小型水電站增效擴容改造技術要點分析

【摘要】為了研究小型水電站增效擴容改造技術要點，為同行提供建設性意見。通過對增效擴容改造的必要性與目標進行梳理。提出一系列通用性增效擴容的主要改造技術要點。通過改造實例進一步論述小型水電站增效擴容改造可行性。

【關鍵詞】小型；水電站；增效；擴容；改造

一、引言

在我國經濟水平的快速發展下，小型水電站發展迅猛，對山區經濟產生了較大的影響。由于早期修建的水電站缺乏完善的技術資料，在設計和規劃時不夠科學，一些水電站存在設備選型不合理、閑置容量多、節能效果差等缺點。對這些水電站進行增效擴容改造，可以充分挖掘出小型水電站的潛力，提高其經濟效益。

二、小型水電站增效擴容改造的必要性與目標

由于大多數小型水電站建于70年代，運行時間長，且受當時制造水平、工藝以及設計水平的限制，水電站的設備相對比較落后，效率偏低，有些設備已經被淘汰而無法進行維修更換，有些電站甚至已陳舊老化而無法運行，影響了小水電站的健康發展。為了充分利用小型水電站的優勢，填補現代工業電力供應的不足，很有必要對小型水電站進行增效擴容改造。

在對小型水電站進行增效擴容改造時，首先要明確改造的目的。當前很多改造方式都是通過替換工作效率更高的不銹鋼轉輪、替換水輪機和發電機等設備的型號、調整機組的最佳運行工況等措施來進行增效擴容改造。而對水電站進行改造的最終目的是為了提高其效益，因此就需要考慮是否對機組進行替換以及替換機組后是否可以提高機組的工作效率。此外，還需要考慮環境目標、社會目標和技術目標。

1、環境目標。對小型水電站進行增效擴容改造后，要可以提高空氣的質量，降低排放的二氧化碳量，對河流的生態環境進行修復，保護河流中的生物。

2、社會目標。要可以將農村水電的抗旱、防洪、灌溉、供水目標發揮出來，使廣大農民群眾受益。

3、技術目標。金屬結構和水工建筑要可以達到運行的基本要求。機組的綜合效率的平均值要在86%以上，將設備的完好率控制在100%，提高水電站的現代化水平。要將水電站長期存在的各種問題解決，消除設備的安全隱患，降低水電站運行對人的依賴程度，對設備配置進行優化，降低廠用電設備和電站的能耗。科學合理的對電站進行技術改造，降低水電站的維護成本和運行成本。

4、經濟目標。要在對現有發電能力進行鞏固的基礎上，利用增效和擴容的方式增加發電收入，對當前農村水電的經營情況進行改善，將資源優勢充分發揮出來，增加經濟收入。

三、小型水電站增效擴容的主要改造技術

3.1 發電機的改造

在改造發電機時，需要重新對轉子繞組和定子繞組重新進行嵌線，一般換用直徑較大的銅線繞制。此外，老式發電機多使用黃蠟布、B級耐熱等級的青殼紙等作為電機的絕緣材料，厚度大、耐熱效果差。而使用聚酰亞胺薄膜、聚芳酰胺纖維紙配合聚酯薄膜這些新型的絕緣材料，不僅絕緣效果好，并且可以將電機槽絕緣耐熱性提升至F級、H級。增加了發電機的額定電流和容量。值的一提的是，勵磁系統的勵磁功率、微機調速器的調速能力也要隨著發電機的容量增加而增加。重新計算保護動作定值，并根據新的保護定值對保護監控單元進行整定。對于一些容量過小的發電機，即使進行改造依然不能達到改造目標，要對這類發電機進行更換。

3.2 水輪機的改造

水輪機是水電站的核心設備，承擔著將水能轉換成機械能的作用。水輪機性能的優劣直接影響著水電站的水能利用率和安全穩定性，因此水輪機的技術改造是水電站增效擴容改造工作的重中之重。在改造過程中，需要根據具體的情況實施改造，比如選擇最優的參數、最好的材質、最匹配的型號等等。對于老化嚴重的水輪機直接進行更換。現在生產的葉輪不管是在質量、材料方面，還是在抗腐蝕方面都有了顯著的提高。更換后一般可以提高15%-20%的工作效率。

3.3 選擇高低壓開關柜

在選擇高低壓開關柜時，主要根據斷路器來進行選擇的。對于35KV、110KV的電壓等級要使用六氟化硫斷路器，對于35KV、10KV、6.3KV的電壓等級要使用真空斷路器。禁止使用已經被淘汰的少油斷路器。對于35KV電壓等級，可以使用KYN61-40.5或JYN1-40.5高壓開關柜，對于6.3KV、10KV電壓等級使用KYN28A-12或XGN2-12系列開關柜。對于400V的電壓等級，可以使用GCS、GCK、MNS抽出式低壓開關柜。

3.4選擇自動控制系統

為了實現小型水電站無人值守的管理效果，需要選擇合理的自動控制系統。通常要選擇具有冗余設計的設備，保證部分二次設備元件損壞后，發電機依然可以正常運行。提高水電站控制的可靠性以及運行的安全性。

一般可以使用單星形以太網結構來設計水電站的計算機網絡。對于沒有設計以太網通信接口的設備，利用信息管理機把RS485接口轉變成以太網接口。不僅保證了網絡通信速率，并且節約了投資。自動控制系統中的主要設備如下：

1、微機調速器。作為水電站的一個重要設備，一般選擇16MPa高油壓產品可編程調速器。不僅對油的質量不過多要求，并且還非常省油，調節精確度高。儲能罐使用高壓氮氣罐，可以連續使用8～10a，不僅保證了水電站的穩定性和安全性，還降低了資金投入。

2、微機保護裝置和可編程控制器。在選擇微機保護裝置時，要選擇雙CPU的數字信號處理器，并且裝置要配備以太網接口。選擇PLC可編程控制器時，建議選擇GE的RX3i、施耐德的Quantum、Premeium系列產品，這些產品均由大廠家生產，質量可靠性高。

3、勵磁裝置的選擇。在選擇勵磁裝置時，建議使用具有雙微機勵磁調節器的自并勵系統，這類系統具有良好的調節性和可靠性，可以適應水電站不同的工作狀態。

四、改造實例——獅洞水庫電站

獅洞水庫電站位于廣西省賀州市平桂區沙田鎮獅中村賀江支流馬峰河上游，是一座結合灌溉、發電等綜合利用的壩后電站，利用獅洞水庫灌溉引水隧洞出口處的水源發電，發電后從尾水進入灌溉渠道，灌溉下游2.5萬畝農田。電站興建于1970年，總裝機容量是2x125kw。至今發電運行已40多年，隨著技術的進步，設備已非常落后，部分設備已列為淘汰產品，加上機組運行時間較長，水輪機、發電機、主變壓器、調速器、勵磁裝置、控制屏低壓柜、進水閘閥等各種設備已陳舊老化，銹蝕嚴重，且機組滲漏水嚴重，造成機組效率降低，運行極不穩定大修間隔縮短維護成本高。配電盤調節系統調節控制不靈，電力變壓器經常出故障無法維修。為提高機組運行的可靠性、穩定性和安全性，改造勢在必行。

本次增效擴容技術改造，根據獅洞水庫灌溉放水流量重新進行水能計算，決定電站增效擴容后設計裝機容量為2x200kw，多年平均發電量為135.3萬kw.h，設計水頭為20m，最大水頭為22m，最小水頭為10m。以便水能資源得到更充分地利用。

結合電站改造原則是在原有流道不變的前提下進行更換水輪發電機組，經過性能預估分析、空化性能分析、技術比較等綜合分析比較，選用HL551—WJ—50型水輪機為最匹配的型號，并根據水輪機的基本運行參數選取配套的SFW200—10/740型發電機。增效擴容后機組參數如下：

在機組改造的同時，對附屬設備也進行了配套擇優選擇，選用S11—10/0.4型主變壓器，WDT—300型調速器，ZW8—12型10KV戶外高壓真空斷路器，NSX—400A型0.4KV低壓斷路器，GCK—03（改）型低壓開關柜，選用可控硅勵磁裝置。并對增效擴容后的系統通過調節保證計算，重新確定了合理的導葉關閉時間，蝸殼末端壓力和機組速率升高值均滿足規程規范要求。改造完成后，新增裝機容量150kw，年發電量增加120.3萬kw.h。

本次增效擴容改造對10kV架空線路采用二機一變擴大單元接線方式，這樣運行維護較為方便，升壓站占地面積小、設備少，而且比一機一變單元接線經濟。并更換1臺500kVA10/0.4kv節能好的油浸式變壓器，選擇技術較先進的隔離開關、高壓計量箱、避雷器、電力電纜等。改造后，不但提高了機組的效率，還大大提高了電站運行的穩定性和可靠性。

五、結語

總而言之，在對小型水電站增效擴容改造的過程中，可以使用的技術措施非常多。實際應用過程中，要根據水電站的規模情況、水文情況，結合不同產品的具體特點制定技術方案。達到增加機組容量、提高水電站效率、提高水資源利用率的目的。

參考文獻：

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