关于水电增效扩容改造设计的研究

关于水电增效扩容改造设计的研究

庞毅煜

廉江市水利水电勘测设计室

【摘要】本文通过对小水电增效扩容设计改造进行分析探讨，从而为小水电增效扩容工程设计提供了参考意见。

【关键词】增效扩容；改造设计；水轮发电机

一、改造设计内容

1.1改造设计原则

增效扩容改造设计应遵循《农村水电增效扩容改造项目初步设计指导意见》中的要求，以提高综合能效和安全性能、促进水资源综合利用、维护河流健康为目标。改造内容应以机电设备更新改造为重点，并对影响发电效益、工程安全、河道生态和运行环境的挡水、泄水、引水、厂房等建筑物、金属结构及送出工程等进行必要的改造。增效扩容改造项目不增加原有机组台数，原则上不新增移民和永久占地。从水电站水能利用过程和现今行业发展趋势来看，水轮机组及其附属设备、发电机组及其他电气设备以及综合自动化是农村小水电改造的主要内容，也是决定设计成果是否达到增效目的的关键因素，因此，改造任务应主要抓住这三方面改造设计。

1.2水轮机及其附属设备改造

水轮机技术改造应遵循先进性、合理性、经济性的原则，再根据河流具体水质情况，通过更换新型转轮或改进通流部件型线与结构，提高水轮机运行效率。最终达到增效的目的。

调速系统、进水阀、起重设备等则根据机组设备技术改造要求和工程具体情况，对水力机械辅助设备系统作相应的校核改进或更新改造。

1.3发电机及变配电设备改造

发电机的技术改造，首先应考虑与水轮机在容量上互相配合。并根据设备实际情况与制造厂研究协商，采用新材料、新结构和新工艺，并选定合理的改造方式和范围达到改造目的。

可通过改进通风冷却系统；更换定子绕组和转子磁极线圈或同时提高绝缘等级；增加定子和转子磁极的铁芯长度或重新设计、制造符合增容要求的发电机等方式完成。变配电设备主要包括主变压器及其他电气设备。这部分设备主要以更新换代为主：老式变压器应更换为新型节能型变压器；其他电气设备（如断路器、隔离开关、高压开关柜、电缆、母线、互感器及高压出线等）均应在满足各种可能运行方式下回路持续工作电流和动、热稳定性要求外，优先考虑安全可靠性高、节能环保型设备。

1.4综合自动化改造

大部分水电增效扩容改造项目由于受当时技术水平和经济条件的制约，电站根本无法实现自动化或者自动化程度很低，远不能实现现代化运行的需要。因此综合自动化改造升级也是小水电改造的核心。

综合自动化改造应统筹兼顾国家和部颁标准、根据电站装机规模，从经济实用的原则分别对监控系统、励磁系统、同期系统、调速器、继电保护装置和直流系统进行改造和增设。电站改造升级后，要求当保护装置动作时，在没有运行人员干预的情况下，能够实现自动停机；有条件的水电站还可进一步改造为无人值班遥控水电站。

二、水轮发电机组施工设计探讨

2.1水轮机组问题分析

发电机因散热不好而导致局部温度过高，绝缘老化，随时有被击穿的危险。调速器严重老化，机械反馈系统磨损严重造成机组稳定性差、反应迟钝、并网困难。机组自动化功能几乎丧失殆尽。

2.2水轮机组改造设计

①该电站原装机容量4×2500kW，总装机10000kW。原水轮机型号为单喷嘴CJ26-W-110/1×14水轮机，本次改造选用效率更高的水轮机JA475-W-110/2×11水轮机。

②原有4台发电机型号陈旧、效率低下，发电机散热不好，升温快，绝缘老化变性，随时有被击穿的危险。因此，此次技术改造4台机组均需要更换原发电机，采用与CJA475-W-110/2×11水轮机配套的SFW2500-10/1730发电机。

③水轮机改造前和改造后性能比较见表1。

从表1中看出，水轮机机组改造后，水轮机组运行效率更高，达到额定出力所需额定流量更小，更加充分利用水能资源。

2.3辅助设备改造施工设计分析

①调速器老化，机械反馈系统磨损严重造成机组稳定性差，反应迟钝，增减负荷慢。此次改造机组调速器选用目前可靠性及自动化高的YWT-300系列低油压微机调速器，油压装置和调速器一体化，安装调试方便，非常适用于中小型水轮发电机组的调节与控制。

②励磁装置没有微机接口，不能实现自动化。该电站此次改造励磁系统采用微机型自并激、可控硅整流励磁系统。

2.4电气设备的设计改造

该电站由于投入运行年代已久，一些设备已经陈旧老化，甚至处于带病状态，变压器为高耗能变压器（SJ型）属电力部门城（农）网改造淘汰产品，既有高压断路器为含油型断路器，均属国家淘汰产品，且高压开关柜不满足“五防”要求，低压开关柜不具备3C认证，因此该电站电气设备更新改造如下：

①更换既有高耗能主变压器（两台7500kVA），采用S11型节能变压器，容量为两台8000kVA。

②更换既有含油型高压断路器及不满足“五防”要求的高压开关柜，采用无油型的真空或六氟化硫型高压断路器及满足“五防”要求的高压封闭式高压开关柜。

③更新既有自动化系统，采用微机监控综合自动化系统。

④更新既有不具备3C认证的低压开关设备，采用具备3C认证的低压抽出式开关。

2.5增效扩容的效益分析

2.5.1生态效益

项目实施后以水电替代燃煤火力发电，节省标准煤约8155t，从而有效减少用煤发电而产生的烟尘、二氧化碳、一氧化碳和二氧化硫等，促进节能减排方针的顺利实现。通过改善老旧电站进行增效扩容，改善河流的生态。

经济效益

该电站增效扩容改造工程系在不增加电站装机的情况下通过更新部分机电设备和对原有厂房进行整修，项目实施后，总装机容量为10000kW，年增发电量2179.2万kW•h，相应巩固和增加电站的发电能力，计算年发电的国民经济效益为753.13万元。

2.5.2社会效益

以增效扩容为契机，鼓励同一河流、区域农村水电开展联合优化调度，充分发挥已建水电发电潜力和水资源综合利用效益推进河流梯级综合调度，同时通过加强管理，逐步恢复该电站可持续发展能力。项目实施后，可有效降低该地区自供电价，促进“家电下乡”等惠农政策的落实；可促进该地区农民以电代柴，巩固退耕还林成果，保护和修复该地区自然生态环境；同时可进一步变资源优势为经济优势，壮大农村集体经济，促进农民增收，加快农村基础设施建设，美化村容村貌，促进社会主义新农村建设。

三、结论

当前许多小水电由于受当时技术水平和经济条件的制约，普遍存在设备设施老化，能效逐年衰减，不仅大量浪费水能资源，影响河流生态环境，还带来不少安全隐患。全面推进农村水电增效扩容改造，不仅能提高水能资源利用效率，消除公共安全隐患，更有利于促进节能减排，保护河流生态环境。

参考文献：

[1]肖景贤，朱万清.西沟水电站增效扩容改造效果分析[J].黑龙江水利科技.2016（04）

[2]田中兴.总结分析试点经验和成效助推增效扩容改造全面实施[J].中国水能及电气化.2013（Z1）

[3]陈文丽.水电站增效扩容改造过程中常见问题分析[J].科技与企业.2015（23）