農(nóng)村小型水電站增效擴(kuò)容改造關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)研究

葉林波

(安徽省六安市金寨縣響洪甸水電站，安徽 六安 237335)

近年來，隨著小型水電站在農(nóng)村地區(qū)的覆蓋性建設(shè)，農(nóng)村用電問題得到有效解決，水電站一方面保護(hù)著當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境；另一方面對地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要的推動作用。但通過分析與觀察當(dāng)前大部分農(nóng)村水電站的實際應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，老化的設(shè)備、落后的維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)等都對其運行效率的提升帶來制約與阻礙，要想充分發(fā)揮水電站的實用性功能，需要對增效擴(kuò)容改造工作予以重點關(guān)注。

1 農(nóng)村小型水電站增效擴(kuò)容的改造目標(biāo)

1.1 水工建筑物改造

將主廠房和副廠房的屋面防水部分予以全面整修，并將一層SBS材質(zhì)的防水卷材加鋪到防水層上。發(fā)電機(jī)層以上，對整個內(nèi)外墻面予以全面裝修，整修完內(nèi)墻后，刷兩道乳膠漆，做好地面部分大理石磚的鋪設(shè)作業(yè)；整修完外墻后，窗臺以下部分粘貼外墻磚，并刷涂氟碳漆。水輪機(jī)層，整修內(nèi)墻后，全面刷涂防水涂料，再刷涂乳膠漆兩道。副廠房、管理房、值班室等主要房屋內(nèi)，統(tǒng)一鋪設(shè)大理石地面磚。最后，檢查維護(hù)并系統(tǒng)處理發(fā)電引水系統(tǒng)，將碳纖維布粘貼在發(fā)電機(jī)層的次梁上，起到加固作用。采用PCS防碳化涂料，對升壓站的鋼筋混凝土支架予以全方位噴涂，并將升壓站鐵附件、金具等予以更換，疏浚尾水渠河道[2]。

1.2 發(fā)電機(jī)與電氣設(shè)備部分

對于小型發(fā)電站的發(fā)電機(jī)以及其他重要的電氣設(shè)備，計劃采取以下改造方式：(1)徹底改造4#發(fā)電機(jī)，改為空冷式結(jié)構(gòu)，保持與本站內(nèi)其他發(fā)電機(jī)相一致的運行模式。由于其原來屬于雙水內(nèi)冷型，因此需要全部更新、替換其轉(zhuǎn)子磁軛、定子線圈、鐵芯以及轉(zhuǎn)子磁極線圈等，從而增大其額定容量。除此以外，在更換這一發(fā)電機(jī)的鐵芯時，還需要將發(fā)電機(jī)附帶的推力瓦、鏡板、以及上下油槽的油冷卻器等進(jìn)行全面更新，改造配套的閥門、管路及自動化元件，更新消防、冷卻、制動等附屬系統(tǒng)，包括其配套設(shè)施等。在改造1#～3#發(fā)電機(jī)設(shè)備時，需要處理定子絕緣，將轉(zhuǎn)子磁極線圈、鐵芯和轉(zhuǎn)子磁軛等部件予以更換，更新發(fā)電機(jī)內(nèi)部的冷卻器裝置。推力軸瓦、鏡板以及導(dǎo)瓦等發(fā)電機(jī)的零件部件也需全面更換，換新上、下油槽的油冷卻器。(2)更換110kV的開關(guān)設(shè)備，采用適宜的防腐技術(shù)，處理110kV的出線鐵塔。(3)更換10kV高壓開關(guān)柜、10kV出線母排，以及發(fā)電機(jī)的出口電壓互感器，更新動力配電箱與低壓配電柜。(4)更換變電站內(nèi)部的照明系統(tǒng)，更換直流系統(tǒng)、二次屏柜以及勵磁系統(tǒng)。(5)針對重點監(jiān)管區(qū)域，安裝計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)全方位的實時監(jiān)控，并增設(shè)附加的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。為了方便調(diào)度數(shù)據(jù)，增設(shè)相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理網(wǎng)設(shè)備，按照電氣結(jié)點溫度的檢測需求，完善與之對應(yīng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，并將部分破舊的電纜等予以更換。

2 水電站增效擴(kuò)容改造關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

2.1 發(fā)電機(jī)

在改造農(nóng)村小型水電站的發(fā)電機(jī)設(shè)備時，需重點關(guān)注以下兩點內(nèi)容：(1)在處理繞子繞組問題時，應(yīng)優(yōu)先考慮二次嵌線的處理方法，若需要對舊式發(fā)電機(jī)予以系統(tǒng)化改造，則可以選擇黃蠟布等實用性較高的絕緣材料。但在這一材料的實際應(yīng)用過程中，可以發(fā)現(xiàn)其耐熱性不高，因此如果條件允許的情況下，可以選用新型的聚酰亞胺膜材質(zhì)的絕緣材料，其具有十分顯著的耐熱性，以及良好的絕緣性能，有效彌補了傳統(tǒng)絕緣材料的不足。(2)要想將發(fā)電機(jī)容量予以擴(kuò)增，則需對其自身勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用特性與運行情況等予以充分考量，綜合調(diào)速性能、運行功率等多項因素的基礎(chǔ)上，對發(fā)電機(jī)的擴(kuò)增容量予以確定。最后得出定值結(jié)果，實現(xiàn)對每個監(jiān)控單元的合理調(diào)控[3]。

對發(fā)電機(jī)等相關(guān)設(shè)備的優(yōu)化與改造大幅提升了小型發(fā)電站的發(fā)電能力。增效擴(kuò)容實施后，相當(dāng)于新增1臺一萬千瓦的水電裝機(jī)容量，促進(jìn)節(jié)能減排，減少二氧化碳排放。與此同時，通過對老舊電站進(jìn)行增效擴(kuò)容，增設(shè)生態(tài)機(jī)組，有效改善了河流生態(tài)，使電站所在的河流生態(tài)得到修復(fù)和改善[4]。

2.2 變壓器

本次響洪甸水電站增效擴(kuò)容改造工程任務(wù)中，需要采購并安裝兩臺110KV主變變壓器，主變中性點設(shè)備及主變現(xiàn)場安裝、試驗。主變壓器安裝涉及到以下步驟，首先拆除原#1、#2主變，基礎(chǔ)清理干凈。然后按照安裝設(shè)計圖紙要求，對變壓器基礎(chǔ)進(jìn)行安裝。搬運變壓器到安裝位置用滾筒或滾桿牽引，牽引時將鋼絲繩掛在變壓器主體油箱的牽引攀上牽引。用千斤頂進(jìn)行抬高或升降，使用下節(jié)油箱的千斤頂?shù)鬃Ｔ谧儔浩鞅倔w就位方面，變壓器應(yīng)預(yù)先安放在基礎(chǔ)臺上。檢查安裝在變壓器本體上的沖撞記錄儀各個方向的沖擊加速度不大于規(guī)定值，對準(zhǔn)變壓器的電氣安裝中心與變壓器基礎(chǔ)安裝中心。觀測變壓器頂蓋沿瓦斯繼電器氣流方向1%～1.5%的升高坡度后滿足要求。最后加固變壓器底座與基礎(chǔ)焊接，將變壓器的地腳固定螺栓固定好，變壓器接地點雙點接地即可。

2.3 水輪機(jī)

當(dāng)前使用的HL211水輪機(jī)模型自原蘇聯(lián)引進(jìn)，是我國上世紀(jì)50年代中低水水頭段普遍使用的一個轉(zhuǎn)輪模型，模型最高效率僅為89.9%。隨著科技進(jìn)步和新技術(shù)的應(yīng)用，無論是其效率水平，還是過流能力，都明顯落后于當(dāng)今的先進(jìn)水平。

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行過多次大修補焊，造成了葉片變形，轉(zhuǎn)輪的靜平衡和動平衡差，進(jìn)一步降低了水輪機(jī)運行效率和可靠性；活動導(dǎo)水葉漏水嚴(yán)重，維修配件難以購買。機(jī)組檢修周期逐漸縮短，檢修工期加長，且常規(guī)檢修已很難完全修復(fù)。因此在水輪機(jī)設(shè)備的改造過程中，需要與其實際使用狀況與運行狀態(tài)有機(jī)結(jié)合，制定針對性的改造方案，將變形的葉片、老化的設(shè)備部件等予以及時更換處理。與此同時，還需重點關(guān)注葉輪材質(zhì)的改善，選擇適宜的部件材料，嚴(yán)格把控安裝質(zhì)量，確保葉輪的抗腐蝕性進(jìn)一步提升。除此以外，在完成所有部分的改造作業(yè)后，營造原有基礎(chǔ)上，提升水輪機(jī)設(shè)備的實際運行效率，如果改造后的運行效率不符合預(yù)期要求，應(yīng)采取有效措施予以重新處理[5]。

2.4 尾水門工程

尾水門工程部分的施工工作需要采購設(shè)備為4扇閘門、一套門機(jī)。尾水檢修門安裝在原響洪甸水電站老閘門安放位置，在現(xiàn)場安裝階段，需要首先搭建工裝平臺，此平臺是用2根16#工字鋼做的滑動平臺，長約4m，間距約2m，穿過窗子，伸至車間。拆除舊閘門4付，為了很好的進(jìn)行舊閘門拆除工作，先要對舊門機(jī)進(jìn)行改造。首先，去除舊門機(jī)的交叉機(jī)構(gòu)；然后，在舊門機(jī)上焊加強板，以保障閘門能安全起吊：最后，起吊閘門，當(dāng)閘門吊至一定高度時，改換吊點，讓閘門水平地放置在工裝平臺上，在平臺上滑動，通過8T吊車和車間行車，移出舊閘門。安裝新閘門4付，同樣是通過工裝平臺進(jìn)入門機(jī)下方，再由現(xiàn)有的葫蘆吊入門槽內(nèi)。安裝新門機(jī)分以下步驟：(1)門機(jī)在廠區(qū)分解編號后由汽車運至車間，利用車間內(nèi)起重行車和8T吊車將新門機(jī)所有構(gòu)件由窗口平臺移入現(xiàn)場；(2)安裝校正門機(jī)左右兩端梁后固定；利用吊車安裝門機(jī)六根立柱和橫梁；(3)安裝門機(jī)工作臺與電動葫蘆；(4)應(yīng)嚴(yán)格檢驗門機(jī)立柱與橫梁間的連接螺栓是否收緊，以及閘門門體止水橡皮是否完好。

3 結(jié) 語

對老舊電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，不僅可以提高水能資源利用效率，保護(hù)河流生態(tài)環(huán)境，還可消除公共安全隱患，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排，貫徹落實可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)理念。