水電站增效擴容改造探索與實踐

□張潛（駐馬店市板橋水庫管理局）

水電站增效擴容改造探索與實踐

□張潛（駐馬店市板橋水庫管理局）

水電作為清潔能源，不僅可以利用富裕水資源進行電力供應，滿足相關能源需求，同時，又可以完成水資源的合理調配，實現綠色可持續(xù)發(fā)展。因此，水電資源一直以來都是我國能源的重要組成，為經濟社會發(fā)展做出了積極貢獻。我國水電建設起步較早，特別是一些小水電工程項目多建于20世紀六七十年代，由于運營時間較長，受當時裝備水平、設計標準、施工技術等方面的限制，已經不能充分滿足當前經濟社會發(fā)展需求，迫切需要進行增效擴容改造。文章以河南省駐馬店市板橋水庫水電站為例，對中小水電站增效擴容技術改造進行探討，提出水電站優(yōu)化設計的方法措施，以期為廣大中小水電站增效擴容技術改造提供借鑒。

水電站；水輪機；增效擴容；技術改造

0 引言

中小水電站作為我國能源供應的重要組成部分，在歷史上發(fā)揮了重要而積極的作用，既為經濟社會發(fā)展提供了穩(wěn)定的電力能源供應；又發(fā)揮了防洪、抗旱的重要作用，確保了當地流域的安全。但隨著經濟社會的快速發(fā)展，中小水電站由于運營時間久遠，受當時裝備水平、設計標準、施工技術等方面的限制，已經不能充分滿足當前經濟社會發(fā)展需求，迫切需要進行增效擴容改造。

1 工程概況

板橋水庫位于河南省駐馬店市，淮河支流汝河源頭，控制流域面積為768 km2，總庫容為6.75億m3，汛限水位110 m，興利水位111.50 m，具有防洪、灌溉、發(fā)電、水源供水、漁業(yè)養(yǎng)殖等功能。該水庫始建于20世紀50年代，是新中國成立后國家興建的第一批大型水庫之一，先后于1956年擴建加固，1978年復建，后又經歷停工，并于1987年復建，1993年建成并投入運營。

板橋水庫水電站是國家“七·五”計劃板橋水庫復建工程的重點項目之一，是板橋水庫控制性工程，該電站位于板橋水庫大壩南端，利用引流輸水管道引水進行發(fā)電，經由35 kV變電站并入電網，該水電站總裝機達4×800 kW，原設計年發(fā)電量為380萬kW·h。

該水電站自運營以來，累計發(fā)電近萬萬千瓦時，因運行時間久遠，相關設備已經不同程度地出現問題，電站綜合能效相對偏低，部分設備運行可靠性降低，嚴重影響電站的正常運行，為了有效降低電站運行的危險系數，提高電站綜合能效，非常有必要對該水電站進行增效擴容技術改造，使其容量進一步增加，安全系數進一步提升。

2 板橋水庫水電站存在主要問題

板橋水庫水電站自建成已經運行23 a，由于建站時間長、運營時間久，且受當時技術、裝備水平所限，水電站存在設備老化及安全隱患等問題，在一定程度上影響了水電站的高效有序運行。

2.1 運行可靠性低

該水電站設計于20世紀90年代，受當時設計理念、技術水平、裝備條件等的限制，特別是經過20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，一些轉動部件由于長期運行產生變形，導致發(fā)生振動現象，嚴重影響設備的正常運轉和設施的整體安全。

2.2 發(fā)電效率降低

該水電站由于設計年代較早，最早由蘇聯水利專家設計，后遭受“75·8”自然災害破壞，又重新進行設計建設，由于受當時設計水平、理念、工藝和建設手段所限，一些設施出現運行風險。比如：水輪機由于早期使用的以碳鋼為主，質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，出現不同程度的銹蝕，使設備的密閉性大打折扣，一些地方出現不同程度的滲漏現象，甚至影響正常停機；由于設備部件局部產生變形，摩擦生熱，導致部件局部濕度升高，無法實現調速器的正常調節(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，存在水電站參數設計落后，導致發(fā)電機容量及效能轉換存在諸多問題，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，實現庫區(qū)安全度汛和發(fā)電效益雙豐收。

3 板橋水庫水電站進行增效擴容改造的意義

根據以上分析，板橋水庫水電站存在運行可靠性低、發(fā)電效率降低、運行存在隱患等問題，進行增效擴容改造非常必要，對于板橋水庫的科學高效運行具有十分重要的現實意義。

3.1 提升發(fā)電效益

板橋水庫水電站進行增效擴容改造，可以充分利用現有水資源優(yōu)勢，增加水電站發(fā)電能力。該水電站的發(fā)電機組可以從3 200 kW增容至4 000 kW，增效擴容后年均發(fā)電量可達到733萬kW·h，年均發(fā)電量可以實現近201萬kW·h的增量，增效可達近40%，這將進一步挖掘水庫發(fā)電潛能，以落后設備的小規(guī)模更新，較小的投入實現發(fā)電效益的提升。

3.2 提升綜合效益

對板橋水庫水電站進行增效擴容改造，徹底改變設備漏水滲水等問題，可以進一步優(yōu)化改善水電站周邊環(huán)境。同時，由于發(fā)電效益的提升，并網供電能力進一步提升，可以為周邊城鎮(zhèn)提供更多的能源及水源供應，可以有效緩解農村電力供應不足的問題，使廣大農村電器可以正常使用，持續(xù)改善農村生產生活條件，減少傳統能源的利用，從而使傳統能源消耗方式帶來的污染問題得以改觀，同時，由于綜合自動化系統的引入，可以進一步減小人工作業(yè)的工作量，經濟效益、環(huán)境效益和社會效益十分明顯。

3.3 提升安全效益

該水電站進行增效擴容改造，對一些老舊損毀、存在問題的設備進行更換，可以有效解決設計不優(yōu)、質量存在問題、運行存在隱患等問題，通過設備更新、裝備綜合自動化管理系統，對一些關鍵參數進行優(yōu)化，可以提高設備的安全運營水平和水電站綜合自動化管理水平，消除安全隱患，提升安全運營水平，徹底改變水電站安全運營中滯后的問題，從而為板橋水庫整個庫區(qū)的安全運行打下堅實的基礎。

4 板橋水庫水電站增效擴容改造對策

4.1 擴容改造遵循的原則

根據板橋水庫水電站存在的問題，結合板橋水庫水電站的運營實際狀況，水電站水工建筑物、相關固件運行狀態(tài)較好，為節(jié)約成本，沒有必要對其進行更新，綜合進行相關效能計算，通過更新水輪發(fā)電機組的方式，具有投入小、增容效果好的優(yōu)勢，可以有效提高機組的發(fā)電效率，擴大電站的供電能力。

4.2 水輪發(fā)電機組設計參數選擇

通過對板橋水庫歷年運行數據進行分析，該水庫運行興利水位為111.50 m，死水位為101.04 m。根據測量記錄：該水庫尾水位-流量之間成近似線性關系，可知該電站最大毛水頭為96.40 m，最小毛水頭為94.20 m，板橋水庫水電站處于現有水頭以下，仍有較大的擴容空間。在對水電站現場尾水管、蠅殼等進行了實地勘察，經過對多個模型進行分析比較，將HLS110C型水輪機轉輪替代在原水輪機轉輪HL110-WJ-60，并由800 kW增容至1 000 kW，機組運行水頭定在6.00～16.00 m以內。

4.3 水輪機組裝機選擇

根據水能復核計算結果，以及該水庫每年來水量及水源變化統計分析，為合理利用有限的水能資源，提高利用效率，結合汛期高水頭發(fā)電，增加經濟和社會效益，需要對電站進行適當增容。在水能復核計算的基礎上，水輪機組裝機方案為將容量為4×800 kW機組增容至4×1 000 kW，總裝機容量增加至4 000 kW。

5 板橋水庫水電站增效擴容效益評價

板橋水庫水電站目前上網電價為0.32元/kW·h，廠用電率為1%，有效電量系數0.98，輸、變電損耗為2%，改造后增加的發(fā)電量為201萬kW·h，則正常生產年份增容部分年售電量收入可達61萬余元，效益提升明顯，可以使水資源得以充分利用，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。

［1］張潛，張博，王瑋.宿鴨湖水庫除險加固工程實踐與探討［J］.河南水利與南水北調，2011（10）：56-57.

［2］葉永，周勝，牟玉池.小型水電站增效擴容改造方案研究［J］.人民長江，2017（4）：88-91.

［3］劉利.克孜爾水電站增效擴容技術改造設計［J］.小水電，2017（4）：60-62.

［4］葉永，牟玉池.農村水電站增效擴容改造設計探討［J］.中國農村水利水電，2016（7）：184-186.

TV734

B

1673-8853（2017）06-0043-02

2017-04-18

編輯：左英勇

張潛（1979－），女，工程師，主要從事水利工程設計、施工和建設管理工作。