关于小型水电站技术改造措施的探讨

摘要：小型水电站技术改造是指对水电站的设施、设备进行改进、更新或更换, 以提高其先进性、合理性、经济性、可靠性及运行自动化水平. 这种技术改造工程量小、投资少、见效快, 经济效益明显, 社会效益巨大.本文阐述了技术改造的基本类型，分析了小型水电站技术改造存在的问题，结合工程实例探讨了小型水电站技术改造措施。

关键词：小型水电站技术改造类型问题措施

中图分类号： [TM622]文献标识码：A 文章编号：

我国小型水电资源丰富，小型水电站分布广泛，水电资源可开发潜力巨大，对我国水电资源的发展利用有积极的促进意义。据有关数据统计，我国小型水电站总数已经超过四万余座。截止水利部门2010 年的数据统计，我国目前小型水电装机已达5000 万kW，占全国水电装机总量的1/3 以上，以年发电量1500 多亿kWh，成为国家供电事业的重要力量。小型水电站的发展为我国经济可持续发展，统筹人与自然协调发展都做出了积极贡献。目前我国正在服役的小型水电站多半是上世纪90年入使用的，由于受当时技术水平的限制，这些小型水电站现有的技术水平，已经不适应现代技术发展的新要求了，要想充分发挥水电的经济效益和社会效益，就要在水利部颁布的《农村水电技术现代化指导意见》的指导下，对水电站进行系统的技术改造。

一、技术改造的基本类型

小型水电站技术改造主要内容包括电站更新改造、运行自动化改造、电站扩容改造和增效改造等, 大致可分为两大类：

1、电站的设备、设施存在缺陷、老旧、效率低下或事故隐患影响电站正常使用和运行, 为了保证运行安全或为了提高水电站的自动化运行水平, 需要进行技术改造。

2、为了增加水电站的发电能力, 提高水电站的经济效益进行技术改造.

前一类技术改造比较简单, 具体实施只要根据当时的技术水平, 进行必要的调研, 选择合适的设备生产厂家、按规范施工即可. 后一类技术改造相对比较复杂, 具体实施需要结合水电站的实际情况, 收集和水电站有关的资源条件, 建( 构) 筑物、机电设备等技术资料,进行详细的分析与计算, 通过合适的途径与方法进行.

二、小型水电站技术改造存在的问题

目前，尽管我国小型水电站的技术改造不断取得新的进步，可是，仍然有部分消极因素制约着小型水电站的发展，关于小型水电站技术改造中存在的主要问题，简要分析如下：

1、设备陈旧，技术落后

上个世纪90 年代时的机械设备，由于生产的环境恶劣，技术水平落后，所以机械设备的精准度和设备的兼容性都相对较低，产品质量也不甚满意。但是，根据有关数据显示，我国大部分地区的小型水电站，仍然是在使用这样的机械设备。加之，偏远地区的小型水电站投资成本有限，不能定期对机械设备进行维修和养护，导致机械损耗严重，加快了设备的老化速度。另外一方面，大多数小型水电站的技术都相对落后，例如：现有的小型水电站的水轮机，使用的是HL123、HL365、ZZ460、ZZ600 这几种老旧的机型，都存在有不同程度的技术缺陷；有的水轮机还存在有被大量泥沙磨蚀、空蚀的现象，极容易导致水轮机的导水叶和进水阀漏水的情况。可见，陈旧的设备和落后的技术，不仅仅会大大地降低机械的运作效率，而且会严重影响水电站的经济效益和发展前景。

2、基础设施不健全

基础设备不健全主要体现在，不合理的引水系统和水电工程的建筑物的基础设施。部分小型水电站由于在设计引水系统的结构时，并没有充分考虑到实际情况，因此，在汛期来临时，引水系统被顺水而来的石块或是杂草所堵塞，严重的污物淤积使拦污栅被阻塞，给水轮机造成更加沉重的运作负担，加大了设备的损耗，间接影响了发电量。其实，大部分的小型水电站，并没有合理地设计前池排砂和引水渠道，同样在汛期的时候，大量泥沙没有得到很好的引排或者阻拦，因而进入水电站和渠道，严重影响了引水系统的正常运作，使机械设备的磨损更甚。本来使用的就是陈旧的设备和落后的技术，不合理、不健全的基础设施设计，给发电机组造成更大的压力，更是对水电站的日常运作埋下了安全隐患。

3、设备配套不合理

小型水电站的机械设备配套不合理，其显著的弊病就在于造成不必要的资源浪费。例如，部分小型水电站的水轮机超过了电气设备预定的容量，造成“杀鸡用牛刀”的形势，因而局限了水电站的设计出力，造成非正常的运行工况；反之，如果水电站发电机的容量超过了水轮机的出力设计，就形成了“小马拉大车”的局面，这不仅白白浪费掉设备的容量，还大大地增加了设备运作的负担。

三、工程实例

下面以某市某水库电站技改为例, 粗略分析小型水电站技术改造所要达到的目标和采取的措施。该电站于1984 年投产发电, 在多年的运行中发现存在装机容量偏小、设备老化严重以及某些安全隐患等问题。为此我们组织力量, 对水轮机、发电机、主变、配电、引水系统等五个方面进行了综合分析, 提出了有针对性的技改目标: 扩大电站的发电能力, 增加备用容量, 设计出力由原来的400kW 提高到500kW; 淘汰落后设备, 提高设备完好率和安全运行的可靠性, 提高自动化水平, 以期减轻职工劳动强度, 降低水电运行成本。

1、水轮机

水轮机改造的关键在于选择适合的转轮, 有别于新建电站选型, 一般只考虑更换转轮, 其它结构部分只做局部调整。经参数比较,该电站可用HL110X 型替代HL110 型转轮, 流道尺寸不变。经更换后的水轮机品质将得到较大改善, HL110X 型转轮限制流量Q1 = 480L/ s, 比HL110 增加100L/ s, 水轮机过流能力提高26%, 机组出力则从原来的400kW 提高到500kW。

选定转轮后还必须对水轮机的其他部件进行校核分析。由于水轮机过流能力增加, 导叶开度将发生变化, 转动部分的强度和刚度以及推力轴承的承载能力等均需重新计算。对该电站, 导叶开度原设计留有余量, 通过调整手动调整器结构, 可增加一定的开度, 同时检查导叶和转轮进水边的距离, 以保证不会发生碰撞。经计算, 主轴强度和刚度符合要求, 不需更换。但轴承内测温装置太陈旧, 应予改造, 并增加机组制动装置( 原机组未设, 不利安全) 。

2、发电机

小型水电站发电机一般为整体式, 机组增容只需购置一台新机即可。由于发电机机座号没有发生变化, 其基础部分可以利用, 只需注意与转轮主轴的联接。该水库电站采用的是弹性联轴器, 订货时需将水轮机端的联轴器尺寸型式告知厂家, 由厂家配置。

3、主变

原电站主变容量为500kVA。电站技改时, 为了节约资金, 拟用两种方案解决: 一是新购置1 台630kVA 主变;二是视主变温升情况确定。若温升不太高, 可通过改善通风冷却效果而不更换主变。

4、配电部分

应对配电部分进行彻底检查。主要是母线等线径、开关和互感器等容量是否满足要求, 对不能满足的部分则予以更换。

5、引水系统

该水库电站原设计采用水库放水涵洞引水至明渠, 使库内一部分水头无法利用。在水库设计库容下, 相应水位1605m, 而放水涵洞设计水位1463m, 故有142m 的水能白白浪费。考虑到引水涵洞出口至压力前池的距离仅150m 左右, 为此技改时, 采用压力钢管从大坝取水口直接与压力前池后的引水钢管联接, 以充分利用水头。同时, 考虑到水库还有农业灌溉功能, 因此在钢管的适当位置另接一分叉管,安装一阀门以供灌溉使用。此外, 应重新设计库内进水口处的栏污栅, 增加细格栏污栅。

总之，小型水电站技术改造工作，是一项长期性的、艰巨的工作任务，为不断地满足人们生产、生活对供电的需求，小型水电工程发挥着不可替代的作用。我们在对小型水电站进行技术改造顺应了时展的需求，具有历史必然性，我们要调动一切积极因素，做好小型水电站的技术改造工作。

参考文献：

水力发电厂机电设计规范，DL/5186-2004。

水轮机基本技术条件，GB/T 15468-2006。

水电站机电设计手册（水力机械），水利电力出版社。

水利部 财政部关于印发农村水电增效扩容改造项目建设管理指导意见，水电【2011】411号

关于印发农村水电增效扩容改造项目初步设计指导意见的通知，水电【2011】437号

关于印发农村水电增效扩容改造项目机电设备选用指导意见的通知，水电【2011】438号