淺談小水電站的技改措施

向宏武

摘 要：從國內外已運行多年的水電站的情況看，老電站逐漸暴露出自身的一些隱患和缺陷，影響電站的運行可靠性、利用率和效益。因此，對已運行了多年的小水電站進行增容和改造，勢在必行，本文分析研究了小水電站的技改措施。

關鍵詞：水電站；技改；措施

中圖分類號：TV737 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0155-02

小水電的發展帶動了工業、農業的發展和人民生活水平的提高。今天小水電的開發，已進入更新改造時期，如何利用好現有的設施設備，是一個我們今后工作中亟待解決的問題。

1 水電站存在的問題

主要存在的問題有：機組設備老化、效率低；機組設計不合理，進水流量不符合現有水流；大壩滲漏嚴重，缺乏調蓄能力，威脅大壩及水電站安全等。職能主管部門宣傳教育、監管力度不夠，沒有很好地宣傳引導，使小水電建設有序進行，小水電站的安全運行管理有序規范。水電站追求最大經濟利益，安全生產意識差、安全投入少是存在較多安全隱患的重要原因。安全隱患最多的電站是二十世紀六十至七十年代建造的集體小水電站，這些電站原設計不是很規范，設備落后陳舊，能耗高，大多數已到報廢年限，單純追求經濟利益，舍不得投入改造資金，存在麻痹思想，安全意識差，極易發生事故。

2 小水電站的技改措施

2.1 做好技術改造規劃

技術改造，可以提高小水電的調節能力，提高保障能力。積極引進先進技術和先進設備，提升科技含量，以科技進步促進小水電發展，達到低投資，高收益的成效。因此，我們必須充分認識到小水電技術改造的重要性，引導企業和社會資本投資小水電的技術改造。同時加強對企業技術改造資金的管理，要嚴格技術改造資金使用方向，不允許挪作他用，要加強對資金合理使用的監督管理工作[1]。

技術改造的組織管理工作包括：制定企業技術改造規劃，企業技術改造規劃應在國民經濟總體規劃指導下，按照行業和地區規劃要求，結合企業實際情況，規劃企業在一定時期技術改造的方向、規模、重點項目、資金和物資來源與應用；預期經濟效益以及各項目之間的相互協調和銜接。

我局是一個擁有15宗小水電站的發電系統，共裝機34臺，總容量41910千瓦。多數電站建設期在60年代末至80年代初，部分電站從90年代開始相續出現設備老化、水庫病險等一系列問題。從90年代開始，我局逐步對各電站列出機組設備改造計劃和水庫除險加固計劃，并聘請專業的科研院所進行規劃設計，如先后聘請中國水電科學研究院、水利部珠江水利委員會勘測設計研究院等部門對我局各電站進行考察評估和設計，后期組織改造實施均取得良好成效。

2.2 更換轉輪方案

水輪機的轉輪是水電站實現水能轉變成機械能的關鍵部件，不同的水頭，不同的流量就要用不同型號的轉輪。而且同一只轉輪在過流量發生變化時其效率也發生變化，如果轉輪選擇失誤，即會導致效率下降，不但不能提高電站經濟效益，反而會帶來一些負面影響，如發生振動、氣蝕等[2]。

近年來水輪機的技術進步突出的表現在：水輪機效率大幅度提高，最高效率提高3%左右，高效率區擴大，選擇一個好的轉輪可以使得整個機組在額定出力50%-100%范圍內水輪機可在90%-95%高效率區運行，綜合運行效率提高4%以上。水輪機的單位流量明顯提高，一般可提高10%以上，發電出力也可提高10%以上。同時轉輪的空蝕損壞減輕，轉輪的空蝕系數有所下降，新轉輪多為抗空蝕性能好的不銹鋼制造，因此空蝕損壞都能達到國標要求。對那些運行年限較長的水輪機在進行技術改造時，在更換一臺合適的新轉輪外，其它過流部件除非由于磨損需要更換外，一般仍保留原樣，因此投入不大。

在規劃整個機組的改造時，首先要選擇專業性強的科研院所對需改造的機組進行改造設計，制定可行性方案和經濟分析比較并審核通過，然后與制造廠家聯系，按照設計要求制造新轉輪。但對那些較大型的機組，由于長年運行暴露出一些重大缺陷，如使用年限長、運行不穩定、效率太低、磨損或空蝕嚴重等，有時為了徹底解決機組隱患和缺陷，也可以考慮重新設計整臺更新，更新使其成為一臺運行穩定、高效率的機組。為了減少停機檢修時間和改善檢修的工作環境，也可采用更換易損部件備品的檢修方式，即停機檢修期把備用轉輪、導葉等拆裝換新，在修配車間修補磨損的部件，以備下次檢修使用。

近十多年來，我局對所管轄的15宗電站中的11宗電站共20臺機組進行了轉輪增容技改，特意邀請中國水電科學研究院進行技術改造的可行性分析、設計及改造實施，轉輪全部改造成不銹鋼材質；通過技術改造，機組運行穩定，抗空蝕能力大大增強，運行十多年的機組，在機修期間拆卸檢查發現轉輪葉片光滑，沒有出現很大磨損。同時，改造的20臺機組單機發電效益分別增加8-13%，年均增加發電量近600萬度，年均增加收入約200萬元，技術改造的安全效益和經濟效益非常明顯。

2.3 發電機改造

水輪發電機經過二三十年的運行，出現發電機線圈絕緣老化局部擊穿、線圈局部溫度升高、硅鋼片局部層間絕緣老化渦流增大發熱、轉子線圈扎間短路、滑環冒火等缺陷和隱患，造成出力不足，停機檢修時間長，嚴重影響運行安全。在對一些老電站進行改造時，可通過更換機組線圈、整臺機組更換或配合轉輪更新擴容更換發電機組的模式進行發電機技術改造，同時可改變機組散熱風扇，提高軸向和徑向風力，并合理分配風道，利用新技術有效地降低風阻，提高冷卻效果，使機組能夠滿載，溫升也在國家標準范圍之內[3]。

不同電站的技術改造應根據電站具體情況具體分析，進行可行性研究，我局在發電機組改造中，充分利用原設備的基礎，對全局達到運行年限及有擴容空間的24臺發電機組分類進行改造，對其中17臺機組分別更換定、轉子線圈，對另外7臺機組進行擴容改造，更換新增容發電機3臺，4臺機組增容更換線圈。經過改造，均達到預期的效果，機組運行更加穩定，故障和事故檢修幾率大大降低，發電效益明顯提高。在原有設備的基礎上進行機組改造，以較少的投資，收獲了較高的收益。

2.4 主變壓器的改造

水電站的發電機組通常是經主變升壓后與電網相連接，小水電站老舊主變壓器因運行年限長、損耗大，存在很大隱患。（1）變壓器溫升提高、絕緣加速老化，絕緣薄弱環節容易擊穿；（2）難以發足無功功率，并影響機組運行的穩定性，影響經濟效益；（3）能耗大，且運行年久老化，時常出現故障影響正常發電，需要及時更新、改造。改造變壓器時應采用低損耗的升壓變壓器，同時變壓器容量選擇也應該配套機組轉輪、發電機的增容技改，以真正達到機組技改增容的效果。

2.5 勵磁系統改造

要使發電機安全和穩定地運行，發電機勵磁系統的性能是關鍵，早些年投入使用的三次諧波式、相復勵變壓器式、雙繞組電抗分流式、可控硅半波整流等幾種勵磁裝置，由于調節性能差，易引起振蕩，不適應機組并網運行。同時由于無功出力不足，在對電站力率考核時，需賠付較大的無功電費，嚴重影響電站經濟收入。因此很有必要改造勵磁方式，增加無功出力，保證安全、穩定運行。

勵磁裝置的改造應根據原有勵磁方式進行改造，改造后要保證性能良好、空載電壓調節范圍寬，并網后運行穩定，無功功率調節方便。如我局的南豐電站（2×10000kw）、和慶電站（3×1250kw），原勵磁方式均采用勵磁機勵磁，運行中故障多，勵磁不夠，后期全部改造成可控硅勵磁系統；同時，我局其它13宗電站也全部將老舊勵磁系統更新改造為可控硅勵磁系統，保證了安全穩定運行，有效解決了無功出力不足的缺陷，每年相應少賠付約20萬元左右無功電費，經濟效益十分明顯。

2.6 調速系統的改造

并網運行的小水電站一般不參與系統調頻，調速器僅作用于正常開、停機、調節正常有功負荷以及事故停機。所以早期建設的小水電站普遍采用手、電兩用電動調速器及機械液壓調速器，其結構簡單、投資省，操作與維護簡單。但是存在問題是：（1）電動調速器如果與可控硅勵磁裝置配合，則因為事故停機時發電機主開關聯動跳滅磁開關，發電機沒有機端電壓，其電動調速器失去操作電源無法關機，容易造成飛車事故。（2）機械液壓調速器隨著科技發展已屬淘汰產品，因無相應配件更換、維修工作量大已無法適應機組運行需求。

根據以上缺陷，必須更新改造調速系統，具備條件的均應該更換智能化高、性能可靠、維護方便簡單的微機調速器。近年來，我局分別采用整臺更換微機調速器和利用舊機械液壓調速器改造成微機調速器的模式，對全局所轄電站調速器更新改造成智能微機調速器，智能微機調速器采用交直流雙電源供電，安全性、可靠性都非常高，實際運行效果非常好。

2.7 水庫除險加固、提高調蓄能力

小水電站多為徑流電站，同時也相應建有水庫或前池用于蓄水發電。因為我國大多數水庫建于50年代末和60年代初，許多水庫存在著防洪標準偏低，達不到有關規范、規定要求，以及工程本身質量差，工程老化失修等問題，形成了大量的病險水庫。許多病險水庫因存在的安全隱患，汛期只能降低水位運行，調蓄能力大減；有些險庫淤積嚴重，直接影響其效益的進一步發揮。有些病險水庫，只要采取一些投資不大的工程措施，就可新增部分庫容和恢復庫容。在水庫的病險得到有效排除的前提下，提高水庫的安全級別和使用年限，發揮水庫自身經濟效益和社會效益。

近十多年來，我局針對1958年至60年度興建的1座大一型水庫、2座中型水庫、2座小型水庫共5座水庫分別進行了除險加固，有效提高了水庫安全運行系數，恢復了庫容，提高了運行水位，電站發電量和經濟收入明顯增加。

2.8 改廢立新、實行電站恢復

近年來，小水電造價每千瓦已為8000元左右，小水電建設資金嚴重不足，個別電站因電網延伸供電而報廢的小型電站機組設備尚可利用，水工設施亦較為完整，只需適當改造并增加并網所必須的設備即可并網發電。經分析測算，恢復電站每千瓦投資在2000元以下。特別是邊遠地區電網電力不保障、可靠性不高，為解決鄉村供電具有較大意義。

3 結語

小水電的技術更新改造，首先是更新將要達到使用年限或設計不合理，影響穩定運行的機電設備；修復運行年限長、不符合運行標準的水庫、水工建筑物。因此，電站的技術更新改造，不僅是在原來的技術水平上更新改造，同時是水力資源重新配置及合理利用、環境保護與電力市場需求等問題，尋求適應不斷發展的社會經濟的新需要。從這個角度看小水電站的技術更新改造就要以社會經濟發展對水電的要求為動力，以先進的科學技術為依托，采取多種綜合技術措施，達到節省資金，見效快捷，提高經濟效益的目的。

參考文獻

[1]朱世靜.金田水電站砌石支墩壩[J].廣西水利水電，1980，（2）：3-11.

[2]加速農村小水電的建設——宜昌市水電設備工業公司為南邊水電站提供成套設備[J].中國機械工程，1980，（1）：71.

[3]海南省松濤水利工程管理局.松濤水利工程志[M].廣東科技出版社，1996.