乳源瑶族自治县合江口电力有限责任公司 512725
摘要：随着当代社会发展对能源需求的不断增长，建设资源节约型社会已提到重要战略地位。在我国，对能源的政策是“发、充分利用与节约并重”，政府部门要带头示范，从基础的节约用水用电做起，引导社会各方面各阶层做好节能减排工作。通过水电站机电设备技术改造，可以使我国有限的水电资源充分发挥作用，有利于建设资源节约型社会。
关键词：水电站；机电设备；技术改造
我国的水电站大多数建于上世纪70-80年代，经过几十年运行，这些水电站设备陈旧落后，甚至还存在严重的安全隐患、严重威胁着电站职工的身心健康和生命安全，必须进行技术改造。现阶段，国家将水电技术改造工作作为水电行业新发展的突破口，并且已经在部分老电站技术改造取得了显著地经济效益和社会效益，所以，水电站技术改造势在必行。
1、水电站机电设备存在的问题
1.1水轮机的选型问题。在早期，我国编制的水轮机模型转轮型谱中，可供选择的转轮型号少。因此，很多水电站只能套用相近转轮。机组性能参数偏离电站实际运行参数。在水电站水轮机选型设计中，当年由于受到设计技术条件的制约，一些水电站的水轮机转轮直经，额定水头或额定转速选铎不尚，造成机组性能参数与电站实际运行参数不匹配。有些水电站建成后，其实际的来水量或水头等水文数据与设计资料不符。以致选用的水轮机性能参数与电站实际运行参数不适应。这些情况都会导致水轮机偏离了最优工况区运行，造成机组运行效率低、耗水量多、振动、噪声、发电损失大乃至水轮机的使用寿命大大缩短。
1.2初期规划设计经验不足
由于初期规划设计经验不足，实测水文资料系列较短，地质勘测工作深度不够，加上过分追求水电发展速度，导致电站建成后实际的来水量和水头与设计工况不符，或者电站由于泥沙淤积、下游水位提高，使得机组工作水头降低、机组偏离最优工况而处于非最优工况区运行，导致机组运行效率低、振动及噪音大，使用寿命大大缩短。
1.3水轮发电机组问题
在当前水电上网电价较低，水电站经济效益较差的情况下，电站很少有能力进行水轮机大修及水轮机转轮的更新。很多水电站经二三十年的运行，水轮机转轮气蚀严重，甚至水轮机转轮叶片气蚀出现最大10cm直径的孔洞，机组发电出力下降很多；机组运行长时间没有经过大修，水轮机导叶间隙过大，在正常停机时漏水严重，使有限的水能资源白白浪费，直接影响机组的发电量；发电机部分绝缘老化、转子集电环磨损及碳刷接触不良打火严重，并且水电多并网于 10kV电网，在以前设计时很少考虑到10kV电网电压在+10%的运行工况，在这种情况下，机组为了并网发电势必加大励磁电流，使机端电压升高，发电机定子铁芯工作于接近饱和状态，电压额定工作点接近或高于发电机空载特性曲线拐点，即使正常运行加大转子励磁电流，机组也很难发出额定无功功率，同时由于加大了励磁电流使发电机转子发热严重，损耗加大，加快了发电机的绝缘老化，从而使发电机的使用寿命大大缩短。
1.4引水系统结构设计不合理
引水系统结构设计不合理，特别是拦污栅，汛期的时候经常被杂草、树根和石块等污物堵塞，加大了水头损失，减少了电站的发电量；甚至有些电站由于前池闸门的拦污栅年久失修，破损而弃之不用，在汛期经常发生树根和石块卡在机组导水机构处，导致机组在关机时剪断销受力剪断，而无法正常关机，严重时还会造成机组飞逸，带来巨大的经济损失。
1.5电站运行管理水平低下，运行成本高
那些早期建设的水电站由于建成时间较长，很多的电站运行老职工特别是国有电站 老职工竞争意识淡薄、缺乏培训、不愿接收新技术、新方法，导致电站的监控、操作、记录等均需人工进行，自动化管理程度低。这样无形中就增加了电站的运行成本。
2、水电站机电设备技术改造措施
针对水电站机电设备所存在的问题，且考虑水电站的未来发展，减少水电站的运行成本，并从目前机电设备应用的最新技术角度，对上述水电站设备所存在的技术问题提出更新改造建设性意见，逐项解析探讨，以供参考。
2.1对设备进行自动化控制改造
逐步实现无人管理或少人值班，减少运行成本。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用自动保压锁定型液控蝶阀，对水电站计算机监控保护系统（含终端）、直流系统及发电机励磁系统等进行改造；现在还有一些发电站采用的是双绕组电抗分流励磁系统的发电机，运行过程中会产生无功不足或无功振荡的问题，所以要扩大励磁调节的范围，最常用的方法就是降低分流变阻器的阻值，扩大发电机空载电压的调节范围，励磁系统的增励容量可以大幅提升，发电机的功率因数有所下降，增强了无功输出，最终保证机组运行的稳定性，对电能质量也起到明显的改善作用，可采用KLSF系列励磁装置。
2.2对水轮机组的改造
水轮机组的改造关键是水轮机的工作转轮，_般要进行改造老电站运行年限都比较长，由于那个时期的制造水平有限，原来的水轮机的转轮效率都比较低，随着水轮机转轮设计和制造水平的提高，一些高效率的转轮已经出现了，改造时应根据引水系统和流道限制条件，优先考虑在不动水轮机的前提下选用高效率、空化特性优良、运行稳定性好的水轮机转轮，这样既提高单位水量的利用效率又节省了投资。水轮机组改造时首先要充分考虑原机型和布置形式，最大程度地利用原机组的埋入部件，这样可以节省改造投资。
2.3对发电机组的改造
对于单台装机容量小于800kW的水轮机组，应采用低压发电机，这样可以降低改造投资。在改造时，除了必须更换发电机外，应优先考虑采用更换定子绕组和转子磁极线圈、更换发电机通风冷却系统、更换发电机轴承等方式来改造原有的发电机。改造后的定子绕组和转子磁极线圈绝缘等级宜采用F级，按B级温升考核，对湿度较大的电站，应在发电机基坑内加装加热除湿装置。另外，在技改时还必须重视对调速器的改造，可采用WT型调速器（微机调速器），采用该调速器后，机组运行的稳定性明显提高，且日常的维护保养工作量大大减少，有效地提高了电站的运行管理水平。
因此，现阶段被越来越多的水电站采用。根据水电站运行实践，由于电站运行时电压调节幅度较大，应采用具有自动调节功能的励磁装置。一般来讲，现阶段励磁系统宜优先采用可控挂励磁或无刷励磁方式来代替机械励磁或电抗分流励磁。
2.4对配电设备和成套装置的改造
进行改造时，应采用安全、节能环保的电气设备，选择无油型的高压断路器，应尽量使用定型的成套配电设备装置，以降低改造成本。框架式的断路器可以具有高分断、大容量、整体性、高使用寿命、并能作为手动综合启动器使用的特点，在现阶段被广泛使用。许多老电站经过改造后，原有的配套设备存在与自动化控制不匹配的问题，可采用经济型的信心配套设备。比如：HPU液压控制柜（氮气罐储能）、TC型（弹簧蓄能型）水轮机操作器和新型防雷与抗干扰装置等。现在新的定型成套配电装置把发电机的配电主回路和控制、保护及水轮机自动回路等二次回路的设备有序地安装在同一控制屏内，节省了厂房的空间，方便操作。
2.5对引水系统和水工建筑物的改造
（1）水工建筑物直接影响到电站的安全和效益。在实施电站的技术改造中，要针对水工建筑物存在的问题，制定相应的改造方案，尤其对渠首坝、引水渠道、压力前池、压力管道、厂房防洪设施等存在的危及电站正常运行及下游村庄、土地安全的险工险段必须按设计方案进行加固改造，对渠首坝、引水渠的渗漏和渠道过水能力不足等影响电站效益的问题进行相应处理。
（2）在溢洪道上增设翻板闸门或橡胶坝，在不影响汛期泄洪的前提下，结合水情预报，可在汛末下闸蓄水，增加发电量。
（3）加装清污设备，在引水渠道出口处增加一道拦污栅或在前池入口处增加一道拦污栅，并适当调整拦污栅栅条间距，改进拦污栅结构和栅条形状，以减少水头损失，提高机组工作水头，增加发电量。
2.6改善职工工作环境，加强职工的技术培训、提高电站的管理水平
（1）改善运行条件，对职工的健康是很重用。对于自动化程度较高的水电站，值班人员可在中控室完成机组的监视与控制；对于那些自动化程度较低的水电站，需要有值班人员在现地监视机组运行的，应在现地建立带有密封门的运行值班小亭，并装设相应的取暖和消暑的设备。
（2）加强人才培养和技术培训，提高电站的管理水平。行业主管部门应采用多种形式加强小水电规划、设计、施工和管理人员的技术培训工作，切实引导先进的规划设计理念、先进的运行管理方法以及先进实用的新材料、新技术、新设备在小水电建设和管理中的应用。组织技术改造方面的经验交流会，聘请高校对职工进行专业方面的培训得等措施。
3、结语
总之，在进行水电站机电设备的改造过程中，要尽量采用比较成熟的技术成果，选择性能好、损耗低、效率高的设备，最大限度地延长机电设备的寿命周期，从而提高水利工程的经济效益与社会效益，促进企业的健康、可持续发展。
论文作者:梁正炎
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/19
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