小型水電站增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)分析

徐素云+金慧芬

摘 要：當(dāng)前有相當(dāng)一部分小型水電站都存在能源浪費(fèi)嚴(yán)重、電站運(yùn)行效率低、機(jī)電設(shè)備老舊等缺點(diǎn)，為了保證小型水電站的運(yùn)行效率，需要對(duì)小型水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容?；诖?，本文對(duì)小型水電站增效擴(kuò)容改造技術(shù)的要點(diǎn)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：小型水電站 增效擴(kuò)容 改造技術(shù) 要點(diǎn)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展下，小型水電站發(fā)展迅猛，對(duì)山區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了較大的影響。由于早期修建的水電站缺乏完善的水文資料，在設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)不夠科學(xué)，一些水電站存在設(shè)備選型不合理、閑置容量多、節(jié)能效果差等缺點(diǎn)。對(duì)這些水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，可以充分挖掘出小型水電站的潛力，提高其經(jīng)濟(jì)效益。

1.小型水電站增效擴(kuò)容改造的目的

在對(duì)小型水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造時(shí)，首先要明確改造的目的。當(dāng)前很多改造方式都是通過替換工作效率更高的不銹鋼轉(zhuǎn)輪、替換機(jī)組等措施來進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。而對(duì)水電站進(jìn)行改造的最終目的是為了提高其效益，因此就需要考慮是否對(duì)機(jī)組進(jìn)行替換以及替換機(jī)組后是否可以提高機(jī)組的工作效率。此外，還需要考慮環(huán)境目標(biāo)、社會(huì)目標(biāo)和技術(shù)目標(biāo)。

1）環(huán)境目標(biāo)。對(duì)小型水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造后，要可以提高空氣的質(zhì)量，降低排放的二氧化碳量，對(duì)河流的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，保護(hù)河流中的生物。

2）社會(huì)目標(biāo)。要可以將農(nóng)村水電的抗旱、防洪、灌溉、供水目標(biāo)發(fā)揮出來，使廣大農(nóng)民群眾受益。

3）技術(shù)目標(biāo)。金屬結(jié)構(gòu)和水工建筑要可以達(dá)到運(yùn)行的基本要求。機(jī)組的組合效率的平均值要在86%以上，將設(shè)備的完好率控制在100%，提高水電站的現(xiàn)代化水平。要將水電站長(zhǎng)期存在的各種問題解決，消除設(shè)備存在的隱患，降低水電站運(yùn)行對(duì)人的依賴程度，對(duì)設(shè)備配置進(jìn)行優(yōu)化，降低廠用電設(shè)備和電站的能耗?？茖W(xué)合理的對(duì)電站進(jìn)行改造，降低水電站的維護(hù)成本和運(yùn)行成本。

4）經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。要在對(duì)現(xiàn)有發(fā)電能力進(jìn)行鞏固的基礎(chǔ)上，利用增效和擴(kuò)容的方式增加發(fā)電收入，對(duì)當(dāng)前農(nóng)村水電的經(jīng)營(yíng)情況進(jìn)行改善，將資源優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。

2.增效擴(kuò)容改造技術(shù)的要點(diǎn)

2.1發(fā)電機(jī)的改造

在改造發(fā)電機(jī)時(shí)，需要重新對(duì)繞子繞組和定子繞組重新進(jìn)行嵌線，一般換用直徑較大的銅線繞制。此外，老式發(fā)電機(jī)多使用黃蠟布、B級(jí)耐熱等級(jí)的青殼紙等作為電機(jī)的絕緣材料，厚度大、耐熱效果差。而使用聚酰亞胺薄膜、聚芳酰胺纖維紙配合聚酯薄膜這些新型的絕緣材料，不僅絕緣效果好，并且可以將電機(jī)槽絕緣耐熱性提升至F級(jí)、H級(jí)。增加了發(fā)電機(jī)的額定電流和容量。值的一提的是，勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁功率、微機(jī)調(diào)速器的調(diào)速能力也要隨著發(fā)電機(jī)的容量增加而增加。重新計(jì)算保護(hù)動(dòng)作定值，并根據(jù)新的保護(hù)定值對(duì)保護(hù)監(jiān)控單元進(jìn)行整定。對(duì)于一些容量過小的發(fā)電機(jī)，即使進(jìn)行改造依然不能達(dá)到改造目標(biāo)，要對(duì)這類發(fā)電機(jī)進(jìn)行更換。

2.2水輪機(jī)的改造

作為水電站的一個(gè)主要組成部分，水輪機(jī)的效能對(duì)水電站的生產(chǎn)效率有比較大的影響。在改造過程中，需要根據(jù)具體的情況實(shí)施改造。對(duì)于老化嚴(yán)重的水輪機(jī)直接進(jìn)行更換?，F(xiàn)在生產(chǎn)的葉輪不管是在質(zhì)量、材料方面，還是在抗腐蝕方面都有了顯著的提高。更換后一般可以提高15%～20%的工作效率。

2.3選擇高低壓開關(guān)柜

在選擇高低壓開關(guān)柜時(shí)，主要根據(jù)斷路器來進(jìn)行選擇的。對(duì)于35KV、110KV的電壓等級(jí)要使用六氟化硫斷路器，對(duì)于35KV、10KV、6.3KV的電壓等級(jí)要使用真空斷路器。禁止使用已經(jīng)被淘汰少油斷路器。對(duì)于35KV電壓等級(jí)，可以使用KYN61-40.5或JYN1-40.5高壓開關(guān)柜，對(duì)于6.3KV、10KV電壓等級(jí)使用KYN28A-12或XGN2-12系列開關(guān)柜。對(duì)于400V的電壓等級(jí)，可以使用GCS、GCK、MNS抽出式低壓開關(guān)柜。

2.4選擇自動(dòng)控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)小型水電站無人值守的管理效果，需要選擇合理的自動(dòng)控制系統(tǒng)。通常要選擇具有冗余設(shè)計(jì)的設(shè)備，保證部分二次設(shè)備元件損壞后，發(fā)電機(jī)依然可以正常運(yùn)行。提高水電站控制的可靠性以及運(yùn)行的安全性。

一般可以使用單星形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)水電站的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于沒有設(shè)計(jì)以太網(wǎng)通信接口的設(shè)備，利用信息管理機(jī)把RS485接口轉(zhuǎn)變成以太網(wǎng)接口。不僅保證了網(wǎng)絡(luò)通信速率，并且節(jié)約了投資。自動(dòng)控制系統(tǒng)中的主要設(shè)備如下：

1）微機(jī)調(diào)速器。作為水電站的一個(gè)核心設(shè)備，一般選擇16MPa高油壓產(chǎn)品可編程調(diào)速器。不僅對(duì)油的質(zhì)量不過多要求，并且還非常省油，調(diào)節(jié)精確度高。儲(chǔ)能罐使用高壓氮?dú)夤?，可以連續(xù)使用8～10a，不僅保證了水電站的穩(wěn)定性和安全性，還降低了資金投入。

2）微機(jī)保護(hù)裝置和可編程控制器。在選擇微機(jī)保護(hù)裝置時(shí)，要選擇雙CPU的數(shù)字信號(hào)處理器，并且裝置要配備以太網(wǎng)接口。選擇PLC可編程控制器時(shí)，建議選擇GE的RX3i、施耐德的Quantum、Premeium系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品均由大廠家生產(chǎn)，質(zhì)量可靠性高。

3）勵(lì)磁裝置的選擇。在選擇勵(lì)磁裝置時(shí)，建議使用具有雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自并勵(lì)系統(tǒng)，這類系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)性和可靠性，可以適應(yīng)水電站不同的工作狀態(tài)。

2.5400V低壓機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)的改造

當(dāng)前大約有80%左右的水電站均裝配了400V低壓機(jī)組。由于這些設(shè)備比較老舊，自動(dòng)化程度低，在運(yùn)行過程中，需要投入大量的人力進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)電質(zhì)量低，無法達(dá)到現(xiàn)代化電網(wǎng)的基本要求。因此，需要對(duì)其進(jìn)行改造。當(dāng)前已經(jīng)有集成了400V低壓機(jī)組的所有功能的自動(dòng)控制裝置，通過和智能型萬能式斷路器相互配合達(dá)到同期化自動(dòng)并網(wǎng)操作的目的。極大提升了水電站自動(dòng)化水平。如圖1所示。

該低壓機(jī)組自身已經(jīng)具備勵(lì)磁功能，不用再配置微機(jī)勵(lì)磁設(shè)備，可以在同一個(gè)屏幕中安裝發(fā)電機(jī)二次測(cè)量、發(fā)電機(jī)保護(hù)、發(fā)電機(jī)控制等，使設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化。并且可以從結(jié)構(gòu)上在屏內(nèi)將弱電和強(qiáng)電隔離開，保證了電站運(yùn)行的可靠性和安全性。

3.水電站增效擴(kuò)容的氣體改造措施

1）對(duì)前池容量進(jìn)行增加。一般情況下，徑流式水電站主要使用前池來進(jìn)行一般調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)能力差。如果修建立日調(diào)節(jié)池，可以顯著增強(qiáng)電站的調(diào)節(jié)能力，使電站的裝機(jī)容量得以增加。

2）對(duì)水電站進(jìn)行擴(kuò)容。一部分小型水電站以前設(shè)計(jì)時(shí)過于要求可利用的小時(shí)數(shù)，導(dǎo)致電站的設(shè)計(jì)容量均比較小，一些分徑流水電站在豐水期會(huì)產(chǎn)生比較多的棄水。此外，在設(shè)計(jì)水庫(kù)電站時(shí)，為對(duì)電站的調(diào)峰容量進(jìn)行考慮，導(dǎo)致裝機(jī)容量過低。進(jìn)入豐水期后，電站調(diào)峰能力差，無法達(dá)到調(diào)峰運(yùn)行發(fā)電的目的。所以，需要對(duì)這類小型水電站進(jìn)行擴(kuò)容改造，不僅提高水電站的調(diào)峰能力，并且可以降低棄水量，使水電站的經(jīng)濟(jì)效益得以提升。

4.結(jié)論

總而言之，在對(duì)小型水電站增效擴(kuò)容改造的過程中，可以使用的技術(shù)措施非常多。實(shí)際應(yīng)用過程中，要根據(jù)水電站的規(guī)模情況、水文情況，結(jié)合不同產(chǎn)品的具體特點(diǎn)制定技術(shù)方案。達(dá)到增加機(jī)組容量、提高水電站效率、提高水資源利用率的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉慶新，盧任文.農(nóng)村水電站勵(lì)磁系統(tǒng)改造[J].小水電，2012（05）：47-51.

[2]黃文寶，胡蘭芳，盧任文.400V低壓機(jī)組水電站完全無人值班遠(yuǎn)程自動(dòng)化系統(tǒng)[J].小水電，2013（01）：40-43.

[3]李仙法.多措并舉積極推進(jìn)黃巖區(qū)電站增效擴(kuò)容改造工程[J].中國(guó)水能及電氣化，2013（Z1）：67-68.endprint