淺析小型水電站增效擴容改造措施與技術

【摘要】社會經濟的迅速發展以及科學技術的不斷發展，促進了小型水電站建設水平的進一步提高。針對小型水電站增效擴容改造成功案例越來越多，但是在這一過程中仍然出現了很多小型水電站發展的不確定因素。因此，加強小型水電站增效擴容改造研究的力度，對于小型水電站的發展而言具有極為重要的意義。文章主要是就小型水電站增效擴容改造措施與技術進行了深入的分析與探討。

【關鍵詞】水電站；增效擴容；技術

引言

小型水電站不僅是我國社會經濟發展不可或缺的重要基礎設施之一，而且是目前農業耕作地區和山區生態環境保護與建設最常用的保護手段。改革開放政策的實施，為我國小型水電站的建設注入了新的活力。尤其是針對高寒地區、缺電嚴重的邊遠小型地區而言，小型水電站的建設不僅徹底解決了電力短缺的問題，而且為高寒地區農業人口收入的增長以及農民生活條件的進一步改善奠定了良好的基礎。

1、小型水電站增效擴容改造現狀分析

1.1水工建筑物與引水系統的不合理

經過調查研究發現，我國目前的小型水電站大多采用的是引水式處理方式，這種處理措施導致水電站的渠首壩、引水渠、前池無排沙等相關設施在設計和使用的過程中都存在著極為不合理的現象，如果長期使用就會在汛期來臨之際，對渠道的正常飲水產生非常嚴重的影響。再加上大多數小型水電站在廠房建設方面都存在著低于防洪標準的現象，增加了汛期水電站安全隱患發生的幾率，對水電站相關設備以及工作人員的生命安全產生了極大的威脅。比如，我國大多數小型水電站引水系統結構設計方面存在的攔污柵不合理現象，導致水電站在汛期水流增加時經常出現被雜草、石塊等堵塞，導致水電站發電量的下降。另外，還有很多水電站因為前池閘門攔污柵沒有得到及時的整修，而導致汛期來臨時經常出現因為樹根或者石塊卡在機組中，而導致發電機組無法正常運行。

1.2機電設備老舊

由于很多小型水電站的主變都采用的是損耗較高的變壓器，這種變壓器經過長時間運行后，就會因為自身絕緣性能的降低，導致其防爆炸性能的減弱。再加上小型水電站的高低壓電氣設備主要采用的是少油式斷路器，由于此類斷路器的容量相對較小且結構設計復雜程度高，所以在運行過程中隨時都可能引發爆炸問題。雖然小型水電站已經針對這一問題，采用了分離式元件加強了監控與保護的力度，但是由于其存在自動化程度低、動作遲緩等各方面的問題，所以已經無法滿足現代電力系統發展所提出的要求。

1.3機組制造質量差

經過調查研究發現，小型水電站為了降低機組造價，往往在設計的過程中選用制造簡單且成本較低的產品和設備。雖然這種設計方法不是導致小型水電站設備制造出現缺陷的主要原因，但是其對于小型水電站的建設和發展而言同樣產生了非常不利的影響。比如，很多小型水輪機生產廠家，存在著設計人員設計力量嚴重不足的現象，所生產的產品生產工藝水平差、產品質量不達標等各方面的問題，小型水電設備在生產制造過程中存在著諸多的問題，加快小型水電設備的增效擴容改造，已經成為了影響小型水電站發展的重要手段之一。

2、全面推進小型水電增效擴容改造的必然性

2.1有助于減緩小型水電安全隱患

小型水電建設作為我國水電開發的重要組成部分，自上世紀九十年前小型水電站建成投入運營至今，其平均運行年限已經達到25年，很多甚至已經超過了30年。由于受到當時所處年代設計水平、施工技術等各方面條件的制約，再加上水電站投入使用后維護資金投入的不足，使得很多水電站出現了發電、防洪、灌溉、供水等功能喪失的現象，在這種情況下如果遇到極端氣候，那么將會導致公共安全事故的發生。

2.2有助于促進節能減排目標的實現

隨著我國政府部門對生態環境保護重視程度的不斷提高，政府部門已經制定了完善的提升非石化能源使用的措施。由于我國現階段的非石化能源在社會能源消耗中所占有的比重僅為8.3%，所以必須加大可再生能源領域研究的力度，才能在確保社會經濟可持續發展的基礎上，實現保護生態環境的目的。針對小型水電站采取的增效擴容手段，不僅不需要進行大量的移民搬遷，而且也減少了生態環境的壓力，其開發成本與電能的質量等與風能、太陽能等可再生資源相比質量也相對更高。因此，全面實施小型水電站增效擴容，對于水電能源利用效率的提升具有極為重要的意義。隨著國家針對小型水電站增效擴容改造相關工作的開展，小型水電站增效擴容改造的全面升級，有效提升水能資源利用效率，保護了原有的河流生態環境，消除了公共安全隱患，保證當地居民生活水平的穩步提升。

3、小型水電站增效擴容改造的基本原則

3.1分析經濟效益

在進行小型水電站增效擴容改造的過程中，必須對改造成本問題予以充分的重視。根據小型水電站經濟效益數據分析的結果，制定切實可行的改造計劃。確保小型水電站增效擴容改造的投資在最短的時間內收回，實現了促進小型水電站經濟效益穩步提升的目的。

3.2環境效益

首先，經過更新改造后的小型水電站，不僅自身發電量大幅增加，而且還有助于火力發電煤炭消耗量的下降，降低了二氧化硫、二氧化碳、粉塵等污染物的排放量，促進了環境保護效率的提升；其次，小型水電站的增效擴容改造，促進了流域內水資源調度效率的提升，改善了河流生態環境，協調了發電、防洪、灌溉等各方面之間的關系，為人類與自然界的和諧發展創造了良好的氛圍。

3.3可行政策

不同水電站的實際情況，只有實際的操作人員了解和掌握。所以，在針對小型水電站進行增效擴容改造時，必須以小型水電站工作人員的思路和方法為基礎制定相應的改造方案。如遇工作人員無法解決的問題時，必須及時的尋求相關單位的幫助。另外，提升小型水電站工作人員專業知識培訓的力度，促進其專業技術水平和綜合素質的全面提升，是當前應當重點關注的一大問題，只有自身的專業技能的提升，才能為后期水電站的維修與養護工作做好充分的準備。

3.4強調適用技術

水電站設備生產廠家的不同，其設計方式和理念也必然存在一定的差異。所以，在進行小型水電站進行增效擴容改造的過程中，不可避免的就會出現同樣設備技術狀態不同的現象。再加上技術人員自身對技術判斷的標準也存在一定的差異，所以，必須嚴格的按照實際需要選擇符合要求的水電設備，才能避免因為設備選擇不合理而導致資源浪費現象的發生。

4、小型水電站增效擴容改造技術要點研究

4.1對變配電設備進行優化改造，提高技術

一般情況下，針對小型水電站變配電設備的改造主要涉及到斷路器、變壓器、互感器、隔離開關、組合電器等相關的設備。通過分析相關設備的運行狀況濃厚發現，針對變配電設備進行的增效擴容改造升級，不僅有助于設備運行效率的全面提升，而且也滿足了節能環保方面的要求。比如，根據節能環保的要求，選擇節能環保性能突出的低能耗變壓器，這種變壓器最大的特點就是其在實際運行過程中的噪音較小。如果外部條件允許，可以將傳統的斷路器改為無油型高壓斷路器，為小型水電站運行效率的提升提供可靠的技術支持。

4.2對發電機組進行改造，提高電氣設備性能

4.2.1水輪機引用流量

水輪機引用量作為發電機組運行效率的重要參數，其與水輪機轉輪和流道過流能力之間有著極為密切的聯系。由于針對小型水電站進行的增效擴容增效擴容改造，雖然會對主要機電設備進行改造，但是像土建結構、水輪機轉輪直徑、流道尺寸等各方面一般是不能改變的。所以，為了增加水輪機引用流量就只能采取提高水輪機單位流量的方式，目前的水電站水輪機，大多都是上世紀的產品，其轉輪性能以及過流能力，與現階段的新型轉輪相比之間存在著較大的差距。因此，更換轉輪，是水輪機單位流量有效提升的重要手段之一。但是，水電站在實際運行的過程中，因為引用流量的增加導致流道損失值的增加，最終影響到水輪機利用效率以及穩定性的下降。

4.2.2水電站水頭

水電站的水頭，主要是由水電站上下游水位差減去流道損失后得出的，而水位差則由水庫蓄水水位以及下游河床地形所決定。所以，一般情況下水位差是無法提升的，再加上流道水頭損失與流道尺寸和粗糙度之間有著密不可分的聯系，所以在水工部分和流道值不發生改變的前提下，如果進行機組擴容擴容則勢必因為引用流量的增加而導致流道損失的增加，最終使得水輪機發電水頭的下降。

4.2.3機組效率

隨著我國社會經濟的不斷發展，水電建設領域也進入了高速發展的階段。而水輪機模型開發與引進力度的進一步加強，使得一大批高效的轉輪被應用于水電工程建設中，使得水輪機的運行效率提升了大約5-10%左右。所以，就目前而言，使用性能優越的新型轉輪，是小型水電站增效擴容最直接有效的方法之一。在針對小型水電站增效擴容增效擴容改造時，由于水輪機的蝸殼與尾水管等部件的尺寸是無法改變的，所以，在換算水輪機功率時，必須對這方面因素予以充分的重視。一般情況下，原有機組的尾水管高度與轉輪直徑的比值為2.3作用，而新的模型由于提升了尾水管的動能回收，因此其實際的比值往往大于2.3.因此，在效率換算的過程中必須將這部分影響予以扣除，以確保增效擴容后小型水電站發電機組運行效率的全面提升。

4.2.4機組尺寸的適應性

針對小型水電站進行的增效擴容最直接有效的方式就是直接更換水輪機轉輪和發電機。但是由于不同型號的轉輪和發電機其外形尺寸也存在一定的差異，再加上土建部分是無法改變的，如果更換新的部件就會出現與原結構無法吻合的現象。所以，在進行選型水電站增效擴容改造時，必須對新舊設備部件的外形尺寸進行全面的復核。比如，常用的軸流式水輪機可以通過優化水輪機葉片，減小水輪機輪轂直徑的方式促進其過流能力的提升。而針對混流式水輪機的改造則必須對模型導葉高度、導葉分布原尺寸、葉輪高度等相關參數進行全面的分析與對比，確保其盡可能的接近現有輪轉模型，此案有效的降低水流撞擊、容積損失等各方面因素對機組運行效率所產生的影響。另外，在針對小型臥式機組進行增效擴容改造時，為了確保其與原設備之間的相互配合，大多采取更換水靈和發電機的方式進行。

4.2.5附屬設備和輔助設備

在進行小型水電站增效擴容改造的過程中，機組增容勢必會導致進水蝶閥過流的增加，所以，為了徹底解決這一問題，必須根據經濟技術分析的結果決定是否有必要更換蝶閥。另外，由于機組增容導致調速功率的增加，所以，必須確保原有調速器滿足增效擴容后的調速要求，以確保發電機組的正常運行不受影響。

4.3配置自動化控制系統

自動化控制系統的構建是小型水電站增效擴容改造的重要內容之一。一般情況下，自動化控制系統所采用的計算機網絡主要以以太網結構為主，而微機保護裝置、微機調速器、可編程控制器等都是其最重要的組成部分。微機調速器所采用的高油壓可編程控制器不僅有助于調節精度的提升，而且也避免了燃油的大量浪費。儲能罐采用的高壓氮氣罐則實現了降低成本投入，促進小型水電站運行效率提升的目的。

4.5現有建筑物的質量管理措施

定期的進行進水口攔污柵的清污、檢查水閘啟閉設備，為發電機組的正常運行奠定良好的基礎。在進行電站廠房定期檢查的過程中，必須確保相關設備的正常穩定運行，同時嚴密的觀測擋水墻體是否存在裂縫問題，如果在檢查過程中發現擋水墻體出現滲漏現象，必須及時的進行修補。針對廠房內鋼屋架、吊車梁等關鍵結構部位必須制定完善的檢查制度，如果在檢查過程中發現裂縫、滲漏等不利于結構安全的隱患，則應該根據實際檢查的情況進行處理和解決，確保發電設備的正常運行不受影響。另外，針對離心桿等發電站基礎結構則應該制定相應的危害與檢查制度，密切的關注其是否存在不均勻沉陷、裂縫等問題，如果發現存在安全隱患，應立即采取措施進行修復。

結束語

綜上，針對小型水電站進行的增效擴容增效擴容改造，不僅促進了水電站經濟效益、水能綜合利用效率的全面提升，而且也滿足了保護生態環境的目的。所以，必須加強小型水電站增效擴容增效擴容改造研究的力度，才能實現節能減排的目標。

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作者簡介：王立松（1981.05-），女，碩士，高級工程師，研究方向：水工建筑物結構工程研究。