农村水电站增效扩容改造关键技术问题的探讨

2023年12月23日发(作者：胥光义)

农村水电及电气化　ＳＭＡＬＬ　ＨＹＤＲＯ　ＰＯＷＥＲ　２０１２Ｎｏ５，Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ１６７　农村水电站增效扩容改造关键技术　问题的探讨　穆建军（湖南省水利水电勘测设计研究总院湖南长沙４１０００７）　【摘要】对农村水电站目前存在的问题及增效扩容改造过程中的关键ｊ蔓术问题进行了阐述，提出了在设计及实施过　增效扩容　问题解决方法　程中应当考虑的问题及解决方法。　【关键词】小水电站我国农村水电装机容量和数量居世界第一，截　至２０１１年年底，全国共建成４．５万座农村水电站，　总装机容量达到６　２００万ｋＷ，在建装机１　０００多万　改造。因此从事电站改造的没汁人员不能“闭门造　车”，要到现场＿『解第一手资料，同时现场技术人　员也积累丁运行检修方面的宝贵资料，对电站的设　备缺陷、议施问题也非常熟悉；而电站也在不断的　ｋＷ，年发电量２　０００多亿ｋＷ・ｈ，为农村电力发展及　人民群众生活水平的提高起到了很大的促进作用。　但是很多水电站由于运行多年，加上当时的设计水　平、施工安装技术水平、设备制造水平及材料的限　制，目前出现技术落后、设备老化、出力不足、效　进行局部改造和更换设备，因此与原有的设计资料　相比可能有比较大的差异。另外，由于人员变动，　管理不善，许多设计图纸、设备资料、更改的资料　残缺不全，甚至有些设备标牌也已丢失。因此在技　术改造前进行原始资料的收集（包括水文、工程设　计、设备及机组运行检修记录、设备的更新等），　率低一Ｆ、“超期服役”及机电设备不配套、事故隐　患日益增加等问题，严重影响电站的经济效益和安　全生产。　了解运行人员对设备运行情况的看法及分析总结十　分重要。设计　＾＼员要主动收集，业主和运行单位要　积极配合，拍变反映情况，这是做好增效扩容改造　的前提，也是今后能否真正达到增效扩容目的的主　要内容之～。　２０１１年中央一号文件的出台，为农村小电站　增效扩容提供了一个良好的平台，在不改变水工结　构、投资相对较小的情况下，可充分利用水能资　源，提高发电量，减少碳排放，同时又解决了小水　电人员多、资金受限的困境，提高了经济效益和安　全生产的可靠度。但是在原水工建筑物基本不改变　现状的情况下，要达到增效扩容的目的，其技术难　度比新建电站要大很多，考虑的问题和环节要复杂　得多。　２提高水能利用率　水电站的ｌ，Ｋ头和机组引用流量是确定水轮发电　机出力的关键指标，由：ｆ电站几十年来水文系列的　延长，来水量会有所变化，防汛调度方式也会有所　变化；加之电站运行多年，由于淤积和冲砂，下游　水位也会有所变化，梯级开发也会影响上、下游水　１深入现场，认真总结　许多农村水电站经过２０余年甚至以上的运行，　位。在进行水轮机转轮选择和改造前，为达到最好　的效果，就成对电站设计水头进行复核计算。因为　设计水头的变化直接影响水轮机的选型，因此对每　设备严重老化，经济效益明显下降，必须进行技术　收稿日期：２０１２—０６—０６　座增效扩容电站都应重新根据引用流量计算水头损　失，对设计水头进行复核和选取，才能更好地选择　转轮，使其达到最好的效率和出力，增加年发电　量。如果确实由于电站尾水河道存在不同程度的拥　作者简介：穆建军（１９６０一），男，教授级高级工程师，主　要从事机电设计和研究工作。　Ｅｍａｉｌ：ｍ￣ｊ１９８８＠１６３．ｔｏｍ　－　６・　

小水电２０１２年第５期（总第１６７期）　塞，导致设计尾水位上升，机组利用水头下降，出　力降低，可以清理尾水河道，将尾水水位控制在设　计水位的范围。特别对于低水头电站，尾水水位的　变化对机组出力影响大，清理尾水河道可获得良好　的经济效益。　增效扩容的重点是机电设备改造，目的是增加　经济效益，提高电站的安全运行指数。机电设备中　作为能量转换的部件是水轮机转轮，较早投产的水　轮机由于受当时技术条件的限制，过流能力小，性　能落后，制造质量较差，效率低；加之多年运行　后，水轮机叶片由于空蚀、补焊、打磨，叶片形状　有所变化，间隙增加，这也是造成效率明显下降的　原因之一。因此就需要选择技术先进、性能优良的　转轮。由于受水工结构尺寸（如流道、尾水管、机　坑、导叶高度等）的限制，也不可能对水工结构做　大幅度的改动，因此所选择的转轮应根据实际水力　参数进行量体裁衣的设计以适应现有的结构要求，　保证新改造的转轮适应现有安装高程、导叶相对高　度及座环高度、空蚀和振动条件等。　３进行相关安全复核　水电站增效扩容的手段不外乎以下几个方面：　选择新型转轮，提高效率；加大电站设计水头；增　加机组引用流量；几者同时考虑。　对已建电站来说，除原设计选择不合理外，一　般增加水头的可能性不大，只有减少水头的可能　性，转轮效率的提高也是有一定限度的；所以要达　到增效扩容的目的，一般是在保证电站安全的情况　下，增加机组引用流量；同时在更换新型转轮和发　电机扩容后，机组的技术参数、重量、水推力等也　会发生相应的变化。为了保证电站的安全，在增效　扩容设计中，必须根据改造后的机组参数对引水系　统、机墩、厂房、桥机等进行安全复核，复核是否　能达到现行标准的安全要求，如不能达到则应进行　相应的加固处理或采取其他方法。　根据调保计算结果和机组引用流量等参数对引　水系统的过流能力、引用流量（隧洞）及压力管道　进行复核，经过技术经济比较，提出合理的技术方　案，以证明增效扩容后，对水工建筑物不会造成危　险，并保证能安全可靠的运行。如经过复核计算确　农村水电及电气化　实对现有水工建筑造成危险或需要进行较大的变　动、投入较大的资金，则应进行论证，不可盲目进　行扩容，满足现有条件达到增效的目的就可以了。　有些单位和个人一味追求增效扩容，认为只要有水　量就可以无限制地增加机组容量，对安全性重视不　够，对安全复核采取应付了事的办法，这将给今后　电站增效扩容的实施及今后的安全运行带来麻烦和　隐患。　４合理选择水轮发电机组改造方案　根据水能复核计算结果，在现有水轮机流道和　基础尺寸不变的情况下，至少应选择３个新型的转　轮进行各项技术参数及经济比较。选择加权平均效　率高、过流能力大、空蚀和振动条件好的转轮作为　推荐方案。如果转轮过流能力可以加大，但由于引　水系统的原因或调保计算的原因而不能加大过流能　力时，则应以安全为前提，要么保持不变要么改造　引水系统，不能盲目的为扩容而扩容。　二三十年前的水轮发电机大多采用Ｂ级绝缘，　硅钢片质量差、损耗大、效率低、温升高，要使发　电机达到与水轮机同样增容的目的，就必须对发电　机定子绕组和相关部件进行改造，通过增大定子绕　组线规，降低定子绕组电阻，改造通风冷却系统来　达到电机增容。对老旧机组而言，由于机墩尺寸的　限制以及机座号保持不变，就应分析发电机增容的　幅度和改造的范围，一般可通过改造定子绕组和通　风冷却装置，提高电机的绝缘等级来达到一定的增　容幅度，但增幅是有一定限制的，一般不会超过　１５％～２５％。　一般情况下电机容量应与水轮机出力相配套，　若在保证安全的情况下考虑到水轮机有一定的超出　力范围，在允许范围内发电机容量也可在设计时按　超出力５％～１０％考虑。如果发电机容量在与水轮　机相配套的时候，受机墩等因素的限制，也可采用　提高功率的方法来提高发动机的出力。　在增效扩容改造设计过程中，要充分考虑现有　设备情况，对水轮机和发电机的改造部件现状和更　换后的参数需要有较为详细的描述，如为什么更　换？如何更换？更换后达到什么要求和目的等。对　一些不易判断的重要部件如发电机定子铁芯、转子　・７　・　

农村水电及电气化　ＳＭＡＬＬ｝｛Ｙ１）Ｒ０　ＰＯＷＥＲ　２０１２Ｎｏ５，Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ１６７　交流后在招标文件中描述清楚。在设计和招标前应　磁轭等最好进行监测以便于能做出正确的分析，使　其与更新的部件达到基本相同的使用寿命，避免一　提增效扩容就将水轮发电机组整套更换成全新的，　兀分析、无论证、无结论，这样既浪费了公共资　源，也浪费了资金。　邀请有研发能力的生产厂家到现场进行现有情况的　落实和调研　必要时可进行转轮的模型试验。业主　应配合中标单位在现场对水工结构尺寸、设备部件　尺寸逐台进行精确的测量，根据电站实际情况给出　＿一５配合增效扩容改造其他设备　水电站除水轮发电机组及其附属设备外，其他　设备也是电站安全运行必不可少的，如果其他设备　个令业主满意的产品，避免在安装过程中进行再　在生产和安装过程中，要促进度、抓质量、加　处理。　强跟踪管理，出现问题及时协调处理。对改造的电　长期带病运行或故障率比较高，也会影响到机组的　发电和经济效益。因此，在水轮发电机组增效扩容　改造的同时，有必要对这些设备进行改造，淘汰高　耗能的产品，如调速器、励磁装置、电动机、变压　器、控制保设备、电缆等；更换由于锈蚀严重，故　障率高，达不到防护等级等不安全的设备，如管　路、空压机、绝缘子、高低压开关设备等。　提高电站的自动化水平是降低运行成本的一个　重要方面，老电站大多采用继电器作为保护和控制　元件，元件老化、备品备件难以购买、故障率高。　因此在增效扩容改造中，对于未进行此部分改造的　电站，应采用“经济实用、简单可靠、技术先进、　便于扩展”的计算机监控系统，达到少人值守的要　求。系统应采用先进成熟的计算机硬件、软件及网　络技术，应能与励磁、调速器、保护等厂内智能设　备进行通信、并应预留远方调度接口。继电保护设　备应采用微机保护，满足可靠性、选择性、灵敏性　和速动性的要求。　６坚持技术优先，加强中问管理，注　重竣工验收　在增效扩容技术改造中，受制约的因素较多，　影响参数也多，改造的难度大，时间跨度长，因此　在实施中要分清主次，合理安排时间和过渡方案，　以水轮发电机组改造为主线带动其他机电设备及相　应设施的改造。　由于受到已有条件的限制，加之水轮发电机组　部件多，损坏程度不一，哪些必须进行改造和更　换，哪些不需改造和更换或不能进行更换，哪些部　件要经过计算分析后再确定是否更换，都需要进行　・　８　・　站要合理安排工期，为了不影响电站的发电效益，　改造机组最好安排在机组检修期间或枯水期间进　行，并做好过渡方案的准备工作，在安装改造机组　韵同时对相应的机电没备进行改造或更换、检修，　以利于加快边蜓．节约时间。　为了榆验水轮发电机组增效扩容的成果，根据　规范要求，应蜘单机容量３　０００　ｋＷ及以上的水轮　机，在改造前后应进行现场性能对比试验，包括机　组输出功率、效率　运行的稳定性、振动、温升　等，在运行规定的时间后应对空蚀情况进行检查，　以检验机组是否达到合同的规定要求。如果在试运　行期间出现问题．应及时组织人员进行分析论证，　提出解决方案和处理措施，保证机组能长期安全稳　定的运行。　７结语　增效扩容的水电站由于受诸多因素的影响和限　制，不能像新建电站那样进行设计和施工，而必须　综合考虑各种因素，分析利弊，多方权衡，选择最　优方案，达到整体方案的先进性、合理性、经济性　和特殊性。在设汁和实施阶段，选择具有能力的设　计单位和产品制造厂家是保证能达到增效扩容目的　的先决条件。加强中间过程跟踪管理，注重竣工验　收则是电站长期安全运行的重要保证。　参考文献：　［１］ＧＢ／Ｔ　５０７０（０—２０１１，小型水电站技术改造规程［ｓ］．　［２］陈锡芳．水轮发电机组改造增容与优化运行［Ｍ］．北　京：中国水利水电出版社，２０１０．　［３］卢明兰．小水电站技术改造浅析［Ｊ］．小水电，　Ｏ　（１）．　■　责任编辑吴昊