关于小型水电站机组增效扩容的理论研究

摘要: 该文分析了青海省黄南州同仁县已建小水电站存在的主要问题，并就小水电站技术改造的方法、政策和保障措施提出了相应的建议。

关键词:小水电站增效扩容可行性效益

中图分类号：[TM622] 文献标识码：A 文章编号：

目前社会经济不断发展,小水电建设发展很快,已经成为地方经济特别是山区经济的支柱产业。但是,早期兴建的小水电站由于水文资料不足,规划设计不够合理,部分水电站机电设备选型不当,或调节性能差,弃水多,或利用小时数少,闲置容量多。这些电站只有通过增效扩容技术改造，最大程度挖掘潜力，才能使其发挥最大的作用，增加效益。为给农业生产的发展、社会发展和人民群众安居乐业具有重要作用和良好的社会效益，具有重大而深远的意义。

1 开展小型水电站增效扩容改造的重要意义

1.1是提高水能资源利用效率，促进节能减排的需要。对这些老旧电站进行增效扩容改造，不仅能提高水能资源利用效率，促进节能减排，保护河流生态环境，还能消除公共安全隐患，让当地群众得到更多实惠。

1.2是发展可再生能源、促进节能减排的迫切需要。小型水电站增效扩容改造不需要移民，不增加环境负担，开发成本和电能质量均优于风能、太阳能等同类能源。全面实施小型水电站增效扩容改造，不仅可巩固现水力发电能力，还可使老旧水电站发电量平均提高40%以上,对于促进我国能源结构调整和节能减排具有重要的作用。

1.3是消除电站安全隐患、保障公共安全的迫切需要。近年来，国家大规模实施病险水库除险加固，部分水电站大坝稳定、基础防渗、泄洪安全等水库病险问题得到有效解决，但发电设施方面的安全隐患依然存在。迫切需要在继续加快病险水库除险加固的同时，对小型水电站的机电设备实施除险加固和更新改造，全面消除安全隐患。

1.4是改善河流生态环境、促进人水和谐的迫切需要。实施农村水电增效扩容改造，增设生态流量泄放设施，优化梯级电站运行调度，可以有效改善河流生态环境，促进人水和谐。

2 小型水电站增效扩容改造的原则

2.1坚持突出重点，提升综合能效。在改造中必须严格按照《小型水电站机电设备报废条件》、《小型水电站技术改造规范》等技术标准的要求，严格设备检测，认真分析原因，科学比选方案，搞好初步设计，有针对性地对农村水电机电设备、金属结构、送出工程等加以重点改造，最大程度地提升能效和发电能力，确保改造后综合效率达到规定的指标。

2.2坚持安全发展，消除病险隐患。要把提高安全水平放在突出位置，既要考虑对影响电站自身安全生产的设备设施进行改造，又要考虑对可能影响公共安全的挡水引水设施、金属结构等进行改造加固，还要对电站附近可能存在的滑坡、泥石流等地质灾害隐患进行系统排查，全面消除安全隐患。

2.3坚持科技引领，推动升级改造。必须高起点规划、高标准实施，因地制宜选用技术先进、质量优良、节能环保、安全可靠的机电设备，大力推广新技术、新材料、新工艺，抓住机遇实现技术设备的升级换代。

2.4坚持统筹兼顾，发挥综合效益。要遵循河流综合规划、防洪规划和水能资源开发利用规划，充分考虑发电、防洪、供水、灌溉、生态等各方面用水需求，做到在工程上有措施，运行上有方案，监管上有制度，调度上有手段，实现增效扩容、治水办电和生态改善的多赢，全面发挥水电的综合效益。

2.5坚持建管并重，完善体制机制。要鼓励农民以多种形式参与电站改造，建立电站改造收益合理分配机制，使当地群众成为电站改造的参与者、运行管理的监督者、改造收益的享有者。

3目前存在的主要问题

3.1机组设备本身存在缺陷。早期建成的一些小水电站，由于当时设备制造技术水平所限，加上这些年来企业对老电站维护投入不足，导致整个机组跑、冒、渗、漏现象严重，机组整体故障率高，发电能力大大下降。

3.2设备陈旧。我国早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少，不少小水电站只能套用相近转轮，有的电站机组已超期年限，电气设备老化严重，绝缘性差，绝大部分器件已属淘汰产品，备品备件解决困难，随时都有可能发生事故。

3.3机组主要性能参数与电站实际运行参数不匹配，水轮机处于非最优工况区运行，导致机组运行效率低、振动及噪音大，而且机组使用寿命也将大大缩短。水轮机性能落后，技术陈旧，制造质量差。

3.4水轮发电机因运行年代长，输出功率大于发电机或主变压器的额定容量，形成“大马拉小车”，再加上电站设计时由于缺少必要的水文资料，导致电站建成后实际的来水量和水头与设计工况不符；或电站由于泥沙淤积，下游水位提高，使得电站的发电水头降低，导致机组的运行工况偏离最优工况。定子、转子的绝缘已严重老化，容易引发接地故障，威胁机组安全运行。

3.5电站运行管理技术、方法落后，监控、操作、记录等均需人工进行，自动化管理程度低。当机组发生异常、状态发生变化或参数超限时，难以及时报警，安全可靠性差。电站技术人员观念陈旧，信息相对封闭，缺乏培训，许多先进的管理经验和经济实用的新材料、新技术、新设备得不到很好的推广应用。

4 小型水电站增效扩容中应注意的问题

4.1对于水头、流量与原设计变化不大，而水轮机设备陈旧、性能落后的水电站，应选用该水头段导水叶相对高度相同或相近的新型转轮，如无合适的新型转轮，则应改型或重新设计转轮，或者改进过流部件型线与结构，以提高水轮机的运行效率，并达到增容、增加年发电量的目的。

4.2对于水头、流量比原设计增大了的水电站，应根据电站实际运行水头和流量增大的具体条件，提高水轮机的额定水头，加大额定输出功率，选用合适的新型转轮或者重新设计转轮，其额定转速应结合水轮发电机的改造方式确定，最终应使水轮机在较高效率区运行。

4.3对于水头、流量比原设计减少了的水电站，宜采取减容改造方式。即根据水电站的实际运行水头和流量，降低水轮机的额定水头，减小额定输出功率，选用合适的新型转轮或重新设计转轮，将水轮机调整到最优或较优工况区运行，以提高其运行效率，增加年发电量。

4.4对于多泥沙水电站，应考虑泥沙磨损问题，应采用与抗磨措施相结合的改造方式。改造设计中应根据水轮机的过机含沙量、泥沙中值粒径及泥沙矿物成份等条件，选用单位转速相近或略低，单位流量适当减小模型空化系数适当降低，模型效率较高的新型转轮，并合理加大导水叶分布图相对直径，改进导水叶型线，降低和匀化导叶区流速。

4.5对“大马拉小车”的水电站，可以单独改造水轮发电机，为提高绝缘等级或改进通风系统等实现增容 ，必要时可重新设计制造新的水轮发电机。主变容量不足可换用新变压器，旧变压器仍可用于其他水电站。对于“小马拉大车” 的水电站，若水轮机采取改型亦无增容的可能，则暂按现状运行。

4.6对保护装置比较落后，自动化水平不高的小水电。尽量采用自动化水平较高的微机综合自动化系统，并且不断地提高运行人员的技术水平改造完成后，保护误动和拒动的机率大大降低，运行人员误操作的情况完全避免。这样就节省了大量的维修费用，给电站提高了经济效益。

4.7在中小型水电站增容改造中，应当从水力和调节保证参数两个方面进行核算。水力核算即是对水轮机输水系统的过流量和水头损失的数值关系进行核算，并绘制水头损失与流量关系曲线，以分析选定最大允许的水轮机额定水头和设计引用流量。调节保证核算就是从机组运行特性和输水系统水力特性两方面来核算机组运行的过渡过程中可能发生的最大水压力和最大转速升高值，并检查前者是否在水轮机输水系统设计水压力的范围内，以研究和确定采取加固补强措施的合理性和可能性。

5结束语

通过对小型水电站进行增效扩容改造，可以增加电站发电效益，增加当地的税收，增加国家电网的电源，缓解社会日益增长的电力需求，有效改善电网的稳定性，对促进社会经济发展起到积极的作用。

参考文献:

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