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，本文通过介绍南宁市武鸣区明秀水电站增效扩容改造工程，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，明秀水电站是其中一宗。南宁市武鸣区明秀水电站，位于武鸣区城厢镇，电站于1986年兴建，1988年投入运行。明秀水电站是一座河床式电站，装有2台水轮发电机组，机组发电是以大网联网运行，总装机容量为2×250kw，年利用小时数2980小时；设计水头3.7米，单机设计流量为8.75 m3/s，设计引用流量 17.5 m3/s；电站坝址以上雨水面积1630平方公里，多年平均降雨量1323.6毫米。电站增效扩容改造后，装机容量2×250kw不变，通过采用高效节能的水轮机提高发电效率，年均发电量将由120万kw.h提高到150万kw.h。
2水电站存在的主要问题
明秀水电站建成运行至今已接近了30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
电站机电设备经过多年的运行，机电设备功能效率一般，自动化程度很低。机组及其附属和公用辅助设备性能大幅下降、效率低下、水能利用率降低、故障频发。电气设备老化严重，相当一部分自动控制功能已丧失，继电保护的速动性、灵敏性、可靠性明显降低，在很大程度上影响了主设备的安全、稳定运行。另外，由于电站建设投产较早，电站水轮机调速器、发电机励磁系统、各种基础自动化元件、电气设备、监控设备、继电保护设备等受当时制造工艺和技术水平的限制，电站综合自动化水平很低。
2.2水轮机的运行效率较低，参数性能十分落后
明秀水电站建于1986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
由于明秀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。
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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
根据我市明秀水电站存在的问题，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，明秀水电站在现有水头下，出力仍有较大提升间，所以本次改造电站增效扩容改造后，装机容量2×250kw不变，通过采用高效节能的水轮机提高发电效率，年均发电量将由120万kw.h提高到150万kw.h。原水轮机转轮型号为ZD760-LM-160，现改为ZDK283-LM-160。
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。因此明秀水电站采用高效节能的水轮机达到扩容的要求，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
明秀水电站装机容量为500kw，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.
论文作者:黄天彪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/19
标签：电站论文; 明秀论文; 水电站论文; 水轮机论文; 转轮论文; 小水论文; 机组论文; 《基层建设》2017年第9期论文;