農村水電增效擴容改造技術應用方法

楊圭武

(福建省壽寧縣水利局，福建壽寧355500)

1 水電站運行現狀分析

回顧農村地區水電工程建設歷程，水電站已經成為基礎設施的主要支撐，用于保障農村水利水電調度工作。水電站是農村水利資源調度的總控制平臺，一方面優化了水電資源的分配體系，降低了農村發展對水利資源的耗損率;另一方面，水電站建設起到了良好的生態保護作用，對節能降耗、節能減排等工作提供了便捷性。例如，自2010年以來，各省平均每年投入300億以上的建設資金，擴大了農村水電站配電設施規模，既保證了水電資源的利用效率，也為農村構建了生態化發展環境。從經濟收益上分析，農村水電站每年發電產值收益超過1 800億，帶動了地方經濟收益增長。

2 水電站存在問題及增容意義

不可否認，農村水電站建設對地區發展起到了多方面推動作用，但受到主客觀條件的綜合影響，農村水電站運行還面臨著一系列的問題。主要表現為設備老化、自動化程度低、運行效率低等。水電站設備使用年限較長，影響了設備綜合性能的發揮;機電自動化水平低，給值班人員操作帶來了較大的困難;站內設備整體運行效率偏低，機組工作狀態達不到最佳效果。針對這些問題，未來農村水電站走增效擴容改造之路，已經是社會現代化發展的必然決策。

當前，我國國民經濟收益額度持續增加，國內產業經濟規模朝著擴大化方向轉變，這使得社會電能實際應用量不斷增多。由于供需關系持續變化，農村市場電能需求用戶也迅速增多，這在某種程度上對水電機組運行提出了更高標準。水電增容改造將有利于鞏固該區農村水電發展成果，提升農村老舊電站的發電、防洪和灌溉等功能，保障電站安全運行;同時，還有利于提高農村防洪抗旱和農業灌溉能力，改善農村生產條件，增加農民收入，促進脫貧致富，改善生態環境，促進農村生產生活方式轉變。

3 農村水電增效擴容改造技術應用方法

農村是新經濟體制建設中心，注重農村配套設施規劃與改造，對地區經濟結構升級具有宏觀性的指導作用。為了改變早期水電站機組運行模式，對發電機組執行增效擴容改造是不可缺少的，這是水利水電現代化建設的必然要求。

3.1 提高機組效率

3.1.1 優化技術

借助先進科技改造轉輪運行效率，計算流體力學技術使轉輪設計達到量體裁衣的水平，消除了選型套用與實際水力參數的誤差。葉片模壓成型技術及數字控制加工技術的應用，使加工出廠的轉輪與理論設計偏差縮小，轉輪效率可達94.5%，如壽寧縣車嶺二級站更換型號1089B-LJ-110新轉輪最優工況效率為91.05%，整機效率比原來提高了7%多。此外，也可采用信息技術輔助轉輪調節運行，避免人工操控失誤造成的影響。

3.1.2 減小水量

轉輪密封裝置損壞，檢修時難以修復，因此在更換轉輪時同時對密封裝置進行改造，減小轉輪漏水量，提高效率。嚴格控制水輪機組水量大小，可顯著降低水輪機運行荷載，提升了機組日常工作的綜合效率。可設定水量監測系統，根據設備運行狀態擴大機組的工作效率，這是降低水輪機耗損系數的有效方式［1］。

3.1.3 控制水位

清理尾水河道，使尾水水位控制在設計水位的范圍，可以使機組出力增加。特別對于低水頭電站，尾水水位的變化對機組出力影響大，清理尾水河道可獲得良好的經濟效益。農村水電站水位變化形式多樣，值班人員要時刻關注水庫、河道的水位動態，防治高低水位轉變對機組產生的破壞性。

3.2 發電機定子鐵芯改造

定子鐵芯是發電機最為核心的構成，對定子鐵芯改造能夠減小鐵芯損失，全面提升機組日常運行的作業效率。當前，鐵芯損失是發電機電磁損失的主要部分，定子鐵芯狀態決定著整個機組的運行速率。投產較早的機組硅鋼片磁滯損失較大，加之多年運行后鐵芯松動，絕緣老化，渦流損失增加。發電機定子鐵芯改造可采用新配件材料，選用性能較好的硅鋼片對鐵芯進行改造可使發電機效率進一步提高，延長水力發電機組使用周期，減小了機組故障的發生率。

3.3 勵磁改微機可控硅勵磁

取消直流勵磁機采用可控硅勵磁，這樣可以維持水輪機組結構的穩定性，避免勵磁過程中出現水輪機受阻問題和增加了水電機組系統的故障率。投產較早的中小型水輪發電機組多采用直流勵磁機勵磁，這種勵磁方式故障多，維護費用高，機組附加損耗增加。采用微機可硅勵磁方式是增容改造的有效方法，見圖1。在電源、總線、CPU主板、控制信號等模塊調控下，可控硅勵磁整體運轉效率相對穩定。不僅能提高勵磁系統可靠性，降低維護費用，還能提高機組效率，為設備檢修人員創造了優越的工作環境。

圖1 可控硅勵磁

3.4 采用節能型變壓器

水電站增容改造所用變壓器，主要是性能參數空載、負載損耗均比GB/T6451平均下降10%以上的三相油浸式電力變壓器;產品性能參數空載、負載損耗比Gwr10228平均降低10%以上的干式變壓器。

主要包括2個方面:

1)卷鐵心配電變壓器。這種變壓器優點:降低變壓器空載損耗約10% ～25%，依變壓器容量而變;降低空載電流，一般為疊片鐵心的50%;變壓器噪音水平顯著降低，減少對城鎮噪音污染。

2)單相配電變壓器。此類變壓器多為柱上式，便于安裝并靠近負荷中心，通常為少維護的密封式。與同容量三相變壓器相比，空載損耗和負載損耗都小，有效材料用量也少，價格低20% ～30%。

3.5 微機自動化系統

農村早期開發的電站均采用常規繼電器保護和手動控制模式，自動化水平低、設備陳舊淘汰，故障率高，安全隱患大，運行維護人員工作量大。采用新型微機自動化裝置后，保護精度提高、控制可靠，運行人員減少，可以減少運行維護人員約50%，大大降低人員費用成本，提高電站經濟效益。

4 結論

水利水電是新農村建設的主要工程之一，搞好水電站改擴建項目是農村資源優化配置的關鍵。水利部門要根據農村生產活動的具體要求，適當地調整水電站發電機組容量大小，借助增容改建方案優化機組運行動態。通過提高轉輪效率、發電機定子鐵芯改造、勵磁改微機可控硅勵磁、節能低耗變壓器、自動化控制等方面措施，提升了水電站機組容量的大小和效率，減少運行人員以降低運行成本而增加效益，推動著農村水利現代化建設的可持續發展。

［1］黃祖敏.淺談小水電站增容改造中需注意的幾個問題［J］. 中國農村水電及電氣化，2005(09):68-69，72.