小型水电站的挖潜改造

电力18讯：    
官少华 福建省清流县水利局

水能资源作为一种洁净无污染的可再生能源，有着经济效益、生态效益和社会效益高度一致的特点。近几年来，全国各地水电开发建设已成为投资热点之一，有相当一些地方的可开发水能资源基本开发完毕，投资者已将投资目光转向老水电站的挖潜改造上。由于缺乏有关投资经验，常出现盲目投资现象，改造后的水电站效益增加不理想，投资回报率极低。笔者凭借从事农电管理二十多年的工作经验，谈谈小型水电站的挖潜改造，希望能对投资者有所借鉴。

1 挖潜改造的必要条件

要具有水头潜力。也就是说，原电站由于当初建设时的种种原因，水头未得到充分利用，根据目前条件可以对这些剩余的水头进行利用。

要具有流量潜力。一般老电站原设计较为保守，按当初设计考虑装机较小，设备年利用小时数大多在5000 h以上，按目前来看（设备年利用小时数大多取值在3500 h左右），这些电站的流量就没有得到充分利用，具有流量潜力，亦即可以增加装机。

要看电站的水能利用率和机组平均效率是否有潜力可挖，即原电站或由于实际运行参数与机组参数不符造成机组效率低下，或由于其它原因造成机组达不到额定出力的，且通过水能计算有挖潜效益的。

2 挖潜改造的主要方法

水电站设备的更新改造主要适用于水头、流量与原设计变化不大，且存在以下问题的小型水电站。

由于我国早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少，不少小水电站只能“套用”相近转轮；其主要能量指标(单位流量、单位转速、模型效率)都比较低。因而使机组偏离电站实际运行参数，导致水轮机偏离高效率区，造成机组运行的平均效率低、耗水量大，水能资源未能得到充分利用的。

由于水轮机设备陈旧、水轮机磨蚀破坏严重，或生产厂家制造技术落后，制造质量差，造成水轮机效率较低，总的能量指标和性能指标（高效区、稳定性、空化特性）偏低，致使水能利用效率不高，转轮又偏离了高效率区运行的。

由于设计时选型不当，造成水轮机主要性能参数与电站实际运行参数不匹配，水轮机处在低效率区运行，出力达不到额定功率的（差值越大，挖掘潜力越大），或水轮机与发电机选择时偏于保守，致使水能不能充分利用，造成不必要弃水的。

由于水轮机与电气设备不配套，水轮机的输出功率大于发电机或主变压器的额定容量，水轮机出力受到限制，导致水轮机处在低效率区运行，或发电时出现不正常的弃水现象。发电机容量大于水轮机出力，既浪费了设备容量也增大了运行损耗。

设备更新改造主要是对水轮机和发电机的改造。由于水轮机在水轮发电机组中处于原动机的地位，故水轮机运行效率的高低至关重要。因此，首先要抓住水轮机的改造，从而带动水轮发电机和整个水电站机电设备及水工结构的技术改造。

水轮机改造多采取局部改造，重点是选用相同或相近的新型高效转轮，不改变导水机构、蜗壳、尾水管尺寸以及转轮配合尺寸；通过更换转轮提高水轮机的运行效率和单位流量，来达到增容并增加年发电量的目的。这种办法对大坝、厂房等水工建筑物和水轮机其余部件尽可能维持不变，投资较省，应优先选取。

如无合适可选的新型转轮，则应请生产厂家重新设计(改型)转轮，或者改进过流部件型线结构。可根据电站的实际情况，进行专门设计与制造适合自己电站条件的最优性能转轮，使其出力、效率、汽蚀性能等指标都明显优于按传统型谱选择的转轮，从而达到最佳运行效果，取得最大经济效益。生产这种单件转轮，价格会比传统转轮价格略高一点，但所带来的效益却非常明显。

只有在局部改造难以满足要求，或要较大幅度改变水轮机出力和额定转速时，再考虑新置水轮机及附属设备。在重新确定装机规模时，机电设备选择不仅要注重其本身的质量、效率，还要结合现有机坑形式、厂房布置、出线等综合考虑，选择尽量减少土建造价的优良设备。

当水轮机改造完毕功率确定之后，一般同时需要进行发电机的改造，或为其配套相应功率的水轮发电机。对辅助设备也要进行核算，以决定是否更换。

发电机改造的重点，一般是提高定子、转子线圈绝缘等级，经过线圈重制，增大定子、转子线圈导线截面和匝数，再辅以通风系统的改造。主要方法如下：

采用环氧粉云母B级绝缘替代原机组E级绝缘，以提高定转子的耐热性能(比E级绝缘温升允许值提高20℃)和耐电压性能。其绝缘单层厚度减薄，必要时可采用双层绝缘，以保证有足够匝间耐压水平，并可增加定子绕组的截面积和线圈匝数，以提高定子的额定电流，减少铜损，降低定子线圈温升。

改善通风结构，在通风口增设排风机，以增加排风量，有条件的还可在定子上下端部开设通风口，以降低温升。设有空气冷却器的，如冷却效率不高，可改装大风量风扇，并适当调整吹向，合理分配风道，或置换效果更好的空气冷却器，以提高冷却效果。使机组满载<