摘要：我国水利行业经济实现了优化转变，新型水利工程建设推动了地方发电模式的多样化发展，改变了早期单一水利调度运行系统的功能状态。与此同时，水力发电机组承载负荷量持续上升，对水电站调度系统工作提出了更新的要求。发电机组增容改造是水电站改扩建不可缺少的措施，优化发电机组运行有助于水电资源的一体化调控。因此，水电站要根据内部工作要求，建立科学可行的机组增效扩容改造方案。基于此，本文主要对水电站增效扩容改造进行分析探讨。
关键词：水电站；增效扩容改造
1、前言
当前许多的水电站已经投入运营多年，随着使用年限的增加以及人们用电需求的增大，许多水电站在效能方面已经不能够满足当前的要求。进行水电站的增效扩容改造，能够使得水电站机组容量得以扩大，从而较好地满足人们的用电需求。
2、水电站增效扩容改造存在的问题
2.1.水工建筑物
2.1.1拦水、泄水建筑现状
水车水库主坝为浆砌石重力坝，坝顶长200.1m，坝顶高程248.5m，最大坝宽16.6m，最大坝高44.5m。2010年水车水坝进行了除险加固改造，对主坝进行加固及防渗处理，坝顶维修，下游坝坡面处理等，消除了安全隐患。本次不进行坝体改造。
2.1.2引水系统现状
原输水管前无检修闸门，拦污栅损坏严重且原有的布置不方便清污，水车水库经过2010年除险加固改造，在输水管前增设拦污栅和检修闸门，共布置了6孔拦污栅和检修闸的闸墩。压力钢管为单机单管，直径1.66m，长度32m。考虑改造后的引用流量比原电站要小，经调节保证及压力管道压力计算分析，引水系统满足过流能力和强度要求，也不进行改造。
2.1.3尾水渠现状
目前电站尾水渠接入下游，无塌方等安全隐患，尾水出口泥沙淤积不严重，无明显尾水涌高现象，水轮机转轮改造后的气蚀性能更好，安装高程满足设计要求，因此改造后仍满足电站运行需要，本次不进行改造。
2.2水力机械
由于地区条件的差异性，我国各地区水电站水轮机技术水平不一，水轮机效率与机组选型也存在很大关联。９０年代前，我国经济落后，农村用电量少，电网规模居多以乡村为网，甚至一机或一站一网格局，仅限于满足电站所在地的简易供电，水轮发电机组选型与流域水能蕴藏量不匹配，水能没有得到充分利用，随着经济飞速增长，用电负荷日益增加，电网的区域联网，电站装机容量适时增加，但均未按理论蕴藏量一次开发到位。
2.3电气设备
水轮机工作状态是对整个生产体系的客观反映，机组工作效率标准，严重影响了电站出力水平。决定水轮机状态的影响因素比较复杂，与水电站结构设计、机组产品制造质量、配电作业环境、使用年限久等均有关联，其中水轮机效率是关键。比如，机组长时间处于高荷载工作条件，内部零配件磨损程度加重，造成发电站内水轮发电机组效率降低，浪费了部分能量，降低了发电产量指标，同时，设备故障率高。
2.4人为减少勘察内容
一般情况下，水电站建造于偏远地区，山区、郊区等均适合水力发电场所。但也因此，使得勘察内容减少。
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3、水电站增效扩容改造问题处理的有效措施
3.1发电机的改造
在进行发电机改造时，应当注意对绕子绕组、定子绕组进行重新嵌线，通常应当改用直径较大的铜线绕制。采用聚酰亚胺薄膜、聚芳酰胺纤维纸配合聚酯薄膜等此类新型绝缘材料，不仅能够取得良好的绝缘效果，还可以将电机槽绝缘耐热性提升至F级、H级，从而提高发电机额定电流与容量。另外，还需要重新计算相应的保护动作定值，并按照新保护定值调整保护监控单元。
3.2水轮机改造
水轮机是水电站改造工程中的重要部分，水轮机运行效能对于水电站整体生产效率而言，都具有较大影响。在改造过程中，应当依据水电站的实际情况，选择相适应的水轮机设备，老化严重的水轮机则需要直接更换。现代生产工艺所生产的叶轮，其质量、材料和抗腐蚀等各个性能方面均有显著的提高，更换之后，可提高约15～20%的工作效率。
3.3选择高低压开关柜
在选用高低压开关柜时，主要是依据断路器来选择。若水电站为35kV、110kV的电压等级，则建议采用六氟化硫断路器；若是10kV、6.3kV电压等级，则建议采用真空断路器。具体来说，35kV电压等级的水电站中，可使用KYN61-40.5或JYN1-40.5高压开关柜，而6.3kV、10kV电压等级的水电站则适用KYN28A-12或XGN2-12系列开关柜。而如果是400V的电压等级，则应当使用GCS、GCK、MNS的抽出式的低压开关柜。
3.4选择自动控制系统
为实现小型水电站的无人值守管理模式，可选择并合理运用自动控制系统。一般可以使用单星形以太网结构来设计水电站的计算机网络。对于没有设计以太网通信接口的设备，利用信息管理机把RS485接口转变成以太网接口，不仅保证了网络通信速率，并且节约了投资。自动控制系统中的主要设备包括：①微机调速器，一般选择16MPa高油压产品可编程调速器，不仅对油的质量不过多要求，并且还非常省油，调节精确度高。②微机保护装置和可编程控制器，要选择双CPU的数字信号处理器，并且装置要配备以太网接口。③在选择励磁装置时，则建议采用具有双微机励磁调节器的自并励系统，此类系统通常具备良好的调节性、可靠性，因而能够更好地适应水电站不同的工作状态。
3.5低压机组的自动化改造
当前，对于集成低压机组的所有功能，同样可实现自动化改造，配以自动控制装置，然后通过与智能型万能式断路器的彼此配合，从而达到同期化的自动并网操作目的，在很大程度上提升了水电站的自动化水平。
3.6更换其它机电设备
变配电设备主要包括变压器、断路器、隔离开关（熔断器）、互感器、组合电器等设备。根据实际情况来看，变配电设备的改造技术不仅应该满足相关的改造规范，而且应该符合安全可靠以及节能环保的要求。
3.7其它措施
对于原设计未充分利用水能资源开发的电站，可以按新理念设计更换满足流域可开发水能蕴藏量匹配的水轮发电机组。投运时间过长、老化严重、不宜继续使用的电站机组，也应采用整机更换新型、高效的机组。
4、结语
不同水电站的水流量、水流速度以及机组台数是不一样的，所以对水轮机的要求也各有不同，因此要因地制宜的选择最佳的设计规划，结合国内外先进的科学技术，使水电站的增效扩容改造得以实施，解决地方国民经济电力紧缺问题，促进当地经济社会可持续发展，提高农村水电为“三农”服务的能力。
参考文献
[1]原文林，万芳，马跃先，等.农村小型水电站增效扩容改造关键应用技术研究[J].中国农村水利水电，2015，48(10)：190-193.
[2]薛鹏，王鑫，田娅娟，等.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，2014，37(2):133-136,141.
论文作者:洪健凯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
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