大沙河水电站增效扩容工作研究

彭 亮

（开平市大沙河水库，广东 开平 529300）

大沙河水电站建于1972 年，1974 年建成投产，是一座坝后式小型水电站。电站共有3 台同型号轴流立式水轮发电机组,总装机容量为1890 kW，水轮机型号为ZD560-LH-120，发电机型号为TSL215/21-16，单机容量为630 kW。机组最大水头为14 m，额定水头为10 m，最小水头为5 m。电站设计年发电量为400×104kW·h，但近3 年年平均发电量为300×104kW·h。大沙河水电站于1993 年更换配电设备及增建中控室，于2001 年更换1#、2#水轮机转轮、导水机构及发电机定、转子线圈。

1 水电站增效扩容改造的必要性

1.1 充分利用水能资源

大沙河水电站建设于二十世纪七十年代，投入运行至今，已经维持了将近50 a 的运行时间，在长期的运行过程中，水电站中的各种设备设施都会面临老旧的问题，难以维持其应有的运行状态。通过对现有水电站的增效扩容，能够进一步实现水能资源的合理应用，进而发挥水能资源的最大价值，满足经济社会可持续发展的要求。从很多水电站的更新改造效果来看，通过新技术、设备的应用，装机容量会远远高于未改造之前，大部分改造都可以使得装机容量增加10%～20%，且能够使得水电站的机组运行效率大大提升，比如，以武鸣区西江电站等6 座水电站的增效扩容改造来看，其装机容量由未改造的5630 kW 增至改造后的6440 kW，水能资源利用率大大提升，对于水电站生态、经济与社会效益的实现具有重要的意义。

1.2 充实山区农村集体经济

由于我国的水电站大多建立在山区河流周边，水电站大多为农村集体资产，水电站多分布在农村地区，这些地方的经济发展水平不足，工业发展相对落后，水电站建设投产以后，就可以将水电站的发电收入用于区域发展，带动区域经济发展。因此，对水电站的增效扩容改造在一定程度上可以充实山区农村集体经济，使得水电站保持良好的运行状态，维持水电站较高的发电量，提高发电总收入，带动农村集体经济的现代化发展。

1.3 维护公共安全

早期的水电站建设过程中，由于当时的技术条件有限，在设计、制造等方面都存在着一定的局限性，所建成投产的水电站存在着一定的质量与安全威胁，再加上后期对管理不够重视，维修工作未做好，会导致水电站在长期的运行过程中面临着设备老化的问题，水电站的安全威胁加大，运行效率低下。而对水电站的增效扩容改造实现了对水电站基础设施的改进，通过引水渠、压力管道、厂房等基础设施的改造与建设，提升了运行的安全性，能够充分发挥水电站在拦水、泄水方面的重要作用，对于维护区域人民的生命财产安全具有重要的意义。

1.4 提高应急救灾能力

我国的国土面积较大，各个水电站的分布相对分散，水电站呈现出就地开发、就近供电、启闭迅速的特征，而这些特征使得水电站在实际的运行过程中，能够发挥其良好的应急救援能力。比如，在2008 年，浙江省部分地区遭受了特大雨雪冰冻灾害，很多市政电网难以正常运行，大面积停电的情况下，一些水电站联网发电解决了人们的燃眉之急，避免了大面积停电对人们生产生活的不利影响。此外，水电站的增效扩容改造大大提升了电站的发电能力，改变了传统的火力发电方式，在一定程度上缓解了电力资源供应紧张的问题，符合可持续发展的要求，具有较好的生态环保效益。

2 电站运行现状存在问题

电站目前主要存在问题如下：

（1）3#水轮机组转轮气蚀、磨损严重，虽经多年的反复维修，但无法修复，动平衡差，机组振动大、响声大，影响机组安全运行及工作人员安全、身心健康。

（2）3#水轮机导水机构锈蚀、磨损严重，虽经多年的反复维修，但无法彻底修复，目前漏水严重。

（3）3#发电机组残旧老化，绝缘漆剥落严重，出力不足。

（4）3 台励磁装置设备老化且容量不足，影响无功出力。

3 电站综合能效评价

大沙河水电站3#机组运行多年，水轮机空蚀严重，效率低下，发电设备老化，出力不足，1#、2#机组虽于2001 年进行改造，但励磁装置容量不足，影响电站无功出力，造成电站综合能效严重偏低，约69%，需进行技术改造。电站经增效扩容改造后，水轮机效率平均为88.5%，发电机效率为92.5%，流道效率约为95.5%，则电站平均综合能效为78.07%，电站综合能效增加明显，达到农村小水电站增效扩容效益要求。

4 机组改造方案

本次电站增效扩容改造方案为在原机组布置形式、机组埋入水工部份和厂房建筑基本不变的情况下更换水轮发电机组等有关设备。根据水能计算，大沙河水电站总装机容量为3×630 kW 保持不变。1#和2#机组已于2001 年完成改造，本次改造主要对3#机组改造，具体内容为更换3#水轮机转轮，整体更新3#发电机定、转子线圈，更换3 台励磁装置和3 台调速器。

表2 3# 机组主要参数

4.1 水轮机

机组设计水头为10 m，最小水头为5 m，最大水头为14 m。根据水能计算，总装机容量为3×630 kW 保持不变，根据大沙河水电站的设计水头和装机容量，经过技术经济比较,选用的水轮机参数见表1。

表1 机组参数表

4.2 吸出高度复核

（1）叶轮安装中心高程

机组为轴流立式水轮机，叶轮安装中心高程21.1 m，发电尾水位高程为20.0 m，则实际吸出高为Hs=21.1-20.0=1.1 m。

（2）允许吸出高

4.3 调速器

水轮机所需的接力器容量可按下式估算：

在计划使用最大水头Hmax=14 m，发额定出力时的流量为7.27 m3/s，水轮机直径D1=1.2 m，所以：

由于原XT-600 调速器偏少，新选YT-1000 型调速器。

4.4 发电机

1#、2#发电机组于2001 年更换定、转子线圈，本次增效扩容改造对3#发电机定、转子线圈进行整体更新改造，同时配套更换3 台机组励磁装置，改造后各机组单机容量仍为630 kW，总装机容量为1890 kW。3#主要参数见表2。

4.5 励磁装置

配套机组增效扩容改造，更换机组励磁装置。本电站励磁系统采用可控硅励磁系统，要求励磁系统调节器采用智能型，励磁装置由机组厂家成套配套，并与机组配电保护装置同装于机组综合屏内。每台励磁装置厂家须至少配套提供与励磁电流匹配的励磁电缆60 m。要求励磁顶值电压倍数不低于1.8 倍，强励响应时间不大于0.08 s，自动励磁调节器应保证发电机机端调压精度优于0.5%，且能在空载电压70%～110%额定值范围内稳定、平滑调节。

5 结语

本次增效扩容改造根据发电水头、机坑尺寸、引水能力等基础设施情况，在原有的基础上进行改造，通过对水轮发电机组、辅助设备、发电机等设备的改造，解决机组老化、出力不足等问题。经过这次改造后，平均每年新增发电量210 万kW·h，节约标准煤848.4 t/a，为温室气体减排做出重要贡献，提高了大沙河水电站的安全性和经济性。