小型水电站增效扩容改造技术要点分析

李江华

【摘要】近年来，水电站在促进我国电力事业的发展中发挥了十分重要的作用。但是不可否定的是，一些小型的水电站在日常运行中存在这样或那样的问题，例如运行效率不高、资源严重浪费和机电设备老旧等，所以为了更好地促进其运行效率的提升，在降低能耗的同时提高其生产效率，加强对其的增效扩容改造就显得尤为必要。因而本文以10000KW小型水电站为例，首先对小型水电站增效扩容改造的目标进行了确定；其次对小型水电站增效扩容改造的技术要点进行了探讨；最后对全文进行了简单的总结。旨在与同行进行业务之间的交流，以更好地促进小型水电站潜力的发挥和经济效益的提升。

【关键词】小型水电站；增效扩容；改造；技术要点

本工程位于某县湘江一级支流一条河流上，装有发电机4台，装机容量为10000KW，与国家电网公司并网，将所发电量输入国家电网公司后，主要供该县范围内的补充性供电，属于小型水电站，自1992年建站以来，目前已经运行24年之久，当前所面临的最大问题就在于运行效率低下、资源浪费严重、机电设备老化等。所以为了增容扩效，就必须切实加强对其技改工作的开展。所以本文结合自2012年以来的技改实践，直到2015年10月完成整个技改工作，以下就本10000KW小型水电站的增效扩容改造技术要点做出以下分析。

1、改造目的分析

为了更好地强化本水电站增效扩容改造工作的开展，在结合本水电站实际的情况下，对改造目的进行了确定。在本次改造中，主要是采用不锈钢转轮以及机组的替换达到增效扩容的目的，从而更好地扭转盈亏的局面，促进自身经济效益的提升。而就本改造工程的目的而言，主要体现在以下几个方面。

一是在环境方面的技改目标，希望通过对本水电站的增效扩容改造达到优化控制质量的目的，尽可能地将二氧化碳的排放量降到最低，从而更好地修复水电站所在河流的生态环境，同时加强河流生物的保护。二是在社会方面的技改目标，主要是通过技改后的水电站，提高其防洪抗旱的作用，为本地提供更加优质高效的电力服务。三是在技术方面的技改目标，通过技改，确保水工建筑与金属结构均能满足运行的需要，且机组组合效率平均高于86%，设备完好率100%，及时的淘汰老旧的设备，将设备隐患消除，减少变电站对人员的依赖，加强自动化技术的应用，尽可能地优化设备配置，降低维护与运行成本，着力提高水电站运行的自动化水平。四是在经济方面的技改目标，主要是在巩固现有发电能力的前提下，通过增效扩容改造提高发电的收入，从而更好地改善经营状况，发挥资源优势的同时更好地提供優质高效的电力服务，服务社会主义新农村的建设和发展。

2、本工程中所采取增效扩容改造技术的要点分析

上述我们已经对本次增效扩容改造的目标有了基本的认识，所以为了促进上述目标的实现，在2012年到2015年10月的技改期间，主要在以下几个方面进行了技改，以下就其技改要点做出分析。

2.1 发电机的增效扩容改造技术要点

在本次增效扩容改造中，发电机的改造最为重要。由于本水电站建于2002年，当时主要采用的是老式的发动机，其绝缘材料最初为黄蜡布，后来先后采用了青壳纸和B级耐热纸作为绝缘材料，但是这些绝缘材料往往耐热效果较差，而且厚度较大，所以在本次增效扩容改造中，主要采用了聚芳酰胺纤维纸配合聚酯薄膜这一新型绝缘材料，经过几年的实践，不仅具有较强的绝缘性能，而且有效的提高了电机槽的绝缘耐热性能，从之前是F级升级到了H级。而在对发动机内部进行改造时，主要是对定子绕组和绕子绕组进行了重新嵌线，并将以前的铜线更换为大直径铜线进行绕制，这就有效的促进发电机容量和额定电流的提升。而在增加发动机容量的同时，在本次增效扩容改造中，还增加了微机调速器和励磁系统的调速能力和励磁效率，并通过对保护动作定值都重新计算，整定保护了保护监控单元。此外还对三台容量较小的发动机直接进行了更换。

2.2 水轮机的增效扩容改造技术要点

由于水轮机也是整个水电站内容的主要组成部分，其效能的高低将直接对整个水电站的效率有着直接的影响，因而在本次增效扩容改造中，在水轮机方面也进行了增效扩容改造。其技改要点如下：在技改过程中，始终紧密结合实际需要，采取针对性的技改方案，由于本水电站的水轮机自建站以来就没应更换过，所以属于严重老化的水轮机，因而直接将其更换。更换前的水轮机为双击式的冲击水轮机，但是为了更好的满足生产需要，由于本水电站的水头较低，所以更换成轴流转桨式水轮机，将其叶片固定在转轮体上，安装的高度为4.5米。还有一点就是叶轮的质量较高，具有较强的抗腐蚀性能，所以在本次技改之后，工作效率大约提升25%。

2.3 高低压开关柜的增效扩容改造技术要点

高低压开关柜的增效扩容改造，主要是结合断路器进行选择。对于常见的35KV和110KV的电压等级，主要采取SF6断路器，而6.3KV和10KV的电压等级，主要采用真空断路器。在本次技改中，由于供电电压等级为6.3KV，所以将以往的少油断路器更换为真空断路器。在具体的改进工作总，主要是结合电压等级确定其高低压开关柜的类型，本次技改之后选用了XGN2-12系列的开关柜。如下表就是几种常见的电压等级及其对应的开关柜。

2.4 自控设备的增效扩容改造技术要点

在本次技改中，为了达到无人值守的状态，确保整个水电站安全高效的运行，所以加强自动化控制设备的应用，着力加强自控系统的建设。就本次技改实践来看，所选的自动化控制设备均经过冗余设计，这样做的目的是即便有的二次设备元件被损害，也能确保发动机正常高效的运行，进而更好地确保了整个水电站安全的运行和可靠的控制。而在对本水电站的计算机网络进行设计时，主要选取的是单星形以太网结构，由于有的设备在技改之前没有以太网通信接口，所以采取信息管理机将RS485接口转换为以太网接口，这样做的目的是降低技改成本和确保网络通信速度。以下笔者就本次自动化技改中的几种设备的改造技术要点做出简要说明。

一是在微机调速器方面，由于其在整个水电站自动化系统中一个十分重要的元器件，所以对其进行了精心选择，本工程主要选的是16Mpa的YWT系列高油压可编程微机调速器，在高压油质方面的要求较低，同时还十分省油，具有较强的调节精度。而在储能罐方面则选用了高压氮气罐，由于其可以连续的使用，而且还能确保水电站稳定安全的运行，还能节约成本。

二是在微机保护装置及其可编程控制器方面，本次技改所选用的微机保护装置为数字信号处理器，具有双CPU，同时还配备了以太网接口，而可编程控制器主要选用的是三菱可编程控制器中的FX系列，型号为FX3U-16MT-ES/A，因为其CPU处理速度为0.065us/基本指令。且晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令：带DOG搜索的原点回归（DSZR），中断单速定位（DVIT）和表格设定定位（TBL），从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。

三是在励磁装置方面，本次技改主要选用的是双微机励磁调节器的自并励励磁系统。但是需要注意的是，励磁变压器接线应为Y/△-11。DL辅为无源触点，不允许与其它回路合用。输入线电压Ua、Ub和C相电流互感器二次电流，相位和进出端不要接错。

2.5 低压机组的增效扩容改造技术要点

這里的低压机组主要是指400V的低压机组。因为本水电站的400V低压机组的设备较为老化，而且自动化水平差，要想对其的调节需要较大的投入，而且发电的质量较低。因而在本次技改工作中，主要是利用集成自动控制装置将整个400V低压机组的全部功能进行了集成，同时将其与智能型万能式断路器进行有机的配合，从而在最大化的程度上实现了自动并网操作的同期化，有效的促进了该站自动化水平的提升。需要说明的是，本水电站的400V低压机组具有励磁功能，所以没有配备微机励磁设备，在今后的技改中，若低压机组没有励磁功能，还要配备相应的微机励磁设备。之所以采取具有励磁功能的低压机组，主要是为了简化设计，在一个屏幕中可以安装发电机的保护和控制装置以及二次测量装置，有效的促进了整个变电站安全可靠的运行。

3、结语

综上所述，在小型水电站技改过程中，我们应切实掌握小型水电站增效扩容改造技术要点，才能确保技改的成效，而这就需要我们在实施技改之前就应对技改目标进行合理地确定，同时还应结合小型水电站的实际，采取针对性的技术措施，切实加强对其增效扩容改造的开展，但是本文仅是结合我站的实际提出的几点技改措施，在实际技改工作中，还应结合实际，优化增效扩容改造技术，才能更好的确保整个技改工作顺利的开展，从而达到增效扩容改造的目的，最大化的提高自身的经济效益。

参考文献：

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