中小型水電站技術改造應注意的幾個問題

【摘要】本文對我國中小型水電站發展現狀進行了論述，分析了中小型水電站機組設計和使用中存在的弊端，提出了中小水電站技改工作中應注意的幾個問題。

【關鍵詞】技術改造；中小型水電站；水輪機

1.我國中小型水電站的發展現狀

建國以來，我國水電建設取得了巨大成就，據統計，我國常規水電裝機容量已達7900萬kV，其中，中小型水電站總裝機容量達2009萬kV，有近一半的設備為20世紀五六十年代制造。這些小水電站的特點是：裝機容量小，臺數多，技術落后，效率低，制造質量差，安全生產隱患多。有的已經改造或停運，有的正在改造，更多的則急需進行技術改造。

2.機組運行中存在的問題

2.1水輪機性能落后，技術陳舊，制造質量差

我國1964年頒布的水輪機模型轉輪系列型譜中的ZZ560、HL365、ZZ460等型號的水輪機轉輪，有的至今仍在使用。這些轉輪相當于國外20世紀三四十年代的技術水平，其主要性能指標（單位流量、單位轉速及模型效率）都比較低。

有些小型水電站的水輪機加工質量差，缺陷多，長期帶病運行，出力不足，安全可靠性差。

2.2水輪機性能參數與電站實際運行參數不匹配

我國早期編制的水輪機模型轉輪型譜中可供選擇的轉輪型號少，不少中小型水電站只能“套用”相近轉輪，因而機組性能參數偏離電站實際運行參數。對中小型水電站水輪機選型設計，有的地方管理部門不太重視，有的設計單位不夠認真或水平不夠，使得一些水電站的水輪機轉輪直徑、額定水頭或額定轉速選擇不當，造成機組性能參數與電站實際運行參數不匹配。有些水電站建成后，其實際的來水量或水頭等水文數據與設計資料不符，以致選用的水輪機性能參數與電站實際運行參數不適應。

以上幾種情況都會導致水輪機偏出最優工況區運行，造成機組運行效率低、耗水量多、振動及噪聲大及發電損失大，使水輪機使用壽命大大縮短。

2.3水輪機與電氣設備不配套

有些小型水電站水輪機的輸出功率大于發電機額定容量，形成“大馬拉小車”，大大限制了機組出力。也有的水電站發電機容量大于水輪機出力，形成“小馬拉大車”，既浪費了設備容量，也增大了運行損耗。

2.4水輪發電機絕緣老化，推力軸承燒瓦

有些小型水電站的水輪發電機因運行年代長，定子、轉子的絕緣已嚴重老化，容易引發接地故障，威脅機組安全運行。由于制造或安裝質量較差，水輪發電機的推力軸承可靠性低，常發生燒瓦事故。

2.5多泥沙河流上的水輪機磨蝕破壞嚴重

據不完全統計，我國小型水電站中，約有1/3的水輪機存在空蝕和泥沙磨損問題，有些水輪機的大修間隔不到一年，導水葉和水輪機進水閥嚴重漏水，有的甚至難以正常開、停機。有的水輪機轉輪葉片發生嚴重裂紋或斷裂，不能保證安全運行。

3.在中小型水電站技改中應注意的問題

3.1增容改造須分清主次

由于水輪機和發電機是兩個不同范疇的對象，其技術發展階段不同。同時，水輪機在水輪發電機組中處于原動機的地位，故水輪機運行效率高低對機組影響顯著。水輪機的選型技術難度較大，影響參數也多，在水電站實際運行中出現的問題也比較多。因此，要求在小型水電站的增容改造中，必須分清主次，要把水輪機的改造放在核心地位，然后再考慮水輪發電機和整個水電站機電設備及水工金屬結構的技術改造。

3.2重視竣工驗收

為了檢驗小水電機組增容改造成果，對單機容量5 kV及以上的水輪機，應作技改前后性能對比測試。為保證技改工程質量，一定要做機組起動驗收合格后才能進行生產試運行，生產試運行合格并且遺留問題都處理完畢后，才能最終進行改造工程的竣工驗收，以確保工程長期高效安全運行。

3.3重視輸水系統的核算

在小型水電站增容改造中，水輪機輸水系統是關鍵環節。尤其是一管多機的引水式壓力輸水系統，應當從水力和調節保證參數兩個方面進行核算。水力核算即是對水輪機輸水系統的過流量和水頭損失的數值關系進行核算，并繪制水頭損失與流量關系曲線，以分析選定最大允許的水輪機額定水頭和設計引用流量。調節保證核算就是從機組運行特性和輸水系統水力特性兩方面來核算機組運行的過渡過程中可能發生的最大水壓力和最大轉速升高值，并檢查前者是否在水輪機輸水系統設計水壓力的范圍內，以研究和確定采取加固補強措施的合理性和可能性。水輪機輸水系統的最大過流量和水頭損失及其所能承受的最大水壓力，是制約水輪機增容的一個關鍵環節，應予以足夠重視，否則會影響技術改造的經濟效益和安全運行。

3.4優化設計，獲取最大的經濟效益

要做好小型水電站的技術改造，一定要委托有資質的單位進行技術咨詢并做到優化設計，還要請專家對改造設計方案進行審查。因為一個好的設計方案，可以出水平、出效益；反之，不重視設計，容易造成不必要的返工和經濟損失。

小型水電站的技術改造，必須貫徹先進性、合理性、經濟性和特殊性原則。應該針對各個水電站的具體情況，因地制宜，進行優化設計。所謂先進性就是要擇優選用一個性能先進、技術成熟的好轉輪和配套性能先進、運行可靠的水輪發電機及其輔助設備；合理性就是要緊密結合和妥善處理水電站的不可變更或不宜變更的制約條件；經濟性就是要在有限的投資情況下，盡量增加年發電量，提高水電站的經濟效益；特殊性就是特殊問題用特殊辦法處理。例如，對于多泥沙河流上運行的水輪機，既要改善其運行特性，又要采取抗泥沙磨損的綜合治理措施，延長水輪機的使用壽命，只有全面考慮才能較好地達到先進性、合理性和經濟性。

多數小型水電站的技術改造以水輪發電機組的改造為主。在技術改造設計中，常采取以下方式。

第一，對于水頭、流量比原設計增大了的水電站，應采取增容改造方式。應根據電站實際運行水頭和流量增大的具體條件，提高水輪機的額定水頭，加大額定輸出功率，選用合適的新型轉輪或者重新設計轉輪，其額定轉速應結合水輪發電機的改造方式確定，最終應使水輪機在較高效率區運行。這樣既加大了單機容量又提高了水輪機的運行效率，電站年發電量也有較大增加。

以上兩種情況，當水輪機功率確定之后，都需要為其配套相應功率的水輪發電機。對輔助設備也要進行核算，以決定是否更換。

第二，對于水頭、流量與原設計變化不大，而水輪機設備陳舊、性能落后的水電站，可采用更新改造或增容改造方式。選用該水頭段導水葉相對高度相同或相近的新型轉輪，如無合適的新型轉輪，則應改型或重新設計轉輪，或者改進過流部件型線與結構，以提高水輪機的運行效率，并達到增容、增加年發電量的目的。

第三，對于多泥沙水電站，應考慮泥沙磨損問題，應采用與抗磨措施相結合的改造方式。改造設計中應根據水輪機的過機含沙量、泥沙中值粒徑及泥沙礦物成份等條件，選用單位轉速相近或略低，單位流量適當減小，模型空化系數適當降低，模型效率較高的新型轉輪，并合理加大導水葉分布圖相對直徑，改進導水葉型線，降低和勻化導葉區流速。同時，從結構設計工藝、材料和保護涂層等方面采取抗磨措施，以保證水輪機的安全運行，延長其使用壽命，最終達到更新改造或增容改造的目的。

第四，對于水頭、流量比原設計減少了的水電站，宜采取減容改造方式。即根據水電站的實際運行水頭和流量，降低水輪機的額定水頭，減小額定輸出功率，選用合適的新型轉輪或重新設計轉輪，將水輪機調整到最優或較優工況區運行，以提高其運行效率，增加年發電量。

除以上種情況外，對“大馬拉小車”的水電站，可以單獨改造水輪發電機，為提高絕緣等級或改進通風系統等實現增容，必要時可重新設計制造新的水輪發電機。主變容量不足可換用新變壓器，舊變壓器仍可用于其他水電站。對于“小馬拉大車的水電站，若水輪機采取改型亦無增容的可能，則暫按現狀運行。 [科]