肇庆市鼎湖区九坑河水库工程管理所 广东肇庆 526000
摘要：当前我国许多现有水电站由于运行年限久，以及当时施工技术的限制等原因，出现了技术水平落后、设备老化、发电效率低等问题，对这些水电站的增效扩容刻不容缓。本文结合某水电站增效扩容改造实例，详细介绍了水电站增效扩容改造实践，旨在为类似工程改造提供参考。
关键词：水电站；增效扩容；改造实践
随着我国社会的进步及经济的快速发展，对水电站的发电性能也提出了更高的要求。但由于我国当前许多水电站的建设年代久远，受限于当时的技术条件，加上运行时间较久，已普遍出现机电设施老旧、技术水平落后、运行效率低下且能源浪费等问题。对这些水电站进行增效扩容改造，提高水电站的运作效率势在必行。对此，笔者结合实例进行了相关介绍。
1 概述
某小型水电站于1982年建成投产发电，利用下泄灌溉流量及丰水期多余的弃水进行发电。结合发电等综合利用的水利工程，由输水建筑、压力钢管、坝后水电站厂房、升压站及尾水渠等建筑物组成，水电站厂房内装有卧式混流式机组（2×800kW），总引水量为6.8m3/s。
（1）现有电站由于厂房尾水渠段较短，尾水出口顺直区段仅2m多，尾水出流不顺畅，导致回水雍高。电站尾水段与灌溉引水渠连接段设计时没有设置检修闸，每次检修时都需要使用麻袋装土进行封堵，消耗人力物力，增加停机时间，造成电量损失。
（2）厂房下游挡墙渗漏严重，整面墙体均有不同程度起泡、长青苔，水轮机层左侧渗漏较大，装饰面已整体外翘；主机间地面（靠近下游墙侧）积水严重，影响运行。
（3）主坝建成后，受水库水位影响，左岸山坡的残坡积层、全风化层岩体内的软弱面和富水体均接受库水位补给，发生渗漏，长期渗流潜蚀左岸山坡，并流入左岸山坡下游的厂房集水井。水轮机的集水井经常水满为患，多台抽水机要连续不断的抽水排水。如遇到多雨季节，注入集水井的渗水量增大，威胁着厂房的安全运行。
（4）电站水轮发电机组老化，水轮机漏水严重，机组运行范围偏离实际水头，励磁系统设备陈旧，机组效率低；加上配电设备陈旧，损耗较大，存在严重的安全隐患，在很大程度上影响了电站的安全、经济、稳定运行，同时也增加了维护人员的工作量及劳动强度。为了配合升压站电气设备的改造，升压站的电缆沟需加宽加长。
（5）由于电站建设投产较早（1982年建成运行），水轮机变速器、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，导致综合自动化水平很低，远不能满足当今水电站“无人值班（少人值守）”运行管理方式的要求，跟不上国内水电站综合自动化系统建设的步伐。
2 水电站增效扩容改造实践
该水电站增效扩容改造主要有厂房改造、升压站改造、集水井排水系统改造以及厂房尾水渠改造。
2.1 厂房中控层新建隔墙及下游挡墙防渗改造
为了改善运行人员的工作环境及设备运行环境，本次在厂房中控层中间新增一堵隔墙，采用MU10页岩烧结多孔砖砌筑，墙厚240mm，并配有1扇2m×2m铝合金窗及1扇0.9m×2.1m铝合金门。
厂房下游挡墙防渗处理：将原有挡墙外侧墙体进行凿毛、清洗处理，涂防水材料封闭，再浇筑200mm厚C25钢筋混凝土。
2.2 厂房尾水渠的改造
疏通下游尾水出口段，沿尾水出流方向开挖1条新的尾水渠，底宽4.5m，长约59.7m。
渠0+005.70～0+010.00为渠道进口喇叭段，长4.3m，侧墙为C15埋石混凝土重力式挡墙，顶宽0.6m，迎水面竖直，墙背坡比1：0.4，底板采用200mm厚C20混凝土。
渠0+010.00～0+061.80为渠道顺直段，长51.8m，侧墙为C15埋石混凝土重力式挡墙，顶宽0.4m，迎水面竖直，墙背坡比1：0.4，底板采用200mm厚C20混凝土。
渠0+061.8～0+065.40为渠道出口段，长3.6m，侧墙为C15埋石混凝土重力式挡墙，顶宽0.4m，迎水面竖直，墙背坡比1：0.4，底板采用200mm厚C20混凝土。
在厂房尾水渠顺直段末端设置厂房尾水渠出口检修闸门，闸门型式选择4.5m×2.7m平面定轮钢闸门，启闭机选择2×80kN固定卷扬式启闭机。封堵原厂房尾水与厂房右侧渠道的联通段，封堵堤长8m，堤顶宽0.6m，坡比1：0.5，采用C15埋石混凝土（埋石率20%）。
2.3 升压站土建改造
拆除升压站原有电缆沟（0.4m×0.4m）30m长，新建电缆沟长36m，内宽0.6m，深0.6m。同时，拆除升压站内原有旧电杆14根，架设10根新电杆，其中φ300电杆架设（h=9m）4根，φ300电杆架设（h=6m）2根，φ300电杆架设（h=4.5m）4根。
2.4 集水井排水系统改造
为避免集水井处的深水泵24h频繁启动作业，本次集水井排水系统改造方案考虑自排，即从集水井井底143.20m高程处铺设1条自排管，引水至下游的溢洪道处。铺管路从桩号排0+000.00～0+140.00，全长140m，控制出口高程为142.6m。自排管选择预制DN500钢筋混凝土管，采用承插口钢筋混凝土管，管底铺垫100mm厚细沙。为避免水库泄洪时洪水从溢洪道流回集水井，在排水管出口附近设置1个检修井，井深7.2m，井内配1个DN500长柄蝶阀，采用DN500钢管与预制混凝土管衔接。
2.5 水轮发电机组改造
保证尾水流道与电站一致，水轮机埋件基础与原有电站尽量一致，并具有可改性。水轮机直径选择与原机型直径一致，直径为71cm。为了更好利用现电站流道及蜗轮，水轮机转轮选用原有的混流式转轮，适合此水头段的转轮型号为HL268（见表1）。
发电机组更换为全新发电机组，采用二支点结构，采用水冷却系统（见表2）。
由上表可知，更换水轮发电机组后，水轮机效率提高了6%，发电机效率提高了4%。
2.6 电气工程改造
2.6.1 主变压器改造
变压器改造是拆除现有主变，更换成1台型号为S11—2000/35的节能型油浸式电力变压器。该变压器特性参数如下：容量2000kVA，无载调压，铜芯，自冷式，联接组标号Y，d11，高压侧电压38.5±2×2.5%kV，低压侧电压6.3kV，空载损耗2.18kW，阻抗电压6.5%。改造更新的变压器为低损耗型产品，符合国家节能减排标准及电站安全、经济的运行需求。
2.6.2 35kV高压设备改造
改造方案是拆除现有35kV高压设备，更换为符合计算机监控要求的新型高压设备：断路器采用ZW7—40.5/T型真空断路器（外置LZZW1—35Q电流互感器），隔离开关采用GW5—40.5D型，电压互感器采用JDJJ2—35型，避雷器采用HY5WZ1—51/134型，熔断器采用RW5—35及RW10—35型，拆除倾斜、开裂、钢筋裸露以及废弃的电杆。
2.6.3 发电机电压设备改造
拆除现有6.3高压开关柜，更换为柜体外形尺寸及安装检修方式比较符合电站现场实际条件的XGN2—12系列户内全封闭固定高压开关柜，柜内配置开断能力高的VBG—12型高压真空断路器、LZZBJ18—10型户内全封闭支柱式电流互感器及JDZX18—6型全封闭单相户内电压互感器。
2.6.4 电缆改造
为保证电站各大系统的安全可靠运行，本次改造拟将高低压动力电缆更换为阻燃型YJV系列铜芯交联聚乙烯绝缘电力电缆，控制电缆更换为KVVP系列铜芯聚氯乙烯绝缘带屏蔽铜芯电缆。
2.6.5 综合自动化系统改造
拆除原有机旁自动屏、中央音响信号屏及控制台等，将电站控制系统改造由可编程控制器（PLC）为主设备构成的分层分布式计算机监控系统，它可满足“无人值班（少人值守）”的自动化调度要求。计算机监控系统主要由操作员工作站、打印机、现地控制单元（LCU）、通讯管理装置、自动准同期装置、交流量采集单元、GPS对时装置及网络设备等组成。控制系统主控级与现地控制之间通过电站局域网进行通信，其他自动化设备通过通讯管理装置与控制系统进行数据交换和处理。
3 结语
综上所述，水电站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。水电站的增效扩容改造，要根据水环境的变化和电站具体情况，在现有引水系统过流能力和建筑物尺寸等诸多边界条件限制下科学比选方案，合理确定装机规模和机组型号，从而达到合理有效利用水能资源、消除安全隐患、提高发电效益、保护环境等目的。本文通过对水电站的增效扩容改造，取得了良好的成效，不仅消除了水电站运行安全隐患，还提高了水电站的发电效率，增加了水电站的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1]覃忆油.小型水电站增效扩容改造技术[J].科技传播.2014（19）
[2]薛鹏，王鑫，田娅娟，陈锐，彭忠年.中小水电站增效扩容改造的主要问题及解决方案[J].中国农村水利水电.2014（02）
论文作者:邓星泉
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/7
标签：水电站论文; 电站论文; 厂房论文; 挡墙论文; 水轮机论文; 水渠论文; 机组论文; 《基层建设》2016年7期论文;