主要供該縣范圍內的補充性供電，屬于小型水電站，自1992年建站以來，目前已經運行24年之久，當前所面臨的最大問題就在于運行效率低下、資源浪費嚴重、機電設備老化等。所以為了增容擴效，就必須切實加強對其技改工作的開展。所以本文結合自2012年以來的技改實踐，直到2015年10月完成整個技改工作，以下就本10000KW小型水電站的增效擴容改造技術要點做出以下分析。

1、改造目的分析

為了更好地強化本水電站增效擴容改造工作的開展，在結合本水電站實際的情況下，對改造目的進行了確定。在本次改造中，主要是采用不銹鋼轉輪以及機組的替換達到增效擴容的目的，從而更好地扭轉盈虧的局面，促進自身經濟效益的提升。而就本改造工程的目的而言，主要體現在以下幾個方面。

一是在環境方面的技改目標，希望通過對本水電站的增效擴容改造達到優化控制質量的目的，盡可能地將二氧化碳的排放量降到最低，從而更好地修復水電站所在河流的生態環境，同時加強河流生物的保護。二是在社會方面的技改目標，主要是通過技改后的水電站，提高其防洪抗旱的作用，為本地提供更加優質高效的電力服務。三是在技術方面的技改目標，通過技改，確保水工建筑與金屬結構均能滿足運行的需要，且機組組合效率平均高于86%，設備完好率100%，及時的淘汰老舊的設備，將設備隱患消除，減少變電站對人員的依賴，加強自動化技術的應用，盡可能地優化設備配置，降低維護與運行成本，著力提高水電站運行的自動化水平。四是在經濟方面的技改目標，主要是在鞏固現有發電能力的前提下，通過增效擴容改造提高發電的收入，從而更好地改善經營狀況，發揮資源優勢的同時更好地提供優質高效的電力服務，服務社會主義新農村的建設和發展。

2、本工程中所采取增效擴容改造技術的要點分析

上述我們已經對本次增效擴容改造的目標有了基本的認識，所以為了促進上述目標的實現，在2012年到2015年10月的技改期間，主要在以下幾個方面進行了技改，以下就其技改要點做出分析。

2.1 發電機的增效擴容改造技術要點

在本次增效擴容改造中，發電機的改造最為重要。由于本水電站建于2002年，當時主要采用的是老式的發動機，其絕緣材料最初為黃蠟布，后來先后采用了青殼紙和B級耐熱紙作為絕緣材料，但是這些絕緣材料往往耐熱效果較差，而且厚度較大，所以在本次增效擴容改造中，主要采用了聚芳酰胺纖維紙配合聚酯薄膜這一新型絕緣材料，經過幾年的實踐，不僅具有較強的絕緣性能，而且有效的提高了電機槽的絕緣耐熱性能，從之前是F級升級到了H級。而在對發動機內部進行改造時，主要是對定子繞組和繞子繞組進行了重新嵌線，并將以前的銅線更換為大直徑銅線進行繞制，這就有效的促進發電機容量和額定電流的提升。而在增加發動機容量的同時，在本次增效擴容改造中，還增加了微機調速器和勵磁系統的調速能力和勵磁效率，并通過對保護動作定值都重新計算，整定保護了保護監控單元。此外還對三臺容量較小的發動機直接進行了更換。

2.2 水輪機的增效擴容改造技術要點

由于水輪機也是整個水電站內容的主要組成部分，其效能的高低將直接對整個水電站的效率有著直接的影響，因而在本次增效擴容改造中，在水輪機方面也進行了增效擴容改造。其技改要點如下：在技改過程中，始終緊密結合實際需要，采取針對性的技改方案，由于本水電站的水輪機自建站以來就沒應更換過，所以屬于嚴重老化的水輪機，因而直接將其更換。更換前的水輪機為雙擊式的沖擊水輪機，但是為了更好的滿足生產需要，由于本水電站的水頭較低，所以更換成軸流轉槳式水輪機，將其葉片固定在轉輪體上，安裝的高度為4.5米。還有一點就是葉輪的質量較高，具有較強的抗腐蝕性能，所以在本次技改之后，工作效率大約提升25%。

2.3 高低壓開關柜的增效擴容改造技術要點

高低壓開關柜的增效擴容改造，主要是結合斷路器進行選擇。對于常見的35KV和110KV的電壓等級，主要采取SF6斷路器，而6.3KV和10KV的電壓等級，主要采用真空斷路器。在本次技改中，由于供電電壓等級為6.3KV，所以將以往的少油斷路器更換為真空斷路器。在具體的改進工作總，主要是結合電壓等級確定其高低壓開關柜的類型，本次技改之后選用了XGN2-12系列的開關柜。如下表就是幾種常見的電壓等級及其對應的開關柜。

2.4 自控設備的增效擴容改造技術要點

在本次技改中，為了達到無人值守的狀態，確保整個水電站安全高效的運行，所以加強自動化控制設備的應用，著力加強自控系統的建設。就本次技改實踐來看，所選的自動化控制設備均經過冗余設計，這樣做的目的是即便有的二次設備元件被損害，也能確保發動機正常高效的運行，進而更好地確保了整個水電站安全的運行和可靠的控制。而在對本水電站的計算機網絡進行設計時，主要選取的是單星形以太網結構，由于有的設備在技改之前沒有以太網通信接口，所以采取信息管理機將RS485接口轉換為以太網接口，這樣做的目的是降低技改成本和確保網絡通信速度。以下筆者就本次自動化技改中的幾種設備的改造技術要點做出簡要說明。

一是在微機調速器方面，由于其在整個水電站自動化系統中一個十分重要的元器件，所以對其進行了精心選擇，本工程主要選的是16Mpa的YWT系列高油壓可編程微機調速器，在高壓油質方面的要求較低，同時還十分省油，具有較強的調節精度。而在儲能罐方面則選用了高壓氮氣罐，由于其可以連續的使用，而且還能確保水電站穩定安全的運行，還能節約成本。

二是在微機保護裝置及其可編程控制器方面，本次技改所選用的微機保護裝置為數字信號處理器，具有雙CPU，同時還配備了以太網接口，而可編程控制器主要選用的是三菱可編程控制器中的FX系列，型號為FX3U-16MT-ES/A，因為其CPU處理速度為0.065us/基本指令。且晶體管輸出型的基本單元內置了3軸獨立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令：帶DOG搜索的原點回歸（DSZR），中斷單速定位（DVIT）和表格設定定位（TBL），從而使得定位控制功能更加強大，使用更為方便。

三是在勵磁裝置方面，本次技改主要選用的是雙微機勵磁調節器的自并勵勵磁系統。但是需要注意的是，勵磁變壓器接線應為Y/△-11。DL輔為無源觸點，不允許與其它回路合用。輸入線電壓Ua、Ub和C相電流互感器二次電流，相位和進出端不要接錯。

2.5 低壓機組的增效擴容改造技術要點

這里的低壓機組主要是指400V的低壓機組。因為本水電站的400V低壓機組的設備較為老化，而且自動化水平差，要想對其的調節需要較大的投入，而且發電的質量較低。因而在本次技改工作中，主要是利用集成自動控制裝置將整個400V低壓機組的全部功能進行了集成，同時將其與智能型萬能式斷路器進行有機的配合，從而在最大化的程度上實現了自動并網操作的同期化，有效的促進了該站自動化水平的提升。需要說明的是，本水電站的400V低壓機組具有勵磁功能，所以沒有配備微機勵磁設備，在今后的技改中，若低壓機組沒有勵磁功能，還要配備相應的微機勵磁設備。之所以采取具有勵磁功能的低壓機組，主要是為了簡化設計，在一個屏幕中可以安裝發電機的保護和控制裝置以及二次測量裝置，有效的促進了整個變電站安全可靠的運行。

3、結語

綜上所述，在小型水電站技改過程中，我們應切實掌握小型水電站增效擴容改造技術要點，才能確保技改的成效，而這就需要我們在實施技改之前就應對技改目標進行合理地確定，同時還應結合小型水電站的實際，采取針對性的技術措施，切實加強對其增效擴容改造的開展，但是本文僅是結合我站的實際提出的幾點技改措施，在實際技改工作中，還應結合實際，優化增效擴容改造技術，才能更好的確保整個技改工作順利的開展，從而達到增效擴容改造的目的，最大化的提高自身的經濟效益。

參考文獻：

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