徐素云+金慧芬

摘 要：当前有相当一部分小型水电站都存在能源浪费严重、电站运行效率低、机电设备老旧等缺点，为了保证小型水电站的运行效率，需要对小型水电站进行增效扩容。基于此，本文对小型水电站增效扩容改造技术的要点进行分析探讨。

关键词：小型水电站 增效扩容 改造技术 要点

在我国经济水平的快速发展下，小型水电站发展迅猛，对山区经济产生了较大的影响。由于早期修建的水电站缺乏完善的水文资料，在设计和规划时不够科学，一些水电站存在设备选型不合理、闲置容量多、节能效果差等缺点。对这些水电站进行增效扩容改造，可以充分挖掘出小型水电站的潜力，提高其经济效益。

1.小型水电站增效扩容改造的目的

在对小型水电站进行增效扩容改造时，首先要明确改造的目的。当前很多改造方式都是通过替换工作效率更高的不锈钢转轮、替换机组等措施来进行增效扩容改造。而对水电站进行改造的最终目的是为了提高其效益，因此就需要考虑是否对机组进行替换以及替换机组后是否可以提高机组的工作效率。此外，还需要考虑环境目标、社会目标和技术目标。

1）环境目标。对小型水电站进行增效扩容改造后，要可以提高空气的质量，降低排放的二氧化碳量，对河流的生态环境进行修复，保护河流中的生物。

2）社会目标。要可以将农村水电的抗旱、防洪、灌溉、供水目标发挥出来，使广大农民群众受益。

3）技术目标。金属结构和水工建筑要可以达到运行的基本要求。机组的组合效率的平均值要在86%以上，将设备的完好率控制在100%，提高水电站的现代化水平。要将水电站长期存在的各种问题解决，消除设备存在的隐患，降低水电站运行对人的依赖程度，对设备配置进行优化，降低厂用电设备和电站的能耗。科学合理的对电站进行改造，降低水电站的维护成本和运行成本。

4）经济目标。要在对现有发电能力进行巩固的基础上，利用增效和扩容的方式增加发电收入，对当前农村水电的经营情况进行改善，将资源优势充分发挥出来，增加农民的经济收入。

2.增效扩容改造技术的要点

2.1发电机的改造

在改造发电机时，需要重新对绕子绕组和定子绕组重新进行嵌线，一般换用直径较大的铜线绕制。此外，老式发电机多使用黄蜡布、B级耐热等级的青壳纸等作为电机的绝缘材料，厚度大、耐热效果差。而使用聚酰亚胺薄膜、聚芳酰胺纤维纸配合聚酯薄膜这些新型的绝缘材料，不仅绝缘效果好，并且可以将电机槽绝缘耐热性提升至F级、H级。增加了发电机的额定电流和容量。值的一提的是，励磁系统的励磁功率、微机调速器的调速能力也要随着发电机的容量增加而增加。重新计算保护动作定值，并根据新的保护定值对保护监控单元进行整定。对于一些容量过小的发电机，即使进行改造依然不能达到改造目标，要对这类发电机进行更换。

2.2水轮机的改造

作为水电站的一个主要组成部分，水轮机的效能对水电站的生产效率有比较大的影响。在改造过程中，需要根据具体的情况实施改造。对于老化严重的水轮机直接进行更换。现在生产的叶轮不管是在质量、材料方面，还是在抗腐蚀方面都有了显著的提高。更换后一般可以提高15%～20%的工作效率。

2.3选择高低压开关柜

在选择高低压开关柜时，主要根据断路器来进行选择的。对于35KV、110KV的电压等级要使用六氟化硫断路器，对于35KV、10KV、6.3KV的电压等级要使用真空断路器。禁止使用已经被淘汰少油断路器。对于35KV电压等级，可以使用KYN61-40.5或JYN1-40.5高压开关柜，对于6.3KV、10KV电压等级使用KYN28A-12或XGN2-12系列开关柜。对于400V的电压等级，可以使用GCS、GCK、MNS抽出式低压开关柜。

2.4选择自动控制系统

为了实现小型水电站无人值守的管理效果，需要选择合理的自动控制系统。通常要选择具有冗余设计的设备，保证部分二次设备元件损坏后，发电机依然可以正常运行。提高水电站控制的可靠性以及运行的安全性。

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如下：

1）微机调速器。作为水电站的一个核心设备，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。储能罐使用高压氮气罐，可以连续使用8～10a，不仅保证了水电站的稳定性和安全性，还降低了资金投入。

2）微机保护装置和可编程控制器。在选择微机保护装置时，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。选择PLC可编程控制器时，建议选择GE的RX3i、施耐德的Quantum、Premeium系列产品，这些产品均由大厂家生产，质量可靠性高。

3）励磁装置的选择。在选择励磁装置时，建议使用具有双微机励磁调节器的自并励系统，这类系统具有良好的调节性和可靠性，可以适应水电站不同的工作状态。

2.5400V低压机组自动化系统的改造

当前大约有80%左右的水电站均装配了400V低压机组。由于这些设备比较老旧，自动化程度低，在运行过程中，需要投入大量的人力进行调节，发电质量低，无法达到现代化电网的基本要求。因此，需要对其进行改造。当前已经有集成了400V低压机组的所有功能的自动控制装置，通过和智能型万能式断路器相互配合达到同期化自动并网操作的目的。极大提升了水电站自动化水平。如图1所示。

该低压机组自身已经具备励磁功能，不用再配置微机励磁设备，可以在同一个屏幕中安装发电机二次测量、发电机保护、发电机控制等，使设计得以简化。并且可以从结构上在屏内将弱电和强电隔离开，保证了电站运行的可靠性和安全性。

3.水电站增效扩容的气体改造措施

1）对前池容量进行增加。一般情况下，径流式水电站主要使用前池来进行一般调节。调节能力差。如果修建立日调节池，可以显著增强电站的调节能力，使电站的装机容量得以增加。

2）对水电站进行扩容。一部分小型水电站以前设计时过于要求可利用的小时数，导致电站的设计容量均比较小，一些分径流水电站在丰水期会产生比较多的弃水。此外，在设计水库电站时，为对电站的调峰容量进行考虑，导致装机容量过低。进入丰水期后，电站调峰能力差，无法达到调峰运行发电的目的。所以，需要对这类小型水电站进行扩容改造，不仅提高水电站的调峰能力，并且可以降低弃水量，使水电站的经济效益得以提升。

4.结论

总而言之，在对小型水电站增效扩容改造的过程中，可以使用的技术措施非常多。实际应用过程中，要根据水电站的规模情况、水文情况，结合不同产品的具体特点制定技术方案。达到增加机组容量、提高水电站效率、提高水资源利用率的目的。

参考文献：

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[2]黄文宝，胡兰芳，卢任文.400V低压机组水电站完全无人值班远程自动化系统[J].小水电，2013（01）：40-43.

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