关键词：小水电站；增效扩容改造；技术
0引言
水电是可再生清洁能源，大力发展水电事业可减少二氧化碳和二氧化硫排放有利环保，保护森林资源是利国利民的千年大计。水电站是将水能转变为机械能再转变为电能的工厂。我国水力资源丰富，各条江河已建成水电站无数座为国民经济的发展和人民生活的改善以及环境改善起到了不可估量的作用。随着水电事业的发展，科学技术的进步研究出各种高效水轮机转轮，水轮机转轮效率提高到94%以上。小水电站的发电机由于绝缘等级的提高，新的绝缘材料绝缘好而薄减少绝缘厚度因此可增大线棒面积，提高发电机容量。调速器，励磁，开关柜，水机自动及发电机监控保护等的微机化智能化管理的实现，又给水电站增加了新的生命力。改造后水电站可以实现少人管理到无人值守的现代化水电站。近几年国家对小水电站给予大力扶持推动水电站增效扩容改造。给小水电站带来了新的生命力。
1、小型水电站增效扩容改造现状分析
1.1机组运行效率较低
小水电站的装机容量偏小，水能利用率低，由于水轮机空蚀、磨蚀严重，设备老化等因素，出力逐年下降，由于机组效率降低，单位电能耗水率大大增加，电站发电量大幅减少，且由于设备故障率高，严重影响了电站经济效益的发挥。
1.2设备较为落后
在小型水电站中，主变选择了损耗相对比较高的变压器，当期长时间运行时，将会导致其绝缘性能降低，致使防爆炸性能减弱。低压、高压电气设备基本上选择了少油式断路器，其断流容量较小，而且结构较为复杂繁琐，在工作过程中随时都有可能引发爆炸问题。同时，在监控和保护过程中，通常会选择一般式分离元件，但是其动作速度滞缓、自动化程度不高，无法更好的满足现代电力系统发展要求。
1.3在选型上缺乏合理性
首先在对小型水电站进行建设过程中，大多数是以乡村为主来划分组网范围，从而实现对所在地区的简易供电，以更好的满足当地农民的基本需求。但是发电机的选型与该地区的水能实际含量存在明显差距，这样会造成水能资源无法得到充分地利用。如今，随着电网区域联网的不断发展，现有的电站装机容量问题越发明显，影响了小型水电站的运作状态。另外，由于受到配电作业、产品制造及结构设计等方面的影响，部分小型水电站的运行状态不太理想，如果他们长时间的超负荷工作，将会导致内部零件出现非常明显的破损，从而降低发电机运行效率。
1.4 缺少先进的科学技术
目前，大多数的小型水电站修建时期相对比较早，现有的水轮机调控技术无法更好的满足实际发展需求，而且各项技术运行指标存在一定的缺陷和不足，发电性能与实际情况存在一定的差距。现有的水电站数量和机组台数比较多，但是水轮机的运作效率相对比较低，无法实现对水能资源的有效利用，致使其经济效益无法得到保障。
2、小型水电站增效扩容改造技术要点
2.1水轮机改造
对于水电站增加出力的主要部件是水轮机，发电机是接受水轮机的出力。如果水轮机出力增加发电机必须增加出力。老旧水轮机能否增加出力主要是看水轮机的转轮能否有新的适合该电站的高效转轮代替。
每个水电站要按照本电站的具体情况具体研究。首先弄清水轮机型号，转轮直径，加权平均水头，水头范围，流量，发电机容量，转速等。计算出单位转速，单位流量。再根据原水轮机的（模型转轮综合特性曲线）看其运行于曲线的什么位置，是否合理，是否在高效率区，看有没有更好的转轮可代替原转轮，效率和出力如何，还要查看原转轮的流道是否适应新转轮的流道；此外还要做原水轮机各水头出力和效率计算。新转轮的水轮机各水头出力和效率计算并做出比较。
2.2对发电机定子线圈进行改造
小型发电站的发电机线圈绝缘等级多为A级和B级绝缘。绝缘材料厚、耐热低。现在采用F级绝缘，材料薄耐热高，这样就给线圈的线棒增加导电面积提供可能。一般B级绝缘改为F级，发电机可提高一个级别，1250kw增加到1500kw。A级绝缘改为F级后增加的还多。导线的电流密度比原来还要小些，保证发电机安全运行，稳定运行。
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2.3 对变配电设备进行优化改造
对变配电通常情况下，变配电设备包括断路器、变压器、互感器、隔离开关、组合电气等设备，通过对其实际运行状况进行分析可以发现，对变配电设备实施增效扩容改造不仅可以有效提高其运行效率，而且还可以达到节能环保和安全可靠性的基本要求。例如，最好选择节能环保的低耗变压器，其选择了卷铁芯生产，而且具备连接绕制而成的硅钢片，该种类型的低耗变压器存在较少的接缝气隙，并且在实际运行阶段所产生的噪音比较小。在条件允许的情况下，可以将断路器改造为无油型的高压断路器，其可以更好的为小型水电站运行提供技术支撑。设备进行优化改造。
2.4 配置自动化控制系统
在对小型水电站进行增效扩容改造过程中，要重视自动化控制系统的构建。通常情况下，自动化控制系统中的计算机网络设计主要是以太网结构为主，微机保护装置、微机调速器及可编程控制器等都是其中重要的组成部分。在微机调速器中，通常会采用高油压可编程调速器，其不仅可以有效提高其调节精度，而且还可以避免燃油大量浪费。储能罐最好选择高压痰气罐，可以有效降低投入成本，保证小型水电站的正常运行。同时，要做好输水系统的核算工作，并采取措施加强对水轮机输水系统的有效控制，并从水力和调节保证参数等角度来使核算工作，以确保核算结果的准确性。
3工程案例
3.1基本情况
峡村水电站位于甘肃省甘南州合作市境内洮河干流上，是洮河规划的梯级水电站的第九级，距合作市区55km，电站以上流域面积7276km2，设计水头14.55m，设计引水流量52.53m3/s，该工程电站装机容量6000KW，多年平均发电量3634万KW•h。工程主要建筑物包括水库大坝、引水隧洞、调压井、发电站厂房和升压站。电站运行后进行了技改挖潜，使电站丰水期机组出力达到了7500KW。
3.2电站增效扩容改造方案设计
3.2.1原机组扩容
峡村电站增效扩容技术改造项目原机组扩容概算总投资2677.27万元，将电站总装机容量为6000KW（3×2000KW）进行扩容为总装机容量9000KW（3×3000KW），改造内容将全部更换水轮发电机及辅助设备（包括励磁机、调速器）、高压开关柜及自动化控制系统、升压站设备（包括变压器、断路器、互感器）等。
3.2.2新增扩容机组
峡村电站增效扩容装机2×5000KW改造项目工程利用改造后的枢纽，为避免增加库区影响范围及其补偿范围，影响正在进行的增效扩容改造工程建设，正常挡水位仍维持2810m高程。
峡村电站增效扩容装机2×5000KW改造项目工程建筑物布置限于峡村电站管理范围内，引水线路在原隧洞上游附近，与原隧洞并行，线路布置按新老隧洞间围岩厚度不宜小于2倍开挖洞径控制。流引水线路上游至下游，依次布置进水闸、压力隧洞、压力管道、厂房和尾水渠。新建进口建筑物、隧洞、厂房和尾水渠。峡村电站扩容改造装机容量2×5MW，流道系统按60.2 m3/s。新建厂房在老厂房左侧，与老厂房错列布置。调整原设计厂房电气设备布置，新建厂房不设副厂房，实现新老厂设备统一调度。尾水上设一座交通桥。升压站设于原位置即厂房右侧，平行公路出线。
3.2.3增效扩容改造效果
峡村水电站改造后总装机容量19MW，多年平均发电量9952万KW•h，较改造前提高了万6 318万KW•h。年利用小时数经核仍高达5 238h。发电电价上网按现行的0.257元／KW•h，厂用电率取l％，根据《小水电建设项目经济评价规程》（SL16—2010），只发电不供电项目，不计网损率，则电站可增加年发电效益为：0.99×6318×0.257=1607.49万元／年。电站引水比也有所提高，为1：1.3。水能利用率将从64.7%提高到91.7%，水轮机效率可由原来的80％提高到91％，发理论探讨1222017年第23、24期电机效率可由原来的94％提高到97％。充分发挥了其水能优势，减少了汛期电站弃水，且增加了电站的电量效益。
4结束语
综上所述，为了进一步提高小型水电站的运行效率，使其满足时代发展需求，则需要对其开展增效扩容改造技术，尤其是对水轮机、发电机等的改造，这样不仅可以有效扩大小型水电站的实际容量，而且还可以提高当地水资源的有效调配与利用，从而有效提高当地水利发电系统的经济效益，更好的推动我国经济建设的发展。
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论文作者:王永清
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/6/5
标签：水电站论文; 电站论文; 水轮机论文; 转轮论文; 发电机论文; 效率论文; 隧洞论文; 《基层建设》2018年第8期论文;