水电站增效扩容改造探索与实践

2017-07-12张潜驻马店市板桥水库管理局

河南水利与南水北调 2017年6期

□张潜（驻马店市板桥水库管理局）

水电站增效扩容改造探索与实践

□张潜（驻马店市板桥水库管理局）

水电作为清洁能源，不仅可以利用富裕水资源进行电力供应，满足相关能源需求，同时，又可以完成水资源的合理调配，实现绿色可持续发展。因此，水电资源一直以来都是我国能源的重要组成，为经济社会发展做出了积极贡献。我国水电建设起步较早，特别是一些小水电工程项目多建于20世纪六七十年代，由于运营时间较长，受当时装备水平、设计标准、施工技术等方面的限制，已经不能充分满足当前经济社会发展需求，迫切需要进行增效扩容改造。文章以河南省驻马店市板桥水库水电站为例，对中小水电站增效扩容技术改造进行探讨，提出水电站优化设计的方法措施，以期为广大中小水电站增效扩容技术改造提供借鉴。

水电站；水轮机；增效扩容；技术改造

0 引言

中小水电站作为我国能源供应的重要组成部分，在历史上发挥了重要而积极的作用，既为经济社会发展提供了稳定的电力能源供应；又发挥了防洪、抗旱的重要作用，确保了当地流域的安全。但随着经济社会的快速发展，中小水电站由于运营时间久远，受当时装备水平、设计标准、施工技术等方面的限制，已经不能充分满足当前经济社会发展需求，迫切需要进行增效扩容改造。

1 工程概况

板桥水库位于河南省驻马店市，淮河支流汝河源头，控制流域面积为768 km2，总库容为6.75亿m3，汛限水位110 m，兴利水位111.50 m，具有防洪、灌溉、发电、水源供水、渔业养殖等功能。该水库始建于20世纪50年代，是新中国成立后国家兴建的第一批大型水库之一，先后于1956年扩建加固，1978年复建，后又经历停工，并于1987年复建，1993年建成并投入运营。

板桥水库水电站是国家“七·五”计划板桥水库复建工程的重点项目之一，是板桥水库控制性工程，该电站位于板桥水库大坝南端，利用引流输水管道引水进行发电，经由35 kV变电站并入电网，该水电站总装机达4×800 kW，原设计年发电量为380万kW·h。

该水电站自运营以来，累计发电近万万千瓦时，因运行时间久远，相关设备已经不同程度地出现问题，电站综合能效相对偏低，部分设备运行可靠性降低，严重影响电站的正常运行，为了有效降低电站运行的危险系数，提高电站综合能效，非常有必要对该水电站进行增效扩容技术改造，使其容量进一步增加，安全系数进一步提升。

2 板桥水库水电站存在主要问题

板桥水库水电站自建成已经运行23 a，由于建站时间长、运营时间久，且受当时技术、装备水平所限，水电站存在设备老化及安全隐患等问题，在一定程度上影响了水电站的高效有序运行。

2.1 运行可靠性低

该水电站设计于20世纪90年代，受当时设计理念、技术水平、装备条件等的限制，特别是经过20多年的运行，存在水电站设备老化、技术落后，一些元器件、制造材质等，其防沉和抗气蚀能力较弱，特别是由于焊接技术不过硬，一些转动部件由于长期运行产生变形，导致发生振动现象，严重影响设备的正常运转和设施的整体安全。

2.2 发电效率降低

该水电站由于设计年代较早，最早由苏联水利专家设计，后遭受“75·8”自然灾害破坏，又重新进行设计建设，由于受当时设计水平、理念、工艺和建设手段所限，一些设施出现运行风险。比如：水轮机由于早期使用的以碳钢为主，质量水平制造工艺水平较低，由于长期受水和泥沙的侵蚀，水电站设备的抗腐蚀能力较弱，导致一些水轮机的运行产生振动，甚至会影响设施的整体运行风险。由于这些因素的存在，导致水轮机运行阻尼增加，能效转化效率较低，导致发电效率降低，因此，需要进行技术改造。

2.3 运行存在隐患

水电站由于运行时间较长，出现不同程度的锈蚀，使设备的密闭性大打折扣，一些地方出现不同程度的渗漏现象，甚至影响正常停机；由于设备部件局部产生变形，摩擦生热，导致部件局部湿度升高，无法实现调速器的正常调节；电站整体自动化程度低，自身能耗较大，需要大量的人工进行设备运营维护，增加了运营成本。同时，存在水电站参数设计落后，导致发电机容量及效能转换存在诸多问题，存在带病运行的问题，需要进一步加大增效扩容改造的力度，实现库区安全度汛和发电效益双丰收。

3 板桥水库水电站进行增效扩容改造的意义

根据以上分析，板桥水库水电站存在运行可靠性低、发电效率降低、运行存在隐患等问题，进行增效扩容改造非常必要，对于板桥水库的科学高效运行具有十分重要的现实意义。

3.1 提升发电效益

板桥水库水电站进行增效扩容改造，可以充分利用现有水资源优势，增加水电站发电能力。该水电站的发电机组可以从3 200 kW增容至4 000 kW，增效扩容后年均发电量可达到733万kW·h，年均发电量可以实现近201万kW·h的增量，增效可达近40%，这将进一步挖掘水库发电潜能，以落后设备的小规模更新，较小的投入实现发电效益的提升。

3.2 提升综合效益

对板桥水库水电站进行增效扩容改造，彻底改变设备漏水渗水等问题，可以进一步优化改善水电站周边环境。同时，由于发电效益的提升，并网供电能力进一步提升，可以为周边城镇提供更多的能源及水源供应，可以有效缓解农村电力供应不足的问题，使广大农村电器可以正常使用，持续改善农村生产生活条件，减少传统能源的利用，从而使传统能源消耗方式带来的污染问题得以改观，同时，由于综合自动化系统的引入，可以进一步减小人工作业的工作量，经济效益、环境效益和社会效益十分明显。

3.3 提升安全效益

该水电站进行增效扩容改造，对一些老旧损毁、存在问题的设备进行更换，可以有效解决设计不优、质量存在问题、运行存在隐患等问题，通过设备更新、装备综合自动化管理系统，对一些关键参数进行优化，可以提高设备的安全运营水平和水电站综合自动化管理水平，消除安全隐患，提升安全运营水平，彻底改变水电站安全运营中滞后的问题，从而为板桥水库整个库区的安全运行打下坚实的基础。

4 板桥水库水电站增效扩容改造对策

4.1 扩容改造遵循的原则

根据板桥水库水电站存在的问题，结合板桥水库水电站的运营实际状况，水电站水工建筑物、相关固件运行状态较好，为节约成本，没有必要对其进行更新，综合进行相关效能计算，通过更新水轮发电机组的方式，具有投入小、增容效果好的优势，可以有效提高机组的发电效率，扩大电站的供电能力。

4.2 水轮发电机组设计参数选择

通过对板桥水库历年运行数据进行分析，该水库运行兴利水位为111.50 m，死水位为101.04 m。根据测量记录：该水库尾水位-流量之间成近似线性关系，可知该电站最大毛水头为96.40 m，最小毛水头为94.20 m，板桥水库水电站处于现有水头以下，仍有较大的扩容空间。在对水电站现场尾水管、蝇壳等进行了实地勘察，经过对多个模型进行分析比较，将HLS110C型水轮机转轮替代在原水轮机转轮HL110-WJ-60，并由800 kW增容至1 000 kW，机组运行水头定在6.00～16.00 m以内。

4.3 水轮机组装机选择

根据水能复核计算结果，以及该水库每年来水量及水源变化统计分析，为合理利用有限的水能资源，提高利用效率，结合汛期高水头发电，增加经济和社会效益，需要对电站进行适当增容。在水能复核计算的基础上，水轮机组装机方案为将容量为4×800 kW机组增容至4×1 000 kW，总装机容量增加至4 000 kW。