小型水电站技术改造之我见
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近几年来，我国各地在小型水电站技术改造工作中取得了一定成绩，但还存在一些问题。现就笔者在规程编写调研和实际工作中遇到的一些问题谈一些体会。
一、认真总结，摸清问题许多小水电站经过10年、20年甚至30年的运行，积累了许多运行检修方面的宝贵资料，但是由于人员的变动等多方面的原因，许多图纸残缺不齐，甚至机组上的标牌都已丢失，因此，技术改造前原始资料(包括水文、工程设计、设备及机组运行检修记录等)的收集、分析总结十分重要，这是做好技术改造工作的前提。早期建成的小型水电站，机组运行中常常遇到以下问题：1．水轮机主要性能参数(N、H、Q)与电站实际运行参数不匹配。2．水轮机性能落后，技术陈旧，制造质量差。3．多泥沙河流上的水轮机磨蚀破坏严重。4．水轮发电机绝缘老化，推力轴承烧瓦。5．水轮机与电气设备不配套。
二、优化设计，获取最大的经济效益为了做好小型水电站的技术改造，一定要委托有资质的单位进行技术咨询并做到优化设计，还要请专家对改造设计方案进行审查。因为一个好的设计方案，可以出水平出效益；反之，不重视设计，容易出庇漏而造成不必要的返工和经济损失。小型水电站的技术改造，必须贯彻“四性”原则，即先进性、合理性、经济性和特殊性。应该针对各个水电站的具体情况，因地制宜，进行优化设计。所谓先进性就是要择优选用一个性能先进、技术成熟的好转轮和配套性能先进、运行可靠的水轮发电机及其辅助设备；合理性就是要紧密结合和妥善处理本电站的不可变更或不宜变更的制约条件；经济性就是要在有限的投资情况下，尽量增加年发电量，提高水电站的经济效益；特殊性就是特殊问题用特殊办法处理。多数小型水电站的技术改造以水轮发电机组的改造为主。在技术改造设计中，一般采取以下几种方式：1．对于水头、流量与原设计变化不大，而水轮机设备陈旧、性能落后的水电站，可采用更新改造或增容改造方式。选用该水头段导水叶相对高度b。相同或相近的新型转轮，如无合适的新型转轮，则应重新(或改型)设计转轮，或者改进过流部件型线结构。其目的在于提高水轮机的运行效率，增容并增加年发电量。例如，北京西郊门头沟军庄水电站，装有6台ZD760-LM-100型机组，单机额定出力125kW，实发100kW，采用优化设计的三叶片转轮，单机出力提高到180kW，比原设计提高44%，比改造前提高80%。2．对于水头、流量比原设计减少了的水电站，宜采取减容改造方式。即根据水电站的实际运行水头和流量降低水轮机的额定水头，减小额定输出功率，选用合适的新型转轮或重新设计转轮，其目的是将水轮机调整到最优或较优工况区运行，以提高其运行效率，增加年发电量。例如，山西省灵邱县北泉水电站装机2×1250kW，水轮机型号为HL702―WJ―71(H=42m，Q=3.62m3/s)，枯水期实际电站平均流量仅2.3m3/s，一台机也只能带400kW～600kW，因此，专门为枯水期配制了一个转轮，额定出力800kW，投运后出力反而比改造前增加200kW，多发电效益十分明显。又如江西省新余市江口水电站，原设计水轮机型号为ZD587-LH-330，H=19.5m，Q=54.7m3/s，N=8800kW，电站实际运行水头仅17m，机组只能发7800kW，水轮机型号改用ZD105-LH-330后，单机出力提高到9000kW，增容15%。3．对于水头、流量比原设计增大了的水电站，应采取增容改造方式。应根据电站实际运行水头和流量增大的具体条件，提高水轮机的额定水头，加大额定输出功率，选用合适的新型转轮或者重新设计转轮，其额定转速应结合水轮发电机的改造方式确定，最终应使水轮机在较高效率区运行。这样既加大了单机容量又提高了水轮机的运行效率，电站年发电量也有较大增加。4．对于多泥沙水电站，应考虑泥沙磨损问题，应采用与抗磨措施相结合的改造方式。改造设计中应根据水轮机的过机含沙量，泥沙中值粒径d50)及泥沙矿物成份等条件．选用单位转速n11相近或略低，单位流量Q11适当减小、模型空化系数6m适当降低，模型效率ηm较高的新型转轮；并合理加大导水叶分布图相对直径Do，改进导水叶型线，降低和匀化导叶区流速；同时从结构设计工艺、材料和保护涂层等方面采取抗磨措施，以保证水轮机的安全运行，延长其使用寿命，最终达到更新改造或增容改造的目的。除以上4种情况外，对“大马拉小车”的水电站，可以单独改造水轮发电机，通过提高绝缘等级或改进通风系统等实现增容，必要时可重新设计制造新的水轮发电机。主变容量不足可换用新变压器，旧变压器仍可用于其他水电站。至于“小马拉大车”的水电站，若水轮机采取改型亦无增容的可能，则暂按现状运行，待日后再更新。
三、要重视输水系统的核算。在小型水电站增容改造中，有一个关键环节需要慎重对待，即水轮机输水系统。尤其是一管多机的引水式压力输水系统，应当从水力和调节保证参数两个方面进行核算。水力核算即是对水轮机输水系统的过流量和水头损失的数值关系进行核算，并绘制水头损失与流量关系曲线h=f(Q)，以分析选定最大允许的水轮机额定水头和设计引用流量。调节保证核算就是从机组运行特性和输水系统水力特性两方面来核算机组运行的过渡过程中可能发生的最大水压力和最大转速升高值，并检查前者是否在水轮机输水系统设计水压力的范围内，以研究和确定采取加固补强措施的合理性和可能性。总之，水轮机输水系统的最大过流量和水头损失及其所能承受的最大水压力，是制约水轮机增容的一个关键环节，不可忽视，否则会影响技术改造的经济效益和安全运行。
四、增容改造必须分清主次。由于水轮机处于原动机地位，故其运行效率高低对机组影响显著。水轮机选型技术难度较大，影响参数也多，在电站实际运行中出现的问题也较多，这是符合客观规律的。因此，在小水电站的增容改造中必须分清主次，要抓住水轮机改造来带动发电机和整个其它机电设备及水工金属结构的改造，这是应当遵循的原则。
五、要重视竣工验收为了检验机组增容改造成果，对单机容量5000kW及以上的水轮机，应作技改前后性能对比测试。要做机组起动验收，起动验收合格后才能进行试运行；只有经过试运行合格并且遗留问题都已处理完毕才能进行竣工验收，确保长期高效安全运行。为提高小型水电站改造后的技术水平和经济效益，技术改造时必须认真贯彻执行SL193-97《小型水电站技术改造规程》，在执行中遇到的问题应及时向水利部农村水电及电气化发展局反映，供修编时参考。