向宏武

摘 要：从国内外已运行多年的水电站的情况看，老电站逐渐暴露出自身的一些隐患和缺陷，影响电站的运行可靠性、利用率和效益。因此，对已运行了多年的小水电站进行增容和改造，势在必行，本文分析研究了小水电站的技改措施。

关键词：水电站；技改；措施

中图分类号：TV737 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）13-0155-02

小水电的发展带动了工业、农业的发展和人民生活水平的提高。今天小水电的开发，已进入更新改造时期，如何利用好现有的设施设备，是一个我们今后工作中亟待解决的问题。

1 水电站存在的问题

主要存在的问题有：机组设备老化、效率低；机组设计不合理，进水流量不符合现有水流；大坝渗漏严重，缺乏调蓄能力，威胁大坝及水电站安全等。职能主管部门宣传教育、监管力度不够，没有很好地宣传引导，使小水电建设有序进行，小水电站的安全运行管理有序规范。水电站追求最大经济利益，安全生产意识差、安全投入少是存在较多安全隐患的重要原因。安全隐患最多的电站是二十世纪六十至七十年代建造的集体小水电站，这些电站原设计不是很规范，设备落后陈旧，能耗高，大多数已到报废年限，单纯追求经济利益，舍不得投入改造资金，存在麻痹思想，安全意识差，极易发生事故。

2 小水电站的技改措施

2.1 做好技术改造规划

技术改造，可以提高小水电的调节能力，提高保障能力。积极引进先进技术和先进设备，提升科技含量，以科技进步促进小水电发展，达到低投资，高收益的成效。因此，我们必须充分认识到小水电技术改造的重要性，引导企业和社会资本投资小水电的技术改造。同时加强对企业技术改造资金的管理，要严格技术改造资金使用方向，不允许挪作他用，要加强对资金合理使用的监督管理工作[1]。

技术改造的组织管理工作包括：制定企业技术改造规划，企业技术改造规划应在国民经济总体规划指导下，按照行业和地区规划要求，结合企业实际情况，规划企业在一定时期技术改造的方向、规模、重点项目、资金和物资来源与应用；预期经济效益以及各项目之间的相互协调和衔接。

我局是一个拥有15宗小水电站的发电系统，共装机34台，总容量41910千瓦。多数电站建设期在60年代末至80年代初，部分电站从90年代开始相续出现设备老化、水库病险等一系列问题。从90年代开始，我局逐步对各电站列出机组设备改造计划和水库除险加固计划，并聘请专业的科研院所进行规划设计，如先后聘请中国水电科学研究院、水利部珠江水利委员会勘测设计研究院等部门对我局各电站进行考察评估和设计，后期组织改造实施均取得良好成效。

2.2 更换转轮方案

水轮机的转轮是水电站实现水能转变成机械能的关键部件，不同的水头，不同的流量就要用不同型号的转轮。而且同一只转轮在过流量发生变化时其效率也发生变化，如果转轮选择失误，即会导致效率下降，不但不能提高电站经济效益，反而会带来一些负面影响，如发生振动、气蚀等[2]。

近年来水轮机的技术进步突出的表现在：水轮机效率大幅度提高，最高效率提高3%左右，高效率区扩大，选择一个好的转轮可以使得整个机组在额定出力50%-100%范围内水轮机可在90%-95%高效率区运行，综合运行效率提高4%以上。水轮机的单位流量明显提高，一般可提高10%以上，发电出力也可提高10%以上。同时转轮的空蚀损坏减轻，轉轮的空蚀系数有所下降，新转轮多为抗空蚀性能好的不锈钢制造，因此空蚀损坏都能达到国标要求。对那些运行年限较长的水轮机在进行技术改造时，在更换一台合适的新转轮外，其它过流部件除非由于磨损需要更换外，一般仍保留原样，因此投入不大。

在规划整个机组的改造时，首先要选择专业性强的科研院所对需改造的机组进行改造设计，制定可行性方案和经济分析比较并审核通过，然后与制造厂家联系，按照设计要求制造新转轮。但对那些较大型的机组，由于长年运行暴露出一些重大缺陷，如使用年限长、运行不稳定、效率太低、磨损或空蚀严重等，有时为了彻底解决机组隐患和缺陷，也可以考虑重新设计整台更新，更新使其成为一台运行稳定、高效率的机组。为了减少停机检修时间和改善检修的工作环境，也可采用更换易损部件备品的检修方式，即停机检修期把备用转轮、导叶等拆装换新，在修配车间修补磨损的部件，以备下次检修使用。

近十多年来，我局对所管辖的15宗电站中的11宗电站共20台机组进行了转轮增容技改，特意邀请中国水电科学研究院进行技术改造的可行性分析、设计及改造实施，转轮全部改造成不锈钢材质；通过技术改造，机组运行稳定，抗空蚀能力大大增强，运行十多年的机组，在机修期间拆卸检查发现转轮叶片光滑，没有出现很大磨损。同时，改造的20台机组单机发电效益分别增加8-13%，年均增加发电量近600万度，年均增加收入约200万元，技术改造的安全效益和经济效益非常明显。

2.3 发电机改造

水轮发电机经过二三十年的运行，出现发电机线圈绝缘老化局部击穿、线圈局部温度升高、硅钢片局部层间绝缘老化涡流增大发热、转子线圈扎间短路、滑环冒火等缺陷和隐患，造成出力不足，停机检修时间长，严重影响运行安全。在对一些老电站进行改造时，可通过更换机组线圈、整台机组更换或配合转轮更新扩容更换发电机组的模式进行发电机技术改造，同时可改变机组散热风扇，提高轴向和径向风力，并合理分配风道，利用新技术有效地降低风阻，提高冷却效果，使机组能够满载，温升也在国家标准范围之内[3]。

不同电站的技术改造应根据电站具体情况具体分析，进行可行性研究，我局在发电机组改造中，充分利用原设备的基础，对全局达到运行年限及有扩容空间的24台发电机组分类进行改造，对其中17台机组分别更换定、转子线圈，对另外7台机组进行扩容改造，更换新增容发电机3台，4台机组增容更换线圈。经过改造，均达到预期的效果，机组运行更加稳定，故障和事故检修几率大大降低，发电效益明显提高。在原有设备的基础上进行机组改造，以较少的投资，收获了较高的收益。

2.4 主变压器的改造

水电站的发电机组通常是经主变升压后与电网相连接，小水电站老旧主变压器因运行年限长、损耗大，存在很大隐患。（1）变压器温升提高、绝缘加速老化，绝缘薄弱环节容易击穿；（2）难以发足无功功率，并影响机组运行的稳定性，影响经济效益；（3）能耗大，且运行年久老化，时常出现故障影响正常发电，需要及时更新、改造。改造变压器时应采用低损耗的升压变压器，同时变压器容量选择也应该配套机组转轮、发电机的增容技改，以真正达到机组技改增容的效果。

2.5 励磁系统改造

要使发电机安全和稳定地运行，发电机励磁系统的性能是关键，早些年投入使用的三次谐波式、相复励变压器式、双绕组电抗分流式、可控硅半波整流等几种励磁装置，由于调节性能差，易引起振荡，不适应机组并网运行。同时由于无功出力不足，在对电站力率考核时，需赔付较大的无功电费，严重影响电站经济收入。因此很有必要改造励磁方式，增加无功出力，保证安全、稳定运行。

励磁装置的改造应根据原有励磁方式进行改造，改造后要保证性能良好、空载电压调节范围宽，并网后运行稳定，无功功率调节方便。如我局的南丰电站（2×10000kw）、和庆电站（3×1250kw），原励磁方式均采用励磁机励磁，运行中故障多，励磁不够，后期全部改造成可控硅励磁系统；同时，我局其它13宗电站也全部将老旧励磁系统更新改造为可控硅励磁系统，保证了安全稳定运行，有效解决了无功出力不足的缺陷，每年相应少赔付约20万元左右无功电费，经济效益十分明显。

2.6 调速系统的改造

并网运行的小水电站一般不参与系统调频，调速器仅作用于正常开、停机、调节正常有功负荷以及事故停机。所以早期建设的小水电站普遍采用手、电两用电动调速器及机械液压调速器，其结构简单、投资省，操作与维护简单。但是存在问题是：（1）电动调速器如果与可控硅励磁装置配合，则因为事故停机时发电机主开关联动跳灭磁开关，发电机没有机端电压，其电动调速器失去操作电源无法关机，容易造成飞车事故。（2）机械液压调速器随着科技发展已属淘汰产品，因无相应配件更换、维修工作量大已无法适应机组运行需求。

根据以上缺陷，必须更新改造调速系统，具备条件的均应该更换智能化高、性能可靠、维护方便简单的微机调速器。近年来，我局分别采用整台更换微机调速器和利用旧机械液压调速器改造成微机调速器的模式，对全局所辖电站调速器更新改造成智能微机调速器，智能微机调速器采用交直流双电源供电，安全性、可靠性都非常高，实际运行效果非常好。

2.7 水库除险加固、提高调蓄能力

小水电站多为径流电站，同时也相应建有水库或前池用于蓄水发电。因为我国大多数水库建于50年代末和60年代初，许多水库存在着防洪标准偏低，达不到有关规范、规定要求，以及工程本身质量差，工程老化失修等问题，形成了大量的病险水库。许多病险水库因存在的安全隐患，汛期只能降低水位运行，调蓄能力大减；有些险库淤积严重，直接影响其效益的进一步发挥。有些病险水库，只要采取一些投资不大的工程措施，就可新增部分库容和恢复库容。在水库的病险得到有效排除的前提下，提高水库的安全级别和使用年限，发挥水库自身经济效益和社会效益。

近十多年来，我局针对1958年至60年度兴建的1座大一型水库、2座中型水库、2座小型水库共5座水库分别进行了除险加固，有效提高了水库安全运行系数，恢复了库容，提高了运行水位，电站发电量和经济收入明显增加。

2.8 改废立新、实行电站恢复

近年来，小水电造价每千瓦已为8000元左右，小水电建设资金严重不足，个别电站因电网延伸供电而报废的小型电站机组设备尚可利用，水工设施亦较为完整，只需适当改造并增加并网所必须的设备即可并网发电。经分析测算，恢复电站每千瓦投资在2000元以下。特别是边远地区电网电力不保障、可靠性不高，为解决乡村供电具有较大意义。

3 结语

小水电的技术更新改造，首先是更新将要达到使用年限或设计不合理，影响稳定运行的机电设备；修复运行年限长、不符合运行标准的水库、水工建筑物。因此，电站的技术更新改造，不仅是在原来的技术水平上更新改造，同时是水力资源重新配置及合理利用、环境保护与电力市场需求等问题，寻求适应不断发展的社会经济的新需要。从这个角度看小水电站的技术更新改造就要以社会经济发展对水电的要求为动力，以先进的科学技术为依托，采取多种综合技术措施，达到节省资金，见效快捷，提高经济效益的目的。

参考文献

[1]朱世静.金田水电站砌石支墩壩[J].广西水利水电，1980，（2）：3-11.

[2]加速农村小水电的建设——宜昌市水电设备工业公司为南边水电站提供成套设备[J].中国机械工程，1980，（1）：71.

[3]海南省松涛水利工程管理局.松涛水利工程志[M].广东科技出版社，1996.