水電站增效擴容改造探索與實踐

【摘要】當前，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對水電站的建設要求逐漸提升。因此，對小型水電站增效擴容改造進行研究，充分挖掘其潛力，滿足農(nóng)村地區(qū)日益增長的電力需求，就顯得尤為重要。通過水電站增效擴容改造以期解決流域內(nèi)生活生產(chǎn)用水以及灌溉用水的供應問題，并輔以開發(fā)水力發(fā)電，提高區(qū)域內(nèi)可再生清潔能源使用比例，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟和環(huán)境的持續(xù)發(fā)展。基于此，文章就水電站增效擴容改造進行簡要的分析。

【關鍵詞】水電站；增效擴容改造；措施

1.工程概況

塔山水力發(fā)電站隸屬新沂水利局，位于新沂市總沭河塔山閘兩側(cè)，始建于1972年，由江蘇省徐州地區(qū)革命委員會水電局批準（徐地革水（72）字第124號）開工建設。該水電站主要利用汛期上游下泄洪水作為水源，水頭差5.0m左右，東西兩側(cè)共配4臺100kW水輪發(fā)電機組。電站設計發(fā)電水頭4.0m，最高水頭5.5m，最低水頭3.5m，引用流量12m3/s，裝機容量400kW。

2.水電站存在主要問題

2.1運行可靠性低

該水電站設計于20世紀70年代，受當時設計理念、技術水平、裝備條件等的限制，特別是經(jīng)過多年的運行，存在水電站設備老化、技術落后，一些元器件、制造材質(zhì)等，其防沉和抗氣蝕能力較弱，特別是由于焊接技術不過硬，一些轉(zhuǎn)動部件由于長期運行產(chǎn)生變形，導致發(fā)生振動現(xiàn)象，嚴重影響設備的正常運轉(zhuǎn)和設施的整體安全。

2.2發(fā)電效率降低

該水電站由于設計年代較早，電站生產(chǎn)規(guī)模小，并存在豐枯矛盾突出、季節(jié)性較強、技術裝備和運行管理水平不高等內(nèi)部部里因素，再加上受當時設計水平、理念、工藝和建設手段所限，一些設施出現(xiàn)運行風險。比如：水輪機由于早期使用的以碳鋼為主，質(zhì)量水平制造工藝水平較低，由于長期受水和泥沙的侵蝕，水電站設備的抗腐蝕能力較弱，導致一些水輪機的運行產(chǎn)生振動，甚至會影響設施的整體運行風險。由于這些因素的存在，導致水輪機運行阻尼增加，能效轉(zhuǎn)化效率較低，導致發(fā)電效率降低，因此，需要進行技術改造。

2.3運行存在隱患

水電站由于運行時間較長，出現(xiàn)不同程度的銹蝕，使設備的密閉性大打折扣，一些地方出現(xiàn)不同程度的滲漏現(xiàn)象，甚至影響正常停機；由于設備部件局部產(chǎn)生變形，摩擦生熱，導致部件局部濕度升高，無法實現(xiàn)調(diào)速器的正常調(diào)節(jié)；電站整體自動化程度低，自身能耗較大，需要大量的人工進行設備運營維護，增加了運營成本。同時，存在水電站參數(shù)設計落后，導致發(fā)電機容量及效能轉(zhuǎn)換存在諸多問題，存在帶病運行的問題，需要進一步加大增效擴容改造的力度，實現(xiàn)河道安全度汛和發(fā)電效益雙豐收。

3.小型水電站增效擴容改造的要點

3.1改造發(fā)電機

對發(fā)電機進行改造時，要對定子繞組和繞子繞組進行重新嵌線，通常使用較大直徑的銅線進行繞制。因老舊發(fā)電機多采用的是青殼紙、黃蠟布等當作電機絕緣材料，其厚度比較大且耐熱效果也不高。因此，應使用聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜等新型絕緣材料，其絕緣能力比較高，且能有效提高電機槽的絕緣耐熱性能，提高發(fā)電機容量和額定電流，同時，微機調(diào)速器調(diào)速能力和勵磁系統(tǒng)勵磁功率也同步得以增加。另外，保護動作定值得以重新計算，也重新整定了保護監(jiān)控單元。需注意的是，由于部分發(fā)電機容量過小，即使加以改造也不能實現(xiàn)好的效果，故只能予以更換。

3.2改造水輪機

水輪機是小型水電站的核心部件，其效能的高低將直接影響水電站的發(fā)電效率。改造時，應充分考慮水輪機的實際狀況。如果水輪機老化嚴重，內(nèi)部零件磨損較為嚴重，不具有改造的前景，且其材料性能、葉輪質(zhì)量、抗腐蝕能力等指標都達不到當前水電站的基本要求，就應果斷予以更換。一般情況下，更換水輪機后，水電站的發(fā)電效能平均可提升約20%左右。

3.3改造電氣部分

運行時間較長的小型水電站，其主變壓器漏油較大、設備老化嚴重，應在盡量不改變電氣設備布局的基礎上，及時予以更換，選擇低損耗類變壓器。部分電力電纜長度不夠或老化較大，也應予以更換。

3.4配置自動控制系統(tǒng)

小型水電站要想實現(xiàn)無人值守目標，就應選擇好自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)應具有冗余設備，即使發(fā)生部分設備元件的損壞，發(fā)電機仍能保持基本的工作能力，這有助于提高電站的安全性和可靠性。通常情況下，自動控制裝置的計算機網(wǎng)絡設計成單星形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由微機調(diào)速器、微機保護裝置與可編程控制器、勵磁裝置等組成。對微機調(diào)速器來說，通常選取高油壓可編程調(diào)速器，既有較高的調(diào)節(jié)精度，也節(jié)約了燃油。儲能罐要選擇高壓氮氣罐，連續(xù)使用時間長，成本投入少，電站運行安全穩(wěn)定；對微機保護裝置與可編程控制器來說，前者要選擇雙CPU數(shù)字信號處理器，且自身有具有以太網(wǎng)接口，后者可選擇施耐德公司的Premeium、Quantum系列產(chǎn)品，或者GE公司的RX3i產(chǎn)品，這些大企業(yè)出品的可編程控制器質(zhì)量穩(wěn)定、維護方便、故障較少；對勵磁裝置來說，選用的自并勵系統(tǒng)應具備雙微機勵磁調(diào)節(jié)器，其可靠性和調(diào)節(jié)性都比較好，能夠滿足小型水電站不同工作狀態(tài)下的實際所需。

綜上，機組擴容合理，建立了可靠的綜合自動化監(jiān)控管理體系，提高了科學運管水平，較好地提高了電站的經(jīng)濟效益，從根本上解決了原電站存在的問題。塔山水電站通過增效擴容改造后，更換了水輪機、發(fā)電機及自動化控制系統(tǒng)，裝機4臺套，總裝機容量500KW，改造擴容后每年發(fā)電量可增加50%，是全國農(nóng)村小水電站增效擴容改造中較為成功的案例之一。

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