探討小型水電站水輪機中的技術改造

王 苗，張曉煒

（新疆農業職業技術學院，新疆維吾爾自治區 昌吉 831100）

水能作為一種可再生的清潔能源，一直以來都是能源開發的重點。水能的開發不僅有利于加速地方經濟發展，也有利于提高地方生活質量。中小型水電站是國內水電建設的一個重要組成部分，但是小型水電站建設時期較早，當時的小型水電站建設技術和設計水平有限，加上小型水電站實際使用人員的專業素養有限，小型水電站在經過多年的運行后，開始出現安全風險。為了讓小型水電站更加安全、平穩地運行，亟需對水輪機開展技術改造。

1 小型水電站水輪機運行中存在的問題

1.1 水輪機選型問題

小型水電站由于建設時間比較早，當時可供選擇的水輪機也非常少，加上部分小型水電站的工作人員和管理人員沒有對水輪機是否符合水電站的實際需求進行評估，導致部分小型水電站選擇的水輪機功率不符合小型水電站需求；或者水輪機規格不符合小型水電站的需求，水輪機的實際運行功率與小型水電站實際所需的并不相符，導致部分小型水電站的水輪機在實際工作過程中出現噪聲過大、振動過于激烈、耗能量較大、小型水電站使用成本較高等問題，大大縮短了水輪機使用壽命。

1.2 發電機和水輪機不配套

部分小型水電站所使用的水輪機功率大大超出了小型水電站發電機所能提供的限度，導致部分小型水電站出現功率供給不足的情況。這種情況一方面增加了小型水電站發電機的壓力，另一方面也抑制了小型水電站水輪機的正常工作，對于水輪機和發電機的使用也造成不利影響。還有部分小型水電站水輪機的額定功率小于發電機，既導致水電站能耗增加，又造成設備容量的嚴重浪費。

1.3 空蝕破壞嚴重和多泥沙水輪機磨損嚴重

根據研究資料數據統計，國內的小型水電站有大約1/3的水輪機存在機器過度磨損問題，這種磨損由多方面的因素造成，水輪機長期磨損導致水輪機進水閥嚴重受損，嚴重的甚至會導致水輪機無法正常使用。部分水輪機的運行葉片出現斷裂問題，水輪機的正常運轉受到嚴重影響，進而影響到小型水電站的正常運轉。

1.4 水輪機絕緣老化

部分小型水電站的水輪機在長期的使用中，由于水輪機在初始制造和安裝使用是沒有把控好質量問題，導致水輪機的零部件出現嚴重的老化、磨損問題，尤其是轉子、定子等零部件容易出現接地故障，嚴重影響水輪機的正常運行。

1.5 保護裝置落后

在較早時期建設的小型水電站受到建設技術和建設資金的限制，水輪機在運行過程中難免出現故障，一些設備還會出現連帶問題，影響水電站的正常運行，也對水電站的經濟效益造成不利的影響。

2 小型水電站水輪機技術改造的方法分析

2.1 摸清狀況

由于小型水電站工作人員變動較為頻繁，致使小型水電站出現歷史檔案資料保管不完全等問題。此外，小型水電站水輪機的初始設計圖紙沒有被完全保存，有一些水輪機機組上面的標牌也已經丟失，加上當時小型水電站水輪機的制造技術相對較差，設備的實際水平與圖紙設計的水平有一定出入。因此，小型水電站要想開展水輪機的技術改造，首先要做好水輪機原始資料的采集和統計分析工作，搞清楚小型水電站水輪機的主要工作參數、去水量、來水量、歷年檢修的情況等，之后對資料進行仔細分析，對水輪機開展具有針對性的技術改造。

2.2 新技術的應用

對小型水電站的水輪機進行技術改造的過程中，技術人員要結合動態的分析技術和具有預估的分析技術，在技術設計階段對小型水電站水輪機的動態性能進行分析，結合分析情況以及水電站此時的實際情況對水輪機的初始設計進行調整。與此同時，采用當前先進的數控加工技術，確保水輪機改造后水輪機的內在質量和外觀，避免由于水輪機改造帶來質量問題。

2.3 轉輪設計參數的調整

小型水電站水輪機的技術改造人員要依據水電站彼時的運行情況，對水輪機的額定功率和額定水量進行調整，為水輪機選擇功率合適的轉輪，通過更換合適的轉輪，讓水輪機保持最佳的工作狀態。水輪機的工作狀態提升后，水電站的發電效率也會隨之提升。此外，水輪機改造技術人員還要對更換轉輪后的水輪機參數進行調整，比如增加水輪機的額定流量，提高水輪機工作水頭，并在水輪機原本的技術基礎上加入轉輪的專有設計，提高水輪機的工作效率。

2.4 轉輪的技術改造

小型水電站水輪機改造人員要積極學習現代化的水輪機理論，對水輪機的外觀也進行改造，通過外形的改造，進一步提高水輪機的性能，比如在確保水輪機工作強度的前提下對水輪機葉片出水邊進行調整，最大限度地降低水輪機葉片出水邊卡門渦的形成幾率，有效降低水輪機工作過程中的磨損，在水輪機葉片的輪緣處增加一個抵抗空化的裙邊，這樣可以最大限度地增加水輪機抵抗空化的性能。對于長時間未檢修、水輪機零部件磨損嚴重以及水輪機空轉嚴重的水電站，要及時更換磨損的水輪機。對于泥沙淤積嚴重的水電站，要結合水電站泥沙淤積情況，選擇性能更加優越的水輪機，以延長水輪機的使用壽命，提高水電站的工作效率、經濟效益、社會效益。此外，水輪機改造技術人員還要通過目標最優化計算方法，通過多樣化的水輪機優化方法，實現水輪機三維設計，研發先進水輪機轉輪，提高小型水電站的工作效率。

2.5 水輪機主要構件的技術改造

當前，對水輪機工作的主要部件進行技術改造也是十分有必要的。如果水輪機的主要性能與水電站實際的參數不匹配，水輪機出現運行振動劇烈、噪聲大、工作效率低、升溫高等問題，就需要進行技術改造。

2.6 水輪發電機組的改造

小型水電站水輪機的改造還包括發電機組的改造。發電機組的改造主要是：①對于泥沙淤積情況嚴重的水電站，要合理改進水輪機的導水葉型線，科學設計導水葉分布直徑，降低水輪機導葉的額流速，輔之以全新的材料和工藝技術，最大限度地確保水輪機可靠運行；②對于水流量低于原本設計的水電站，可以采取減容的改造方法，一方面降低水輪機的功率，另一方面降低水輪機的額定水頭，將水輪機調整到最優狀態；③對于流量高于原本設計的水電站，可以采取擴容的改造方式，根據水電站的實際流量，增加功率，增加發電量。

3 結語

針對目前小型水電站水輪機存在的問題，一方面要對水輪機進行技術改造，另一方面要積極引進技術先進的水輪機，提高水輪機運行效率，確保小型水電站運行的經濟性、先進行、合理性，提高水電站的綜合運行效益。小型水電站改造項目的實施，可提升小型水電站在電站改造領域的核心競爭力。為小型水電站的轉型和發展奠定了堅實基礎，更為保障小型水電站負荷范圍內”長期、高效、安全、穩定運行，提供了一顆持久有效的“定心丸”。