浅析小水电站增效扩容改造

【摘要】随着经济的快速发展，我国的电力需求也在不断上升，电能作为促进我国国民经济快速发展的重要动力，不仅在经济社会的发展过程中发挥着着巨大的作用，而且在促进人们生活水平提高以及工业生产中起着非常重要的作用。但由于大多数小水电站建于70年代，运行时间长，且受当时制造水平、工艺以及设计水平的限制，小水电站的设备相对比较落后，效率偏低，影响了小水电站的健康发展，本文通过介绍恩平市阵湾水电站增效扩容技术改造，提出了水轮机增容扩容改造的基本步骤和优化设计方式，从而为我国的中小水电站的增效扩容改造提供了技术支持。

【关键词】小水电站；水轮机；增效扩容改造

1、工程概况

为贯彻落实2011年中央1号文件，提高水能资源的利用效率，保障农村用电的需求，促进农村水电持续有序的发展，根据《水利部财政部关于广东省农村水电增效扩容改造实施方案的批复》（水规计〔2013〕284号）文，我市列入这次增效扩容改造项目的电站有13宗，阵湾水水电站是其中一宗。恩平市阵湾水电站位于我市大田镇炉塘管区阵湾村，潭江支流锦江水库上游，距恩平市区约35km，1980年5月建成投入运行。是一引水式水电站，总装机容量2×1000KW，机端电压6.3KV，水机型号是HL110-WJ-60，配套发电机TSW118/49-6，设计水头106m，设计流量1.31m3/s，年设计发电量500×104kwh。

2、水电站存在的主要问题

阵湾水电站建成运行至今已接近了40年时间，电站经过多年的运行，存在设备设施老化，技术落后和超期服役的问题。由于在运行管理方面没有稳定的维修养护经费来源，单纯依靠自身力量进行全面技术更新改造，存在诸多困难。

2.1设备老化，发电效率降低

由于受当时的设计理念和设备制造工艺水平的限制，早期使用的水轮机材质较差，特别是转轮等过流部件很少采用不锈钢构件制造而采用碳钢材料制造，这些材质抗泥沙以及抗空蚀能力较弱，再加上水电站的运行环境较差，水轮机的转轮在现场补焊之后就会导致转轮叶片变形，甚至会出现机组摆幅振动的情况。加之经过多年的运行，目前机组基本已超过正常使用年限，水轮机汽蚀严重，经实测气蚀最大深度达10mm，修补面积达0.2m2，容积效率降低，且各种设备老化严重，致使水电站水能利用率下降，不能确保安全运行。

2.2水轮机的运行效率较低，参数性能十分落后

阵湾水水电站建于1980年，所以在技术以及设备方面依然十分落后，特别是对水轮机的水力模型的开发依然处于落后的水平，还依赖于国外的先进技术，我国早期的水电站所采用的水轮机型号均为苏联或者美国等发达国家所研制的机型，这些机型在某些地方的小型水电站中依然在使用，但是与现代化的技术水平相比，传统的水轮机在转速以及容量方面效率依然很低，而且水轮机的水力稳定性与安全性能较差。

2.3水工建筑物破损失修，安全隐患增多

水电站水工建筑物经过多年使用，结构混凝土碳化严重，保护层剥落，存在破损、渗漏、裂缝等现象，进水渠道淤积严重，特别是进水池及渠道，在平时运行时漏水量较大。这些都导致水能利用率降低，存在安全隐患。

3、水电站开展增效扩容的必要性

由于阵湾水电站现状已影响了安全经济运行和水力资源的充分利用，因此开展小水电站增效扩容改造工程十分有必要。

3.1恢复发电能力

开展农村水电增效扩容改造工程，可在相当大程度上恢复电站生机活力，重新发挥应有的经济效益。电站虽然存在着很多的问题，尤其在设备上，但运行基础条件还在，对主要水轮发电机组设备进行更换，相对来说，以较少的投入达到水电站增效的目的，提高了发电效益。

3.2发挥环境和社会效益

增效扩容改造后，在充分利用清洁能源，解决农村电力供应的同时，对改善农村基础设施和生产生活条件，促进本地农村经济可持续发展以及减少污染物排放等方面发挥了重要作用，得到了本地老百姓的普遍认同。

3.3改善小水电站安全现状

开展小水电站增效扩容改造工程，也有利于改善小水电站的安全现状。我市小水电站普遍超期服役，主要设备老化、运行不稳定，存在着诸多安全隐患，给小水电站的安全运行和管理带来较大压力。对小水电站的主要设备进行更新改造，彻底消除安全隐患，能大大改善小水电站安全现状，保障小水电站安全运行。

4、水轮发电机组改造方案

4.1基本原则

根据我市阵湾水电站存在的问题，结合近些年实际运行情况，本次改造以提高发电效益为目标，以增效为目的，更换新的高效率的水轮发电机设备。

4.2水轮发电机组设计参数选择

根据实际运行情况，阵湾水电站在现有水头下，出力仍有较大提升间，所以本次改造后机组总装机容量由原来的2×1000kW增加到2×1250kW，比原来增加500KW。由于电站属于引水式水电站，所以工作水头变化不大：最大毛水头107.4m最，最小毛水水头104.8m；水轮机最大水头107.4m，最小水头104.8m。原水轮机转轮型号为HL110-WJ-60，现改为HLS110C。

4.3水轮发电机组模型选择

HLS110C转轮是韶关市广前水电设备有限公司研究出的能取代HL110转轮的新转轮。新转轮的设计水头106m，额定出力1273kW，额定流量1.33m3/S，额定转速1000r/min，飞逸转速1850r/min，额定效率92%。根据型综合特性曲线，并经过计算，新转轮工况点如下，在最低水头情况下：水轮机毛水水头104.8m，净水头100.8m，流量1.34m3/s，水轮机出力1268kw，发电机出力1216kw，转轮效率0.934%；在额定水头情况下：水轮机毛水水头106m，净水头102m，流量1.33m3/s，水轮机出力1273kw，发电机出力1221kw，转轮效率0.933%；在最大水头情况下：水轮机毛水水头107.4m，净水头103.4m，流量1.32m3/s，水轮机出力1282kw，发电机出力1229kw，转轮效率0.932%；

在各种水头下，原型号的水轮机在最优工况下可达到90.4%，实际设计时的效率为83.5%，改造后新转轮效率均比原转轮平均可达到高10.13%，同时改造后新转轮在各种水头下比原转轮同时增加出力200KW以上，即高达20%以上。改造后新转轮效率可达到93.63%，出力可达1273KW。因此阵湾水电站新的装机容量达到扩容的要求，本次选用以上模型转轮对水轮机参数进行计算和选择， 方案选定的机型合理。

本着高效节约的原则，水工建筑物尽量维持现状。这就要求水轮机的外观形式、连接尺寸不变，新选择的转轮直径与老机组相当，主要通过提高效率达到增效而不改变现有水工建筑物的目的，以上模型转轮单位转速、单位流量等性能参数，基本符合改造机组的要求，并且能够与水轮机埋入部分（蜗壳进口弯管、尾水直锥管）均维持原样。

5、增效扩容经济效益分析

阵湾电站原装机容量为2000kw，近3年平均年发电量为343×104kwh。根据水能计算结果，增效扩容后电站年平均发电量可达到523×104kw.h，与近三年的平均发电量相比增加了52.5%，根据我市小水电的价格0.5元/kw.h来计算，电站每年可增加收入90万元的收入，效益可观。电站综合能效增加明显，因此该电站进行增效扩容改造后，能更充分利用水资源，发挥良好的经济和社会效益。

参考文献

[1]马金华，梅荣柱.低压水轮发电机组运行与维修[M].南京：河海大学出版社，2005.

[2]GB/T 50700-2011，小型水电站技术改造规范.

[3]陈建平.罗田水电站水轮发电机组增效扩容技术改造[J].广西水利水电，2012（1）：50-51.