水电站的增效扩容改造实践

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水电站的增效扩容改造实践

黄小华

（湖南省洞口县田函坝水轮泵站，湖南 邵阳 422314）

摘 要：针对水电站项目增效扩容改造，结合实例，从进入现场和加强总结开始，提出增效扩容改造的实施方法，

以此为水电站大规模开展增效扩容改造提供参考借鉴，以达到预期的增效扩容改造效果。

关键词：水电站；增效扩容；改造实践

目前，很多既有水电站运行了很长时间，由于在建造时期技术水平相对较低，加之长时间的连续运行，部分电站的设备严重老化，出力无法满足实际要求，导致事故频发，对电站安全生产及经济效益都造成很大影响。针对这种情况，应加快速度开展增效扩容改造，制定合理可行的增效扩容改造实施方案。我站是一个集灌溉、发电、通航为一体的径流电站，设计装机容量4×650 kW，设计水头5 m，设计流量为16.8 m3/s，1986年投产至今30余年，设备陈旧老化，安全生产隐患重重。加之河床无规划地开挖采沙，河床淤堵，尾水节节高升，坝基渗水严重，给安全生产和人民群众生命财产安全带来威胁。自2013年我站针对上述问题不断改进改造，投入资金上千万元，对变压器、水轮机、发电机、控制屏进行改造、大坝除险加固，疏通尾水，单机出力由以前的650 kW提高至800 kW，四台机组满发时出由以前的不足2 200 kW提高至3 000 kW，年发电量由初期的900 万kW逐年增加，今年可望达1 450 万kW，增效扩容成效显著。现结合我水电站实际情况，对其增效扩容改造的实际开展做如下深入分析。

1 进入现场，加强总结

很多水电站截至目前已经运行超过30年以上的时间，设备老化，效益较低，亟须开展技术改造。对此，从事于改造工作的人员应积极进入现场掌握第一手资料，并且现场的技术人员也应不断积累在设备运行及检修等诸多方面的经验、资料；由于电站也在持续进行改造与设备更新，所以可能和现有保存的资料存在明显差异。除此之外，因人员上的变动，加之管理不到，使得很多图纸、资料丢失。所以在改造开始前，必须加强资料收集工作，汇总运行人员针对现有设备设计运行情况的认识及看法，是做好改造的重要基础。设计人员必须主动收集各方面资料，同时建设单位及运行单位也应大力支持，及时且如实反映实际情况，这是保证增效扩容效果的关键所在[1]。另外除了收集有关资料，还需实地考察测量核对关键数据，以确保所收集资料真实有效。

2 保证水能利用率

年发电量除了和装机容量关系如表1所示，在水电站中，水头与机组的引用流量为影响机组出力的重要指标，因电站近几年来水文不断延长，实际的来水量会发生变化，导致在防汛调度方面存在差异。另外，电站运行时间较长，因冲砂与淤积等问题，下游水位较之前会有着明显变化，同时梯级

开发模式的实行也会对上下游实际水位造成影响。选择与改造水轮机转轮之前，为了达到理想效果，需要对设计水头实施复核计算。由于设计水头发生变化将对水轮机选型造成很大影响，所以对所有增效扩容电站，均要以引用流量为依据，对水头的损失进行准确计算，复核并选取适合的设计水头，能为选择良好的转轮奠定基础，达到理想效率与出力，保证年发电总量。若电站尾水河道拥塞情况较为严重，使设计尾水位有所上升，实际利用水头明显下降，导致出力减小，对此要做好河道清理，把实际水位限制在允许范围之内。尤其是水头较低的电站，其尾水水位发生变化将对机组的出力造成很大影响，因此做好河道清理就能获得理想经济效益[2]。

表1 水电站装机容量和年发电量之间的关系

项目装机容量/kW

2 0002 2002 4002 6002 8003 0003 200年发

电量/760

790

810

815

820

825

830

万kWh

在增效扩容过程中，重点在于对机电设备进行的改造，其目的为提高经济效益，保证安全运行。在机电设备当中，水轮机转轮为能量转换重要部件，投产时间较长的水轮机，因当时技术水平较低，过流能力不足，性能相对落后，且加工制造存在工艺质量问题，使效率无法满足实际要求；另外，长时间的高负荷运行会使叶片发生汽蚀，致使叶片的形状发生明显变化，最常见的表现为间隙增加，效率因此大幅降低。对此，应选择技术可行且性能良好的优质转轮。因受到水工结构尺寸因素的影响，而且无法对水工结构实施较大改动，所以转轮选择需要以设计水力参数为依据实施针对性设计，以此满足当前结构等方面的要求，使改造之后的转轮满足各项要求。3 深入开展安全复核

对水电站进行增效扩容的方法主要包含下列几方面：其一，选取合适的新转轮，保证效率；其二，增加设计水头；其三，提高机组的引用流量；其四，对上述几方面同时进行考虑。

从现有水电站角度讲，除了原设计不满足要求，通常不会增大水头，减小水头的情况比较常见，但它并不能有效加快转轮效率。因此，想要实现增效扩容目标，需在保证运行安全的基础上，提高引用流量；与此同时，更换转轮实现

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发电机的扩容之后，各项技术参数将发生明显变化。为了使电站的运行依然正常、安全，需在设计中以改造之后的各项参数为依据，对包含机墩、厂房及引水系统在内的各个部位进行分析和安全复核，确认能否满足安全要求，若无法满足要求，需进行有效加固处理，也可采取其他可行的措施[3]。

以确保计算结果为依据，结合各项参数，复核引水系统，确定它的压力管道、过流能力与引用流量等能否达到要求，同时采取技术经济对比的方法，制定合理可行的方案，证明在实施了增效扩容之后，不会使水工建筑受到影响而产生危险，使其安全可靠运行。若通过复核计算认为增效扩容可能对水工建筑造成较大影响，则需要开始论证，切勿盲目开展增效扩容，达到预期目标即可。部分单位及个人过度追求增效扩容效果，认为水量的不断增加能有效提高机组容量，忽视对安全的考虑，安全复核工作敷衍了事，使之后的正式实施工作面临很大的困难，并产生不同程度和类型的安全隐患。

4 制定合理可行的改造方案

以水能复核结果为依据，在流道与基础的尺寸都保持不变的基础上，应选择3个以上新转轮实施技术与经济的对比。优先考虑平均效率相对较高且过流能力较强的。若转轮自身过流能力具有加大的空间，但因为引水系统方面的原因无法加大，则要在保证安全的基础上，或保持不变，或对引水系统进行改造，其开挖与支护施工如图1、2所示，不可单纯为了扩容而进行扩容[4]。

开测装通安出转延挖量钻

药风全渣入伸支下风准放孔爆散处、护

一水备

线

破

烟

理

清底

循电环线路、

图1 引水系统开挖

砂浆拌制

施工准备

放样

钻孔

清孔

注浆

安插锚杆孔口封堵

锚杆加工运输

拉拔试验

图2 引水系统支护

在30年前建造的水轮发电机，以B级绝缘较为常用，其硅钢片的质量较差，且损耗巨大，为了实现增容目标，需要对定子绕组与相关部件实施改造，采取增大绕组线规与减小绕组电阻等方式来实现增容的目标。从老旧机组的角度讲，因受到机墩尺寸的影响，需要对增容幅度及改造适宜范围进行分析，可以采取对绕组进行改造与加装通风冷却系统等措施来保证在增容幅度，但这一幅度有限，很难达到25%以上。

通常而言，电机容量需要和水轮机的出力保持配套，如果在确保安全的基础上，考虑一定程度的出力超出，则在允许的范围之内，发电机实际容量可在设计要求前提下按照出力105%~110%来考虑。若发电机的容量和水轮机进行配套的过程中，由于受到机墩等影响因素的限制，亦可通过功率的提高来确保处理可以达到要求。

在实际的改造设计工作中，应对设备实际情况进行深入考虑，对改造部件具体状况及更换之后的技术参数要有十分详尽的阐述，包括更换的目的与方法，以及更换之后要满足什么样的要求等。针对难以判断的部件，比如转子磁轭与定子铁芯，要做好监测工作，以便给出正确判断及分析，确保它和新部件有着一致的使用寿命，解决只要增效扩容就必须进行整套更换的问题，进而从根本上防止由此造成的浪费，使改造费用得到最大程度的利用。5 结语

综上所述，在实际的增效扩容过程中，因为受到很多因素的影响及限制，使既有水电站不会像新建项目那样来设计与施工，需要对所有影响因素进行综合考虑，权衡利弊，从诸多方案当中选取最为适宜的方案，以此保证方案的可行性、合理性与经济性。设计与具体的实施过程中，要选择能力出众的单位及厂家，这是达到预期增效扩容效果的基础条件。此外，还应不断加强所有中间过程的控制管理，切实做好竣工阶段检查验收，进而为电站的安全与稳定运行提供保障。

参考文献

[1] 原文林，万芳，马跃先.农村小型水电站增效扩容改造关键应用

技术研究[J].中国农村水利水电，2015（10）：190-193.

[2] 叶永，牟玉池.农村水电站增效扩容改造设计探讨[J].中国农村水

利水电，2016（7）：184-186.

[3] 穆建军.农村水电站增效扩容改造关键技术问题的探讨[J].小水

电，2012（5）：116-118，254.

[4] 叶永，周胜，牟玉池.小型水电站增效扩容改造方案研究[J].人民

长江，2017，48（7）：188-191.

作者简介：黄小华，工程师，研究方向为水电站扩容改造。