水電站技改增容工程方案分析

陳棟才

(福建閩東電力股份有限公司，福建 寧德 352100)

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水電站技改增容工程方案分析

陳棟才

(福建閩東電力股份有限公司，福建 寧德 352100)

當前我國很多早期修建的水電站出現了嚴重的設備老化問題，機組的出水率和水輪機的效率明顯降低，需要在已有資源的基礎上使用新設備和新技術進行增容，提升水電站的自動化水平和安全生產能力。文章就某水電站技改增容方案實例進行分析，并對改造后的實際應用效果進行評價，進一步說明了技改增容的實際應用效果，可為類似水電站技改增容提供借鑒。

水電站技改；增容工程方案；分析

1　工程概況

某水電站工程修建于20世紀90年代初，系某流域干流梯級開發的第一級壩后式電站，水庫總庫容2680萬m3，全溪流域面積985 km2，壩址以上集雨面積114.9 km2，大壩正常蓄水位為870 m，該電站壩高65 m，廠房正常尾水位813 m，電站設計流量9.27 m3/s。電站裝機容量3200 kW(2×1600 kW)，安裝2臺的混流式水輪發電機組，水輪機型號為HLD41-WJ-84，發電機型號為SFW1600-10/1730；設計多年平均發電量1005萬kw·h，年利用小時數3287 h。

2　水電站出現的問題

2.1設備老化嚴重以及維修花費趨高

該水電站興建于20世紀90年代初，已經正常運行了20 a以上，接近機組使用壽命，機組性能老化、故障多、效率低。根據近年數據統計，現2臺機組的實際出力只達1500 kW和1450 kW，電站近3 a的運行情況見表1。

隨著科學技術的發展，該水電站的機電設備已經成為社會淘汰的器件，設備所需配件維修困難，而且維修成本相當高[1-3]。通過對該水電站設備多年運行費用統計顯示，所需費用中工程維修費一年比一年高，該水電站的經濟效益卻在逐漸降低。

表1　近3 a機組運行情況

2.2整個機電設備工作效率低，導致水能資源不能完全利用

從水文資料分析整理可知，壩址可利用多年平均流量為4.50 m3/s,而現有電站2臺機組裝機合計3200 kW，設計流量9.27 m3/s，水量利用率77.2%，水量利用還存在一定空間。

原水輪機型號HLD41-WJ-84，水輪機軸瓦的冷卻透平油漏油，端蓋密封不嚴，導葉關閉不嚴，漏水比較嚴重，根據業主提供的出力數據反映，達不到額定出力；發電機型號為SFW1600-10/1730，存在發電機溫度偏高、噪聲大、定轉子線圈污染嚴重、事故率高等問題，整體機電設備工作效率較低。

從近年的實際運行情況看，根據2005—2015年的11 a水情資料統計分析，僅有3 a水庫未出現棄水，其余8 a來均出現不同程度棄水，年均棄水量2858萬m3。因此，可通過增加設計引用流量和提高機組效率來提高水能利用率，增加發電量，同時，提高電站運行調度的靈活性，提高梯級電站年發電量。

2.3水電站設備操作技術落后，大部分靠手動控制

該水電站機電設備年限久遠，設備系統技術落后，全靠手動操作，自動化能力弱，機電反應速率和設備調節速度都很慢，無法達到安全發電和電網調度的需求。同時，該水電站沒有配備以計算機控制為主的監控保護裝置。

3　技改增容方案的選擇

3.1技改增容的要求

(1) 在原有電站基礎上進行的增效擴容改造，利用原有攔河壩、引水隧洞、壓力鋼管、廠區建筑物等，在不變水庫正常高程、不改變廠址位置的情況下對機電設備進行更新改造。

(2) 增容后，水電站設備數量不變，水輪機的裝載高度不變，轉輪汽蝕性能需符合安裝高程的需求。

(3)在充分滿足設備布局、運行便利的條件下，盡可能減少工程施工工作量[4]。

(4)本次增效擴容改造將按“無人值班、少人值守”，實現遠程集中控制進行設計。

3.2針對主機組的有效改造方案選擇

根據水能計算成果，本電站擴機容量有2×2000 kW、2×2500 kW兩種方案。經綜合分析，無論是單位電能投資還是投資回收年限，方案1均優于方案2，且方案2由于擴容幅度較大，須改造原有引水系統及廠房，所以投資量較大。因此，本次增效擴容改造采用4000 kW裝機方案，擴機后年發電量1266萬kW·h，下游梯級電站可增加年發電量135萬kW·h。

3.3水輪機機組的最佳配比

裝機容量2×2000 kW，海拔高程813 m，設計水頭46 m。根據本電站水頭范圍，適合于本電站的混流式臥軸水輪機轉輪有HLA551、HLA616、HLD74三種轉輪型號，根據上述機型在相同出力、相同轉速的情況下，進行比選。經比選，HLA616轉輪的剛強度最好，最大使用水頭為75 m，是目前國內性能該水頭段最優秀的轉輪；允許吸出高度最高，抗汽蝕能力最優，電站的開挖量相對最小，經濟性好。本次改造推薦選用HLA616-WJ-89水輪機，轉速n=600 r/min。

3.4改造機電設備，建立自動化系統水電站

本次改造按“無人值班，少人值守”方式設計，遠期可實現遠程監控運行。配備以計算機監控為主，僅保留簡易常規控制開關的綜合自動化控制系統。通過計算機技術，對整個水電站進行實時的監控管理，對整個輸電線路安全運行進行自動控制，促進水電站設備正常安全的運行[5]。

(1)發電機改造。原發電機為江西電機廠生產，型號為SFW1600-10/1730，經過20 a以上的運行，已出現發電機定轉子線圈污染嚴重、線圈事故率高、定轉子絕緣老化、引出線絕緣老化等缺陷，根據相關現行標準要求，結合電站的實際情況，對發電機整機更新改造。選用發電機型號為SFW2000-10/1730，改造后發電機額定容量為2000 kW，額定效率不低于95%，絕緣等級為 F級。

(2)主變壓器改造。原有主變壓器1臺，型號為S9-4000/38.5～6.3 kV，屬國家淘汰產品，產品性能差、能耗高，經多年運行，已存在安全隱患。根據相關現行標準要求，結合電站的實際情況和本次增容后要求，選用一臺節能型主變壓器，型號為S11-5000/38.5～6.3 kV。

(3)其他輔助設備改造。①調速器：原調速器為YDT-1000電控液壓調速器，自動化程度低、調節性能差、設備老化，已無法滿足運行要求，本次改造后采用YWT-1000微機型液壓調速器，自動化程度較高，能滿足增效擴容相關規定要求；②勵磁裝置改造。本站原勵磁裝置為模擬型可控硅靜止勵磁裝置，由于投產時間長，設備老化、自動性能降低、故障率高，部分元器件已無法購置，屬淘汰產品，無法滿足機組正常運行要求，擬更新為SWL系列雙微機可控硅靜止勵磁裝置。③進水閥門：對原有蝶閥控制部分進行自動化改造。④因原油系統、壓縮空氣系統、技術供水系統，及消防、排水系統已老化嚴重，密封性差，且不滿足更新后機組要求，本次擬對主要設備和部分管路進行更新改造，并增加自動化測量和控制設備，以適應自動化系統需要。

(4)高壓配電設備。電站原35 kV升壓設備采用戶外式，配置的DW12-35系列多油斷路器等老型號設備，存在運行時間久、設備老化嚴重、漏油嚴重、開關設備性能差、故障率高等因素，嚴重危及電站的安全運行，同時，升壓站遠離廠房，運行維護不便且不安全。基于電站地形實際，本次在廠房原勵磁變室新建35 kV升壓站，采用35 kV戶內式布置，并對升壓站的設備進行更換，選用KYN61-40.5戶內成套柜，配ZN85-40.5/1250-31.5 kA型真空斷路器(手車式)；6 kV電壓等級配電柜選用具有完善的“五防”功能的KYN28-12系列抽屜式配電柜等。實現無油化改造和節能降耗目的。

(5)控制系統改造。電站原有的控制、測量、信息管理采用常規控制系統和微機控制混合，設備老化、自動化程度較低，主要以手動控制模式運行。本次改造按“無人值班，少人值守”方式設計，全部實行計算機監控。電站油壓裝置、技術供水、壓縮空氣系統、滲漏排水等，實現就地控制和后臺監控系統集中監控相結合。

4　整體效果評價以及效益分析

(1) 社會效益：通過技術改造和增容改造，該水電站的運行安全大大提升，水輪機轉動的噪音顯著降低，水電站員工的工作量明顯減少，整個水電站的發電設施得到提升，生產環境大大改善，使得員工的生命和財產得到了安全保障。

(2) 經濟效益：改造后電站總裝機容量增至4000 kW(2×200 kW)，多年平均發電量為1266萬 kW·h，比現狀多年平均發電量1052萬kW·h增加發電量214萬kW·h，發電量提高20.3%。而且可為下游梯級電站增加年發電量135萬kW·h，經濟收益明顯增大。

(3) 生態效益：此次水電站技改增容改造完成后，有效改善了生產環境，改變了當地人民生活條件，增加了資源的利用率、清潔能源的使用，更好地改善了生態環境，大大降低了有害氣體的產生。同時，資源的充分利用有效地解決了當地人民生活生產用電短缺的情況，很大程度上提升了人民的生活質量，加快了受益區域向社會主義新農村建設邁進的步伐。

(4) 節能效益：項目通過采用新工藝、新技術、新設備、新材料以達到最少的能量消耗，在不影響生態放水流量及城區用水的前提下，使水量利用率達到87.2%以上，水輪機效率達91.78%，發電機效率達95%，獲得較大的節能效益。

通過電站增效擴容，可充分合理利用水能資源，對供電區內實施以電代柴、以電節煤，改善農村能源結構，保護生態環境，增加地方財政收入，繁榮地方經濟，提高當地生產和生活水平。

5　結　語

隨著該水電站增容更新改造的完成，改革了原有的技術水平，新技術的應用對于水電站的發展是一個重要的變革，屬于再創造的過程。結合水電站實際的發展狀況，采取一定的增改措施，對原有的機電設備開展技術改造、增擴容量、維護更新等改造工作，可以創造出更多效益。在保證農村水電站的高效、高性能以及高質量的安全運行下，采取多種改造技術手段，結合實際情況對水電站設備進行更新改造，大大地促進了水電事業的繁榮發展，創造更多效益，為人民帶來更多的福音。

[1]郭江，王曉晨.我國農村水電廠基礎自動化的現狀和展望[J].中國水利水電科學研究院學報,2008(3):78-79.

[2]謝云敏.水輪發電機組輔助設備及自動化運行與維修[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[3]王進東,楊登俊,周永剛.三河閘水電站改造的必要性和可行性[J]. 中國農村水利水電,2011(2):45-47.

[4]許宏棉.騰蛟水電站增容改造的探討[J].小水電,2010(3):78-80.

[5]歐清樹.廣東省部分小水電站運行和改造現狀[J].小水電,2010(3):65-67.

陳棟才(1976-)，男，工程師，主要從事安全生產管理方面的工作。

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