小型水電站技術改造中應注意的幾個問題

1、小型水電站技術改造中應注意的幾個問題             摘要：列舉了小型水電站機組運行中存在的問題，根據技改工作實踐，提出了做好水電站的技術改造工作必須注意的幾個問題，強調要做好技術改造設計，機組增容改造時一定要重視輸水系統的核算，并抓住水輪機的改造。  關鍵詞：小型水電站 水輪機 技術改造 設計 調研報告 綜述    前言 我國農村小水電資源豐富，可開發(fā)量達，分布在全國多個縣（市）。到年底

2、，已建成農村水電站萬余座，裝機容量達，占全國農村水電資源可開發(fā)量的，其中運行年以上的小水電站的裝機容量，運行年以上的小水電站裝機容量，分別占已建成的小水電站總裝機容量的和。這些小水電站的特點是：裝機容量小（大多在以下），臺數多，技術落后，效率低，制造質量差，安全生產隱患多。有的已經改造或停運，有的正在改造，更多的則急需進行技術改造。 為了宏觀指導小型水電站的技術改造工作，包括立項，改造設計（咨詢），施工，驗收和管理，使之更加科學化、規(guī)范化，水利部于年發(fā)布了行業(yè)標準小型水電站技術改造規(guī)程。近幾年來，各地在小型水電站技術改造工作中取得了一定成績，但還存在一些問題?，F就筆者在規(guī)程編寫調研和實際工作中

3、遇到的一些問題談一些體會。 認真總結，摸清問題 許多小型水電站經過年、年甚至年的運行，積累了許多運行檢修方面的寶貴資料，但是由于人員的變動等多方面的原因，許多圖紙（設計及設備）殘缺不齊，甚至機組上的標牌都已丟失，因此，技術改造前原始資料（包括水文、工程設計、設備及機組運行檢修記錄等）的收集、分析總結十分重要，這是做好技術改造工作的前提。 早期建成的小型水電站，機組運行中常常遇到以下問題： 水輪機主要性能參數（、）與電站實際運行參數不匹配 ）年代以前建成的一些小型水電站，由于當時、當地的客觀條件，存在“有窩找機”或“有機找窩”現象，致使機組參數與電站實際參數不符。 ）我國早期編制的水輪機模型轉輪

4、型譜中可供各水頭段選用的轉輪型號少，不少小型水電站只能“套用”相近轉輪，因而機組偏離電站實際運行參數。 ）對小型水電站水輪機選型設計，有的地方管理部門不太重視，有的設計單位也不夠認真或水平不夠，因而使一些水電站的水輪機轉輪直徑或額定水頭或額定轉速選擇不當，造成機組性能參數與電站實際運行參數不匹配。 ）有些小型水電站建成后，其實際的來水量或水頭等水文數據與設計資料不符或者缺少必要的水文資料，以致選用的水輪機性能參數與電站實際運行參數不適應。 以上種情況中的任何一種都會導致水輪機處于非最優(yōu)工況區(qū)運行，造成機組運行效率低，耗水量多，振動及噪聲大，發(fā)電損失多，甚至水輪機使用壽命大大縮短。 水輪機性能落

5、后，技術陳舊，制造質量差 我國年頒布的水輪機模型轉輪系列型譜中的、等型號的水輪機轉輪有的至今仍在服役。這些轉輪相當于國外上世紀年代年代的技術水平，其主要性能指標（單位流量，單位轉速及模型效率都比較低。 有些小型水電站的水輪機加工質量差，缺陷多，久修不愈，長期帶病運行，出力不足，安全可靠性差。水輪機處在低效率、常發(fā)病條件下運行是不安全、不經濟的。 多泥沙河流上的水輪機磨蝕破壞嚴重 據不完全統計，我國小型水電站中，約有的水輪機存在空蝕和泥沙磨損問題，有些水輪機的大修間隔不到一年，導水葉和水輪機進水閥嚴重漏水，有的甚至難以正常開、停機。有的水輪機轉輪葉片發(fā)生嚴重裂紋或斷裂，不能保證安全運行。 水輪發(fā)

6、電機絕緣老化，推力軸承燒瓦 有些小型水電站的水輪發(fā)電機因運行年代長，定子、轉子的絕緣已嚴重老化，容易引發(fā)接地故障，威脅機組安全運行。由于制造或安裝質量較差，水輪發(fā)電機的推力軸承可靠性低，常導致燒瓦事故。 水輪機與電氣設備不配套 有些小型水電站水輪機的輸出功率大于發(fā)電機或主變壓器的額定容量，形成“大馬拉小車”，使水電站的設計出力受到限制，發(fā)電時出現不正常的棄水現象。也有的水電站發(fā)電機容量大于水輪機出力，形成“小馬拉大車”，既浪費了設備容量，也增大了運行損耗。因此，小型水電站在進行技術改造前，必須查清存在哪些問題，包括實際運行時的水頭、來水量、棄水量、機電設備狀況、水工建筑物及金屬結構運行狀況等，

7、只有徹底摸清問題，才能有針對性地進行技術改造，取得實實在在的改造成果。         優(yōu)化設計，獲取最大的經濟效益 為了做好小型水電站的技術改造，一定要委托有資質的單位進行技術咨詢并做到優(yōu)化設計，還要請專家對改造設計方案進行審查，因為一個好的設計方案，可以出水平出效益，反之，不重視設計，容易出庇漏而造成不必要的返工和經濟損失。例如，浙江橫錦水庫一級水電站，裝機容量×，擬增容至×，委托中國水利水電建設工程咨詢渤海公司承擔技術咨詢，優(yōu)選了主機設備和制造廠家，不僅采用了國內最新技術產品，而且為業(yè)主節(jié)

8、省了機組設備投資萬元，占合同總價的。 小型水電站的技術改造，必須貫徹“四性”原則，即先進性、合理性、經濟性和特殊性。應該針對各個水電站的具體情況，因地制宜，進行優(yōu)化設計。所謂先進性就是要擇優(yōu)選用一個性能先進、技術成熟的好轉輪和配套性能先進、運行可靠的水輪發(fā)電機及其輔助設備；合理性就是要緊密結合和妥善處理本電站的不可變更或不宜變更的制約條件；經濟性就是要在有限的投資情況下，盡量增加年發(fā)電量，提高水電站的經濟效益；特殊性就是特殊問題用特殊辦法處理。例如，針對多泥沙河流上運行的水輪機，既要改善其運行特性，又要采取抗泥沙磨損的綜合治理措施，延長水輪機的使用壽命，只有全面考慮才能較好地達到先進性、合理性

9、和經濟性。多數小型水電站的技術改造以水輪發(fā)電機組的改造為主。在技術改造設計中，一般采取以下幾種方式： ）對于水頭、流量與原設計變化不大，而水輪機設備陳舊、性能落后的水電站，可采用更新改造或增容改造方式。選用該水頭段導水葉相對高度相同或相近的新型轉輪，如無合適的新型轉輪，則應重新（或改型）設計轉輪，或者改進過流部件型線與結構。其目的在于提高水輪機的運行效率，增容，增加年發(fā)電量。例如，北京西郊門頭溝軍莊水電站，裝有臺型機組，單機額定出力，實發(fā)，采用優(yōu)化設計的三葉片轉輪后，單機出力提高到，比原設計提高，比改造前提高。 ）對于水頭、流量比原設計減少了的水電站，宜采取減容改造方式。即根據水電站的實際運行

10、水頭和流量，降低水輪機的額定水頭，減小額定輸出功率，選用合適的新型轉輪或重新設計轉輪，其目的是將水輪機調整到最優(yōu)或較優(yōu)工況區(qū)運行，以提高其運行效率，增加年發(fā)電量。例如，山西省靈邱縣北泉水電站，裝機×，水輪機型號為（，），枯水期實際電站平均流量僅，一臺機也只能帶，因此，專門為枯水期配制了一個轉輪，額定出力，投運后出力反而比改造前增加，多發(fā)電效益十分明顯；又如江西省新余市江口水電站，原設計水輪機型號為（，），電站實際運行水頭僅，機組只能發(fā)，水輪機型號改用后，單機出力提高到，增容。 ）對于水頭、流量比原設計增大了的水電站，應采取增容改造方式。應根據電站實際運行水頭和流量增大的具體條件，提高

11、水輪機的額定水頭，加大額定輸出功率，選用合適的新型轉輪或者重新設計轉輪，其額定轉速應結合水輪發(fā)電機的改造方式確定，最終應使水輪機在較高效率區(qū)運行。這樣既加大了單機容量又提高了水輪機的運行效率，電站年發(fā)電量也有較大增加。例如，廣西靖西縣坡卅一級水電站，裝機×，原設計水輪機型號為（，），而電站實際運行水頭達，故將水輪機型號更換成，每臺機的出力提高，增容；又如浙江省諸暨市石壁水庫電站，裝機容量（××），電站結合保壩工程，將土壩加高，增設溢洪道，提高了運行水頭，故將原型水輪機改為型（轉輪直徑增加），單機容量由增加到，增容，對水輪機尾水管和后蓋板也進行了技術處理，還更換了發(fā)

12、電機定子和轉子繞組并提高了絕緣等。 以上）、）兩種情況，當水輪機功率確定之后，都需要為其配套相應功率的水輪發(fā)電機。對輔助設備也要進行核算，以決定是否更換。 ）對于多泥沙水電站，應考慮泥沙磨損問題，應采用與抗磨措施相結合的改造方式。改造設計中應根據水輪機的過機含沙量，泥沙中值粒徑及泥沙礦物成份等條件，選用單位轉速相近或略低，單位流量適當減小，模型空化系數適當降低，模型效率較高的新型轉輪；并合理加大導水葉分布圖相對直徑，改進導水葉型線，降低和勻化導葉區(qū)流速；同時從結構設計工藝、材料和保護涂層等方面采取抗磨措施，以保證水輪機的安全運行，延長其使用壽命，最終達到更新改造或增容改造的目的。例如云南元江縣

13、中河底一級水電站，裝機容量×，水輪機型號， ，實測最大過機含沙量，泥沙中值粒徑，石英含量高，水輪機過流部件磨損十分嚴重，且發(fā)不到額定出力，大修周期不到一年。技術改造措施：（）按枯水期和渾水期不同泥沙條件分別設計制造個改進型轉輪；（）改進水輪機結構并采取多種抗磨措施（包括采用優(yōu)質材料）；（）開發(fā)了尾水能量回收裝置，回收利用尾水跌水落差。經改造后的號機，出力 由原不到增加到以上，大修周期延長到年，經濟效益十分顯著。 除以上種情況外，對“大馬拉小車”的水電站，可以單獨改造水輪發(fā)電機，為提高絕緣等級或改進通風系統等實現增容，必要時可重新設計制造新的水輪發(fā)電機。主變容量不足可換用新變壓器，舊變

14、壓器仍可用于其他水電站。至于“小馬拉大車”的水電站，若水輪機采取改型亦無增容的可能，則暫按現狀運行，待日后再更新。 要重視輸水系統的核算 在小型水電站增容改造中，有一個關鍵環(huán)節(jié)需要慎重對待，即水輪機輸水系統。尤其是一管多機的引水式壓力輸水系統，應當從水力和調節(jié)保證參數兩個方面進行核算。水力核算即是對水輪機輸水系統的過流量和水頭損失的數值關系進行核算，并繪制水頭損失與流量關系曲線（），以分析選定最大允許的水輪機額定水頭和設計引用流量。 調節(jié)保證核算就是從機組運行特性和輸水系統水力特性兩方面來核算機組運行的過渡過程中可能發(fā)生的最大水壓力和最大轉速升高值，并檢查前者是否在水輪機輸水系統設計水壓力的范

15、圍內，以研究和確定采取加固補強措施的合理性和可能性。 總之，水輪機輸水系統的最大過流量和水頭損失及其所能承受的最大水壓力，是制約水輪機增容的一個關鍵環(huán)節(jié)，不可忽視。否則，會影響技術改造的經濟效益和安全運行。例如，廣東大隆洞水電站，水頭，原裝有臺軸流轉漿式水輪發(fā)電機（德國進口）。水輪機型號，額定水頭，額定流量。發(fā)電機型號為，額定功率。電站為利用洪水期的棄水增加年發(fā)電量，于年在原壓力引水總管上接分岔管，并在原廠房左岸擴建臺軸流定漿式水輪發(fā)電機組（水輪機型號，）。技術改造后曾多次在洪水期做試驗，在額定水頭下，單機運行時均可達到額定功率。但在臺機同時運行時，導水葉開度時，原機只能發(fā)，新裝的號機只能發(fā)，

16、而號機只能發(fā)，臺機總共才能發(fā)，比原臺機時只多發(fā)，比增擴的臺機（）少。很明顯，由于該電站原輸水系統最大過流能力和水頭損失的限制，因而造成洪水期臺機出力受阻，這個教訓值得其他水電站參考吸取。 增容改造必須分清主次 由于水輪機和發(fā)電機是兩個不同范疇的對象，其技術發(fā)展階段不同；也由于水輪機在水輪發(fā)電機組中處于原動機的地位，故水輪機運行效率高低影響顯著；水輪機的選型技術難度較大，影響參數也多，在水電站實際運行中出現的問題也比較多，這是符合客觀規(guī)律的。因此，要求在小型水電站的增容改造中，必須分清主次，首先要抓住水輪機的改造，從而帶動水輪發(fā)電機和整個水電站機電設備及水工金屬結構的技術改造，這是應當遵循的原則。 一定