山區(qū)小水電站技術(shù)改造問題分析

黃翠美

(建甌市水利局，福建建甌353100)

1 建甌小水電站開發(fā)利用狀況與存在的問題

建甌市位于福建省北部，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，四季溫暖濕潤，年平均氣溫為18.7℃，1月平均氣溫為8℃，7月平均氣溫28.5℃，年降水量為1 664 m，境內(nèi)山巒起伏，年徑流深1 020 m，年徑量達(dá)43.2億m3。疆域總面積4 233 km2，其中山地3 459.7 km2，耕地328 km2，是屬于多山地區(qū)域。市內(nèi)河流主要屬閩江建溪流域，呈格子狀水系，發(fā)育全面，流向多為東北～西南，多年平均水位90.91 m，大河利用落差3.5～18 m，小溪102～420 m。100 km2以上的15條;1 000 km2以上的有建溪、崇陽溪、南浦溪、松溪。境內(nèi)河流長161.6 km。全市水能理論蘊藏量為57萬kW，實際可開發(fā)裝機容量30萬kW。目前全市擁有144座水電站，總裝機20.5萬kW，年發(fā)電量達(dá)6.8億kW·h。但是，建甌市水電門以小型為主，普遍存在著:①裝機容量小，機組臺數(shù)多，水能利用率低，水量富余情況;②機組運行時間久遠(yuǎn)，設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，效率低，安全運行隱患多;③防洪標(biāo)準(zhǔn)低與調(diào)節(jié)性差。針對以上問題對小水電站進(jìn)行技術(shù)改造是十分必要的，因此從2001年開始就相繼對小水電站進(jìn)行技術(shù)改造，改造后平均增容約40%，既有利于保障經(jīng)濟發(fā)展對電力的需求;又有利于把建甌潛在的資源優(yōu)勢變?yōu)楝F(xiàn)實的經(jīng)濟優(yōu)勢。

2 仁墩電站技術(shù)改造前基本情況

仁墩電站位于高陽溪流域中下游，屬該流域規(guī)劃的第18級，建于1973年，原設(shè)計以灌溉為主，兼顧發(fā)電。樞紐建筑物有:混凝土連拱壩，總長87 m，共15孔，最大壩高5.5 m，最大水頭4.5 m，最小水頭3.5 m，設(shè)計水頭4.0 m;左右岸共安裝60－6水輪泵7臺(左岸4臺，右岸3臺)，設(shè)計過水流量10.5 m3/s，提水流量0.5 m3/s，總用水量11 m3/s，灌溉面積313.5 hm2;電站裝6臺125 kW機組，總裝機750 kW，水輪機型號ZD592－LM－120，發(fā)電機型號TSN－10/990，調(diào)速器TT－550，設(shè)計引用流量37.2 m3/s;水輪泵與電站共計用引水量為48.2 m3/s。

仁墩電站壩址以上集雨面積1 430 km2，多年平均降雨量1 800 m，多年平均流量58.15 m3/s，多年平均徑流量16.45億km2，因此，水量有較多富余。根據(jù)高陽溪流域規(guī)劃本級裝機容量為2 000 kW，電站可引用流量65 m3/s。

3 仁墩電站技術(shù)改造方案比選

為合理利用該處富余水能資源，同時保證工程原有運行功能，技術(shù)改造共擬3個方案進(jìn)行比較:①是原有樞紐建筑物如:混凝土拱壩、左右岸7臺水輪泵保持不變。只將原電站6臺125 kW水輪發(fā)電機組，改為6臺250 kW水輪發(fā)電機組，水輪機型號為ZDT03－LM－140，發(fā)電機型號為SF250－24/1730，調(diào)速器YT－1000，改造時原廠房上部磚混結(jié)構(gòu)拆除重建，下部蝸室中墩拆除、尾水管及轉(zhuǎn)輪室擴大。技改后電站裝機容量為1 500 kW(6×250)，新增裝機容量為750 kW，多年平均發(fā)電量675萬kW·h，年利用小時數(shù)4 500 h。電站設(shè)計引用流量為52.8 m3/s(單機8.8 m3/s)，加水泵用水量11 m3/s共計引用水量為63.8 m3/s，與流域規(guī)劃可引用流量65 m3/s基本相符。10 kV升壓站采用戶外式布置在廠房下游側(cè)，輸變線路利用原電站10 kV輸變線路，總長為1 km。②是將原電站6臺125 kW水輪發(fā)電機組及廠房全拆除重建，機組選型為3×800 kW(軸伸貫流機組)或5×4400 kW。經(jīng)比較方案1的引用流量，裝機容量與流域規(guī)劃基本相符，工程投資、單位千瓦投資最優(yōu)，故選用1方案為實施方案。

表1 2006年不同裝機容量效益分析比較

4 仁墩電站技術(shù)改造的主要內(nèi)容

改造內(nèi)容包括5個部分:

4.1 水輪機系統(tǒng)的技改

水輪機系統(tǒng)的技改是水電站技改的重點和關(guān)鍵，普遍存在水輪機主要性能數(shù)與電站實際運行參數(shù)不匹配;水輪機性能落后、技術(shù)陳舊、制造質(zhì)量差，氣蝕及磨損嚴(yán)重、葉片開裂變形;水輪機與電氣設(shè)備不配套。水輪機系統(tǒng)的技改的措施主要是擇優(yōu)選用性能先進(jìn)、技術(shù)成熟的好轉(zhuǎn)輪和配套性能先進(jìn)、運行可靠的水輪發(fā)電機及其輔助設(shè)備;妥善處理本電站的不可變更或不宜變更的制約條件;特殊問題用特殊辦法解決;改善運行特性，延長水輪機的使用壽命。部分電站還可能涉及導(dǎo)葉、尾水管等過流部件的適當(dāng)修型等。仁墩電站已運行33 a，原水輪機型號ZD592－LM－120存在容量小、性能落后、陳舊老化等問題，所以在技改時不與考慮利用，而是直接更換為ZDT03－LM－140型。

4.2 發(fā)電機的技改

有些發(fā)電機組因設(shè)計絕緣等級低、制造工藝落后等，在經(jīng)過長時間運行后產(chǎn)生流膠、絕緣老化甚至擊穿等情況;也有問題機組因散熱不良等影響機組出力;有的由于制造或安裝質(zhì)量差，推力軸承可靠性低，常導(dǎo)致燒瓦事故。因此，要針對不同情況，在技術(shù)改造過程中區(qū)分對待。同時，有些電站在不更換水輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子，只改造發(fā)電機定子繞組和通風(fēng)的情況下，還可進(jìn)行增容改造，挖掘潛力，既節(jié)約投資，還增加了效益。黃墩電站原發(fā)電機組為6臺125 kW皮帶傳動機，技改時由于增容較多就直接更換為同軸6臺250 kW SF250－24/1730型。

4.3 調(diào)速器與勵磁系統(tǒng)的技改

在老式小電站中有相當(dāng)?shù)碾娬静捎昧藱C械調(diào)速器和電液調(diào)速器，經(jīng)過長時間運行普遍存在穩(wěn)定性差、死區(qū)大、靈敏度低、故障率高、維護(hù)工作量大等問題，多數(shù)勵磁設(shè)備及回路也顯陳舊、老化落后，都不適合現(xiàn)代運行要求，故需進(jìn)行改造，以適應(yīng)靈活性、可靠性和精確性等方面的要求，同時也對電站穩(wěn)定運行極為有利。仁墩電站原為手動調(diào)速器、碳刷子勵磁，技改時改為自動調(diào)速器和無刷勵磁。

4.4 自動化系統(tǒng)的技改

老式小電站自動化系統(tǒng)因建設(shè)時技術(shù)水平的問題，沒有適合現(xiàn)代運行方式的自動化控制系統(tǒng)，部分電站裝配的自動化系統(tǒng)也基本處于閑置狀態(tài)，不能發(fā)揮應(yīng)有作用。在計算機技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，使用先進(jìn)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)已是一種趨勢。通過自動化系統(tǒng)的技改，對保證小型水電站安全、經(jīng)濟、可靠運行，逐步實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的自動化要求，提高電站綜合自動化水平具有重要意義。仁墩電站因裝機容量相對較小，改造時暫不考慮。

4.5 其他設(shè)施的技改

仁墩電站技術(shù)改造因裝機容量從單機125 kW改為250 kW，水輪機轉(zhuǎn)輪從120改為140由于過流量增大，這就要求相配套的引水流道蝸室也需加大，經(jīng)現(xiàn)場測量將原流道上一個中墩拆除即可滿足，同時將原方形蝸室與尾水管改為蝸形彎襯形，這樣既滿足過流量又改善流態(tài)。另外為滿足防洪20 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，改造后的廠房地面也相應(yīng)提高至洪水位以上，確保電站滿足防洪要求。

5 結(jié)語

綜上所述，在仁墩電站技改方案時，根據(jù)工程的具體情況，因地制宜、揚長避短、綜合考慮、統(tǒng)籌安排，既要合理利用原有設(shè)施，又要勇于探索應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，才能促進(jìn)電站技改技術(shù)發(fā)展。實踐證明對小水電站進(jìn)行技術(shù)改造是提高小水站技術(shù)水平和提高經(jīng)濟效益的一條捷徑。通過技術(shù)改造，不僅有助于電站建設(shè)、運行管理水平和人員素質(zhì)的提高，同時也對增加電網(wǎng)調(diào)頻容量、促進(jìn)地方經(jīng)濟發(fā)展具有積極作用。相關(guān)主管部門和電站的業(yè)主在進(jìn)行水電站技術(shù)改造時，要認(rèn)真按照《小型水電站技術(shù)改造規(guī)程》實施，要深入調(diào)研、制定好相關(guān)規(guī)劃，對水能條件好、有增容潛力的電站要優(yōu)先規(guī)劃，落實技改，以取得最佳的經(jīng)濟效益，更好地發(fā)揮小水電在地方經(jīng)濟發(fā)展中的積極作用。

［1］福建省水利水電勘測設(shè)計研究院.福建省農(nóng)村水力資源調(diào)查評價［R］.福州:福建省水利水電勘測設(shè)計研究院，2007.

［2］胡代清.國內(nèi)外已建水電站擴機增容情況綜合［J］.水電站設(shè)計，2004(6):11－14.

［3］王愛華.云南省小水電挖潛改造分析［J］.農(nóng)村電氣化，2002(4):13－14.