王闻通 仲子夜（江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200）

1 概况

为深入贯彻落实中央水利工作会议精神，大力推进节能减排和社会主义新农村建设，财政部、水利部决定，自2011年起，从可再生能源发展专项资金中安排资金，实施农村水电增效扩容改造工程，我省属于第一批6个试点省份后扩大试点的省份之一，也迎来了难得的小水电增效扩容改造机遇。我处高良涧、运东、腰闸、运西水电站作为我省这次被列进改造计划的19个小水电站中的一部分，开展实施了小水电站增效扩容改造工作。

江苏省灌溉总渠管理处小水电站增效扩容改造工程包括高良涧、运东、阜宁腰闸、运西4座小水电站，均建在苏北灌溉总渠之上。运西水电站始建于1977年12月，共装有10台套竖井贯流式水轮发电机组，总装机容量为2000kW。高良涧闸水电站始建于1994年，装有4台套立式水轮发电机组，总装机容量500kW；运东闸水电站始建于1969年，后逐渐通过改造，建成4台套立式水轮发电机组，总装机容量500kW；阜宁腰闸水电站始建于1975年，后逐渐通过改造，建成4台套立式水轮发电机组，总装机容量500kW。

2 水电站存在的主要问题

我处4座水电站，即使建站时间最晚的高良涧水电站也运行接近了20年时间，这几座水电站经过多年的运行，普遍存在设备设施老化，技术落后和超期服役的问题。由于在运行管理方面没有稳定的维修养护经费来源，单纯依靠自身力量进行全面技术更新改造，存在诸多困难。

2.1 设备老化，发电效率降低

我处4座水电站，由于受当时的设计理念和设备制造工艺水平的限制，加之经过多年的运行，目前几站主机组基本已超过正常使用年限，水轮机汽蚀严重，容积效率降低，主轴磨损严重，疲劳强度降低；发电机、变压器等设备绝缘老化严重，辅助设备及保护部分技术落后，故障率高；闸门、拦污栅等金属结构漏水、剥蚀严重的问题普遍存在，致使水电站水能利用率下降，不能确保安全运行。

图1 叶片磨损严重

图2 发电机绝缘材料开裂、老化

2.2 运行条件变化，影响发电效率[1]

近几十年来，随着社会经济的发展和自然气候条件的变化，水电站上下游用水量增加，水资源日趋紧张，水情调度原则和灌溉运用制度也发生了相应改变。同时根据我处几座水电站近十年上下游年平均水位统计发现，水电站近十年的毛水头远低于原水轮机设计水头，机组的运行现状都是偏离高效区的，机组已不能在原设计条件下运行，造成水能资源的浪费，影响到水电站效率的正常发挥。

2.3 水工建筑物破损失修，安全隐患增多

几座水电站水工建筑物经过多年使用，结构混凝土碳化严重，保护层剥落，存在破损、渗漏、裂缝等现象，进水流道淤积严重，特别是运西分水闸水电站1#、2#机进水流道之间的隔墩上贯穿洞，在平时机组检修时，涌水量很大，需堵漏。这些都导致水能利用率降低，存在安全隐患。

3 水电站开展增效扩容的必要性[3]

由于我处水电站现状已严重影响了安全经济运行和水力资源的充分利用，因此开展小水电站增效扩容改造工程十分有必要。

3.1 恢复发电能力

开展农村水电增效扩容改造工程，可在相当大程度上恢复这几个老电站生机活力，使它们重新发挥应有的经济效益。这几个老电站虽然存在着很多的问题，尤其在设备上，但它们运行基础条件还在，对它们的主要水轮发电机组设备进行更换，相对来说，以较少的投入达到水电站增效的目的，提高了发电效益。

3.2 发挥环境和社会效益

这几个水电站利用洪泽湖弃水和余水发电，在充分利用清洁能源，解决农村电力供应的同时，对改善农村基础设施和生产生活条件，促进本地农村经济可持续发展以及减少污染物排放等方面发挥了重要作用，得到了本地老百姓的普遍认同。

3.3 改善小水电站安全现状

开展小水电站增效扩容改造工程，也有利于改善小水电站的安全现状。我处小水电站普遍超期服役，主要设备老化、运行不稳定，存在着诸多安全隐患，给小水电站的安全运行和管理带来较大压力。对小水电站的主要设备进行更新改造，彻底消除安全隐患，能大大改善小水电站安全现状，保障小水电站安全运行。

4 水轮发电机组改造方案

4.1 基本原则

根据我处小水电站的存在问题并结合近些年实际运行情况，本次改造以提高发电效益为目标，以增效为目的，更换新的高效率的水轮发电机组。

4.2 水轮发电机组设计参数选择[2]

本次改造高良涧、运东、阜宁腰闸小水电站水轮机是立式轴流定浆式水轮机，运西分水闸小水电站是竖井式贯流水轮机，每台机组设手电动调速器。主要参数如下：

1）额定水头。根据这4个小水电站多年运行发电时上、下游水位统计，以上、下游年平均水位差作为电站的设计毛水头，再考虑进水口拦污栅、压力水管等损失后，确定水轮机的设计水头。高良涧闸小水电站的的设计水头为3m，运东闸小水电站的设计水头为3.3m，腰闸小水电站的设计水头为2.75m，运西分水闸的设计水头为2.5m。

2）转轮直径。本次改造保持原机组规模不变，水轮机转轮直径与原机组一样，立式水轮机转轮的标称直径为1200mm，卧式水轮机转轮的标称直径为1600mm。

3）额定转速。高良涧和运东闸小水电站水轮机额定转速为250rpm，腰闸小水电站由于水轮机水头只有2.75m，为保证运行效率同时兼顾到运行水头段内的稳定运行，所以在机组设备实际设计时将水轮机的转速由250rpm下调至235rpm。

4）额定出力。由于本次改造主要原因是水轮发电机组设备老化、性能下降严重，因此，4个小水电站的装机容量及台数保持不变，在设计水头及规定范围运行内，立式水轮机组的出力保证值不小于125kW，卧式水轮机组的出力保证值不小于200kW。

4.3 水轮发电机组模型选择

根据以上设计原则，本次总渠管理处小水电站增效扩容改造工程立式和卧式机组分别选用河海大学研制的HZD-01型和HGL-WS-01型水轮机模型，根据模型综合特性曲线，分别经过计算，叶片角度为0°时，运东闸水电站水轮机水轮机额定转速n=270r/min，额定流量Q=5.802m3/s，效率η=75%；腰闸水电站水轮机额定转速n=260r/min，额定流量Q=5.53m3/s，效率η=74.1%；水轮机额定转速n=270r/min，额定流量Q=5.714m3/s，效率η=70.0%；运西分水闸水电站水轮机额定转速n=187.5r/min，额定流量Q=10.51m3/s，效率η水=81.0%。通过计算，4个水电站设计水头下水轮机出力都满足设计要求。

5 增效扩容经济效益分析

分别以运东闸水电站和运西分水闸水电站举例说明，运东闸水电站装有4台水轮发电机组，总装机容量为500kW，根据改造前3年统计数据，平均年发电运行时间为17038台时。改造后虽然机组装机容量没有增加，但机组效率得到显著提高，能够达到额定出力，改造后机组发电功率按N=125kW计，则年平均发电量W=N×T＝17038×125＝213万度，与改造之前年平均发电量相比可增加65万度。运西分水闸水电站共装有10台水轮发电机组，电站总装机容量为2000kW，同样道理计算，改造后年平均发电量W=N×T＝40507×160＝648万度，与改造之前年平均发电量相比可增加192万度。目前本市上网电价为0.38元/kW·h，则运东闸水电站年可增收24.7万元，运西分水闸水电站年可增收72.96万元

[1]马金华，梅荣柱.低压水轮发电机组运行与维修[M].南京:河海大学出版社，2005

[2]GB/T 50700-2011，小型水电站技术改造规范

[3]陈建平.罗田水电站水轮发电机组增效扩容技术改造[J].广西水利水电，2012（1）:50－51