浅谈中小型水电站水轮机技术改造

熊光明　李小江

摘要：通过对中小型水电站水轮机进行技术改造，能够有效地提高水轮机的运行安全性与可靠性，提高水头水能资源的利用效率，进而提高中小型水电站的综合效益。文章对中小型水电站水轮机技术改造进行了探讨。

关键词：中小型水电站；水轮机；技术改造；水能资源利用；机电设备 文献标识码：A

中图分类号：TK730 文章编号：1009-2374（2015）15-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.017

1 概述

水能是一种清洁、可再生能源，水能资源的开发对于振兴地方经济、提高人们生活质量水平具有非常重要的作用。中小型水电站是我国水电建设的重要组成部分，但是由于当时设备制造工艺水平以及设计水平的限制，再加上运行人员的技术水平相对较低，中小型水电站经过多年的运行，出现了许多安全隐患，为了保证中小型水电站能够安全、稳定地运行，亟需对水轮机进行技术改造。

2 中小型水电站水轮机运行中存在的问题

2.1 水轮机选型问题

中小型水电站早期建设中可供选择水轮机的型号相对较少，并且一些中小型水电站的管理人员也不重视水轮机的设计参数是否满足水电站的实际运行水平，这就导致一些水电站的额定转速或者水头选择不当、水轮机转轮直径不合适等，导致水轮机的性能参数和水电站的实际运行参数不相匹配，导致水轮机在实际运行过程中出现噪声较大、振动较大、耗水量多、运行效率低、发电损失大等问题，严重地影响了水轮机的使用寿命。

2.2 发电机和水轮机不配套

一些中小型水电站的水轮机输出功率超过了发电机的额定容量，导致形成了“大马拉小车”的现象，这样既增加了发电机的压力，也抑制了水轮机组的出力，影响水轮机和发电机的使用寿命，还有一些中小型水电站水轮机的出力小于发电机的额定容量，导致形成“小马拉大车”的现象，既增加了运行损耗，又浪费了设备

容量。

2.3 空蚀破坏严重和多泥沙水轮机磨损严重

根据不完全统计显示，我国中小型水电站中，约有30%左右的水轮机存在泥沙磨损以及空蚀问题，导致水轮机出现进水阀严重漏水，甚至还会出现无法正常停机和开机，部分水轮机的叶片出现断裂或者裂纹问题，影响水轮机的正常运转。

2.4 水轮机绝缘老化

一些中小型水电站的水轮机组由于长期运行，制造以及安装质量较差，转子、定子等出现绝缘老化严重问题，容易发生接地故障，影响水轮机组的正常运行。

2.5 保护装置落后，自动化水平相对较低

早期建设的中小型水电站，由于受到当时技术水平以及资金不足等限制，导致水轮机组在运行的过程中出现保护拒动或者误动问题，一些设备还会出现问题，严重地威胁水电站的安全运行，导致巨大的经济损失。

3 中小型水电站水轮机技术改造的方法分析

3.1 摸清状况，认真总结

一些中小型水电站在运营的过程中，积累和总结了许多运营与检修经验，但是由于人员变动或者资料管理不善等因素，导致水电站水轮机的设计图纸残缺不全，还有一些机组上的铭牌已丢失，再加上当时水轮机的制造水平相对较低，许多设备的水平不能够满足设计图纸的相关要求。因此，中小型水电站水轮机的技术改造工作，应该认真、全面地做好原始资料的搜集和分析工作，例如摸清水电站实际运行的机电设备的主要参数、弃水量、来水量、水头以及运行检修等的具体状况，通过认真总结之后，才能够对水轮机进行针对性的技术改造，并获得具有成效的改造成果。

3.2 新技术的应用

在技术改造的过程中应该采用动态特性分析技术和性能预估技术，在设计阶段全面地掌握设计水轮机的动态特性以及水力性能，及时、准确地对设计进行调整与修改。同时，采用模压成型技术、数控加工技术等，能够保证表面粗糙度以及叶片在型线等方面的质量，有效地避免人为因素导致加工质量不良问题的发生。

3.3 转轮设计参数的调整

根据水电站的实际运行状况与来水量降低额定水头，降低额定功率，选择适当的新型转轮以及参数，以此将水轮机调整至最佳状态，提高水轮机的运行效率，发电量也随之增加。通过对转轮的设计参数进行调整，例如增大设计流量、提高设计水头，然后在原流道的技术上进行转轮的专门设计，能够增加水轮机处理，提高水轮机效率，有效地提高顺轮机的综合水力性能。

3.4 转轮的技术改造

采用现代理论对原水轮机叶片的外形进行技术改造，以此实现水轮机水力性能的提高，例如在保证强度的前提下修整水边，这样能够有效地降低叶片出水边卡门涡形成的概率，有效地改善水轮机的运行质量；在叶片轮缘处增加抗空化裙边，能够有效的增强水轮机的抗空蚀性能。对于年久失修、部件损坏或者磨损严重、空蚀振动严重、出力下降的水电站，应该及时地更换新的水轮机；对于泥沙较多的水电站，必须根据过机含泥沙以及泥沙量的多少，选择抗磨性能好、抗腐蚀性能好的不锈钢转轮，这样能够有效地提高出力以及效率，同时还能延长水轮机的使用寿命，有效地提高水电站的综合经济效益和社会效益。此外，还应该开发和应用新转轮，采用多目标优化算法，采用多样化的优化方法综合考虑水轮机的压力脉动特性、空化特性、能量特性等，实现对水轮机的三维设计，该种根据水电站实际运行参数而进行的“量体裁衣”式的设计方式，能够显著地提高水轮机的出力效率、抗空化能力，显著的提高水轮机组的运行可靠性。

3.5 水轮机主要构件的技术改造

对于中小型水电站来说，水轮机主要构件的技术改造也是非常必要的，水轮机主要性能参数和电站实际运行参数不匹配、噪声大、振动大、空蚀严重、效率低、机组出力不满、温升高、水轮机处于非最优运行状况，通过对水电站水轮机的主要构件进行技术改造，能够显著地提高水轮机的运行参数，有效地提高水轮机的运行效率，提高水电站的发电量，增加水电站的综合效益。

3.6 水轮发电机组的改造

水轮发电机组的改造主要包括以下三个方面：其一，对于多泥沙的水电站，在进行水轮机组技术改造时，应该考虑水轮机的过机含沙量，并合理地改进导水叶型线，科学地增加导水叶分布图相对直径，降低以及均化导叶流速，然后采用耐磨的新材料和新工艺，这样能够保证水轮机的安全运行；其二，对于流量和水头比原设计降低的水电站，应该采用减容改造的方式，这样既能够降低额定输出功率，降低水轮机的额定水头，又能够将水轮机调整到较优或者最优的工况区，显著地提高运行效率，提高水电站的发电量；其三，对于流量和水头增加的水电站，应该采用增容改造的方式，根据水电站流量和水头增加的具体状况，增加额定输出功率和额定水头，这样能够有效地提高水轮机的实际运行效率，增加年发电量。

4 结语

通过对中小型水电站的实际运行状况进行分析，然后对水轮机进行技术改造，同时引进空化特性优良、能量指标先进、运行稳定性好的水轮机，能够显著地提高水轮机的运行效率，保证中小型水电站的运行经济性、合理性以及先进性，提高水电站的综合效益。

参考文献

[1] 余威.中小型水电站水轮机转轮改型设计的必要性和可行性[J].农家科技（下旬刊），2013，（5）.

[2] 朱长宏.中小型水电站水轮机技术改造探讨[J].中国科技纵横，2014，（19）.

[3] 李涛.基于CFD的轴流式水轮机增容防蚀改造的研究[D].西华大学，2013.

作者简介：熊光明（1981-），男，江西吉安人，江西省吉安市白云山水利水电管理局助理工程师，研究方向：水电站水轮发电机技术（机械方面）；李小江（1976-），男，江西吉安人，江西省吉安市白云山水利水电管理局维修站副站长，助理工程师，研究方向：水电站水轮发电机技术（机械

方面）。

（责任编辑：周 琼）endprint