摘要：为了提高水能的利用率,促进我国水利水电的持续发展,对水电站的积极建设是必然选择。但是,由于技术方面的限制,我国早期小水电站存在着许多技术方面的不足,如今所产生的效益已大不如前,增效扩容改造势在必行。本文以广西壮族自治区桂林市全州县水晶岗水电站为例,电站从3×3200kW扩容至3×3750kW，年均增发电量达1400万千瓦时，可实现“无人值班（少人值守）”。小水电站的增效扩容改造是一个复杂而系统的工程，需要认真分析，综合考虑电站的整体效益。
关键词：小水电站；增效扩容；无人值班（少人值守）
引言
为了提高水能的利用率,促进我国水利水电的持续发展,对水电站的积极建设是必然选择。但是,由于技术方面的限制,我国早期小水电站存在着许多技术方面的不足,如今所产生的效益已大不如前,增效扩容改造势在必行。
一、小水电站改造前的工程概况
全州县水晶岗水电站位于广西壮族自治区桂林市全州县城北新区湘江河道上，是全州县最大的电站，改造前总装机3×3200kW，改造前设计年发电量 5312.09万千瓦时。采用发电机－变压器单元接线与县城35KV线路联网，三台机组均在1988年投产，承担着整个县电网调峰、县城防洪及2400多亩农田电力排灌的任务。
水晶岗电站坝址控制流域面积5807平方公里，总库容1212 万立方米，调节库容640万立方米,设计水头7.6米，多年平均流量为192立方米/秒，径流量为60.6亿立方米，最大年平均流量274 立方米/秒，最小107立方米/秒，保证率为85%的日均流量为42.5 立方米/秒。
二、改造前小水电站存在主要问题
水晶岗水电站属国有企业，该水电站自1988年投产运行,设备设施已陈旧老化，严重影响机组出力和运行安全。机组运行操作技术落后，发电机、主变压器温升过高，高温天气需减负荷运行。调速器为ST-100型，机组操作控制不灵，油量损耗过大等。水轮机及辅机设备，“三漏”现象严重，由于设备陈旧，经常出现故障。电气一二次设备备品备件无法采购，许多元器件已淘汰，事故检修率高，控制保护信号设备动作不正常。1995年～2005年，10年平均发电量为5470万千瓦时，2006年～2010年5年平均发电量为4656万千瓦时，年均少发电量814万千瓦时，机电设备老化严重影响电站设备的安全和经济运行，小电站增效扩容改造势在必行。
三、小水电站增效扩容改造的主要方法措施
水晶岗水电站增效扩容最主要的方法措施：提高水轮机效率，优化发电机定子、转子部件，改善通风冷却系统等。根据小电站实际存在问题，我们增效扩容改造如下：
（一）提高发电机绕组绝缘性能。绕组绝缘性能直接关系发电机运行可靠性和寿命，同时也影响发电机的技术经济指标。因此发电机绕组绝缘性能的提高将直接影响发电机的改造扩容，本次扩容改造，对发电机定子线圈进行绝缘更新，将原绝缘等级从B级提高到F级（绝缘耐温130°C增至155°C），使导体的传热性能得到提高，同时由于采用了新材料、新工艺，主绝缘厚度得到了减薄，可增加线圈铜线截面，有效的增加了发电机的容量。
（二）选用高导磁、低损耗的优质硅钢片。将原老旧的定子铁芯更换，降低了电机铁损耗，提高效率，增大发电机出力。通过优化发电机定子铁芯结构，改善定子铁芯的冷却条件，为发电机扩容提供了保证。
（三）对空气冷却器进行改造。更换新工艺、新材料制造的空气冷却器，除了可提高冷却效果外，还可保证发电机的运行可靠性。为确保冷却水源的质量以免造成冷却水管阻塞，在取水口加装过滤设备。
（四）对电站施工围堰和尾水淤砂清除。电站尾水渠在施工过程中，施工围堰没有彻底清除干净，对水电站尾水出水有一定的影响。经过几十年的运行，尾水淤积了大量的河砂。本次改造对施工围堰和尾水淤砂进行清除，增加电站有效水头 30cm，对提高水轮机出力，有较好的效果。
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（五）采用“无人值班（少人值守）” 综合自动化设计。根据《小型水力发电站自动化设计规范》（SL229-2011），结合工程实际，水晶岗水电站改造按“无人值班（少人值守）” 的值班控制方式进行综合自动化设计，电站仅在中控室设值班人员。电站综合自动化系统包括：微机监控系统、微机型继电保护、微机型直流系统和微机型水轮机调速器、微机型发电机励磁调节器以及机组自动化元件等。
（六）采用计算机监控系统。随着计算机技术在水电工程中应用日益发展，计算机监控系统已成为电站监控系统的主流模式，继电器逻辑硬布线监控系统已趋淘汰。测控保护一体化式微机综合自动化监控系统和独立式计算机监控系统两种监控系统均可用于小型水电站中。前者，将监控、保护两大功能集成在一起，计算机资源利用率高，可靠性能满足小型水电站的要求，后者，监控系统不含保护功能，系统独立性强，满足大中型水电站高可靠性的要求。根据电站的规模和在电力系统中的重要性，采用测控保护一体化式微机综合自动化监控系统。电站微机综合自动化监控系统采用分布式系统（DCS），由主控级和现地控制级构成。主控级主要包括两套主机工作站，现地控制级主要包括 3 台机组 LCU 和 1 台升压站/公用LCU。主控级与现地控制级之间通过电站局域网进行通信。
(七)对电气设备改造。水晶岗水电站原有电气设备技术较落后，发电机电压侧 6.3kV开关柜为 GG-1A 型，柜内断路器为 SN10-10 少油断路器；主变压器为 SF7 系列，升压站的 35kV 断路器均采用多油断路器，隔离开关为平开式Ⅱ型。电站断路器、互感器、隔离开关等设备漏油、瓷柱破裂、转动轴承磨损、锈卡等现象严重。本次改造根据国内电气设备制造水平，结合广西区内电力行业实际应用经验，采用成熟、先进的新型设备。变压器更换为 S11 型，断路器采用 ZW-35 真空断路器，隔离开关为 GW5-35 带接地电动分合闸，高压开关柜为 10KV 金属铠装型移开式开关柜。电站电气设备的更换，为电站的安全运行提供了有效的保障。
四、小水电站增效扩容效益评价
水晶岗水电站发电机机组增效扩容改造运行磨合后，现三台机组全部达到了3750kW 的设计出力，单机运行情况下，最大出力可达到4000kW。各机电设备运行正常，实现了“无人值班（少人值守）”，完全达到了增效扩容改造目的。
改造前年均利用时数为4532h，年均发电量4351万千瓦时，改造后，装机容量扩容至 3×3750kW，随着发电设备效率的提高及装机容量的增加，年均增发电量达1400万千瓦时。按照国家发改委发布的《建设项目经济评价方法和参数》（第三版）和水利部发布的《小水电建设项目经济评价规程》（SL 16—2010）经济分析，根据财务支出和财务收入，编制财务现金流量表，经计算如下：
财务内部收益率（所得税前） 18.50%，
投资回收期（所得税前） 6.62年
财务净现值（所得税前） 2311.22万元
财务内部收益率（所得税后） 14.86%
投资回收期（所得税后） 7.71年
财务净现值（所得税后） 1492.50万元
从财务分析的数据来看，水晶岗水电站增效扩容改造工程在经济上和财务上可行，具有良好的社会效益和经济效益。
五、结束语
本文结合实例阐述了已建小水电站的增效扩容改造是一个复杂而系统的工程，需要认真分析，综合考虑电站的整体效益，不仅要重视水轮机的选型，而且也要重视水轮发电机和电气设备的改造，如果发电机和电气设备不能与水轮机增效扩容相适应，将会给电站的安全可靠和经济运行带来隐患，也难以真正达到增效扩容的目的。
参考文献：
叶永《小型水电站增效扩容改造方案研究》人民长江2017(4)
蒋君伟《浅析小水电站增效扩容改造》数字化用户2018(25)
论文作者:唐忠春
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/2
标签：电站论文; 水电站论文; 发电机论文; 全州县论文; 监控系统论文; 小水论文; 机组论文; 《基层建设》2019年第32期论文;