淺談水電站增效擴容改造

張繼發

撫順市大興水利工程有限公司

淺談水電站增效擴容改造

張繼發

撫順市大興水利工程有限公司

水電是可再生清潔能源，大力發展水電事業可減少二氧化碳和二氧化硫排放有利環保，保護森林資源是利國利民的千年大計。水電站是將水能轉變為機械能再轉變為電能的工廠。我國水力資源豐富，各條江河已建成水電站無數座為國民經濟的發展和人民生活的改善以及環境改善起到了不可估量的作用。隨著水電事業的發展，科學技術的進步研究出各種高效水輪機轉輪，水輪機轉輪效率提高到94%以上。老發電機由于絕緣等級的提高,新的絕緣材料絕緣好而薄減少絕緣厚度因此可增大線棒面積，提高發電機容量。調速器，勵磁，開關柜，水機自動及發電機監控保護等的微機化智能化管理的實現，又給水電站增加了新的生命力。改造后水電站可以實現少人管理到無人值守的現代化水電站。

近幾年國家對老舊小水電給予大力扶持推動水電站增效擴容改造。給水電站帶來了新的生命力。

對于水電站增加出力的主要部件是水輪機，發電機是接受水輪機的出力。如果水輪機出力增加發電機必須增加出力。老舊水輪機能否增加出力主要是看水輪機的轉輪能否有新的適合該電站的高效轉輪代替。

以遼寧省清原滿族自治縣紅河二級電站為例；該電站設計水頭32.5m最高水頭35m。電站安裝四臺水輪發電機組。單機1250kw總裝機5000kw。水輪機型號HL240-WJ-84。配套發電機Tsfw1250-12/1730。發電機轉數500轉/分。

由以上條件可計算出水輪機流量。（水輪機效率89%,發電機效率92%）

由240轉輪的特性曲線單位流量1.2L/s,已到邊緣了效率下降，而3689轉輪的單位流量1.2L/s～1.3L/s,在高效率區。單位轉數68n/min～75n/min在最高效率區效率在93.5%，最高效率94%。

采用3689轉輪在水頭32.5m可發1450kw。在水頭35m可發1550kw。

對于清原滿族自治縣紅河二級電站達到了增效擴容改造的效果。

水輪機轉輪改造：

每個水電站要按照本電站的具體情況具體研究。首先弄清水輪機型號，轉輪直徑，加權平均水頭，水頭范圍，流量，發電機容量，轉速等。計算出單位轉速，單位流量。再根據原水輪機的（模型轉輪綜合特性曲線）看其運行于曲線的什么位置？是否合理？是否在高效率區？看有沒有更好的轉輪可代替原轉輪，效率和出力如何？還要查看原轉輪的流道是否適應新轉輪的流道?才能取得良好的改造效果。

要做原水輪機各水頭出力和效率計算。新轉輪的水輪機各水頭出力和效率計算并做出比較。

發電機定子線圈改造：

老舊發電機的線圈絕緣等級多為A級和B級絕緣。絕緣材料厚耐熱低。現在采用F級絕緣，材料薄耐熱高，這樣就給線圈的線棒增加導電面積提供可能。一般B級絕緣改為F級，發電機可提高一個級別，1250kw增加到1500kw。A級絕緣改為F級后增加的還多。導線的電流密度比原來還要小些，保證發電機安全運行，穩定運行。

例如：

花涼亭2號水輪機原型號為HL230-LJ-200型。電站的實際在水頭33m～40m之間，近期加權平均水頭37.5m，配用發電機10MW發電機轉速214.3轉/分，28極。計算33m～40m單位轉速是33m為74.6r/min。40m為67.8r/min。由于原機出力和效率都低。電站于上世紀90年代對1號和4號機組進行了水輪機改造，更換了當時較先進的HLA296型不銹鋼轉輪，效率和出力都有較大提高。水頭在36m以下可達90%在36m以上可達89%。33m～40m發電機出力在6.5mw-8.0mw之間。2014年電站對2號機組進行了發電機和水輪機進行提效擴容改造。發電機提高絕緣等級到F級容量由10mw提高到12.5mw。水輪機采用更先進的HLC904轉輪不銹鋼轉輪。該轉輪最高效率可達94%。本次改造的2號發電機組出力比1號，4號機組相同水頭提高了近1.8mw,其中效率提高了3-5%，流量提高了20%。

選擇轉輪還需要注意的問題：

(1)替換的轉輪其流道要等于或小于原機的流道，方可

收到較好的改造效果。如果替換轉輪的流道大于原機的流道則不能通過相應的流量，取不到良好的改造效果。HLC904轉輪的流道與原機HL230的流道基本相同，只是904的下環高于230的下環，只需尾水管改動取得合理的下環高度即可滿足改造要求。取得良好的改造效果。

如果替換轉輪的流道小于原機流道（主要看導葉高度）葉片適當向上按原曲線延伸會取得更好的改造效果。

(2)對于水庫電站水頭變化較大，必須計算全水頭范圍

內單位轉速和單位流量在最佳范圍，取得最佳效率。該轉輪使用水頭必須大于電站的最大水頭。

(3)電站改造如果出力增加較大必須作機械強度校核。

同時還要按轉輪的空化系數核算吸出高程是否合理。

(4)替換的轉輪應該采用先進的不銹鋼轉輪。

(5)改造其它不合理的部件，和影響效率出力的部件。

(6)發電機增效擴容主要是提高絕緣等級到F級，增大

線棒的截面積增加發電機容量，如保證功率因數不變可對轉子線棒改造，也可以用電容器補償無功。

(7)采用微機可控硅勵磁，微機調速器，微機監控保護。

微機自動，制動。自同期并列等先進技術。達到無人或少人值班值守。

(8)驗證改造是否取得應有的效果，主要看出力再看尾水的水花，水花只是一個骨朵沒有拖出長流說明水能量吸收的好。2號機只是一個骨朵，3號機拖出長流，說明2號機能量吸收好，3號機能量被帶走了。同樣水頭同樣導葉開度1號4號機發7.2mw，3號機發8.4mw，2號機發9mw。水頭約35m。導葉開度90%。

(9)有的電站改造后由于流道等不完全相同，改造后會有一些差異是可以理解的。

科學技術是不斷發展的，采用新設備，新技術，新理念，不斷進取才能取得好效益，才是主流。

新轉輪效率高，水輪機軸承改為塑料軸承后摩擦損失減小效率可提高0.5%，水輪機效率按92.5%計。發電機增容到1.5mw，效率可達93%以上，按93%計。

附兩種轉輪模型特性曲線；

清原滿族自治縣紅河二級電站原來四臺1250kw發電機組改造后變成四臺1500kw總裝機由5000kw增容到6000kw。按這樣改造即增效擴容又節省了大量資金。可以邊生產邊改造，改造與生產兩不誤。符合水利部財政部關于增效擴容改造的精神。是一種很好的水電站改造方法。

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.204