浅谈小型水电站的更新改造

1、浅谈小型水电站的更新改造莆田市萩芦溪水电管理处外度水电站 小型水电站运行了二、三十年，发电机绝缘老化、发热增加、滑环严重冒火；水轮机转轮等过流部件磨损、变形，或虽几经补焊但叶片变厚、变粗糙与原设计误差较大，机组效率严重下降；有的是历史原因机组选型不配套，水量浪费、出力不足，效益低下，水电站还由于受以前的电价政策和设计思想的局限，选择装机容量时均偏小，现在的更新改造可以结合增容改造来进行。现结合小水电的实际，谈谈老水电站的更新改造思路。 一、水轮发电机组的改造水轮机 水轮机的转轮是水电站实现水能转变成机械能的关键部件，不同的水头，不同的流量就要用不同的转轮。而且同一只转轮在过流量发生变化时其效率

2、也发生变化，如果转轮选择失当，即会导致效率下降，不但不能提高电站经济效益，反而会带来一些负面影响，如发生振动、气蚀等。上世纪七八十代，由于科技发展的限制，水轮机型谱的不全，需要的水轮机难以如意配套；也由于物资的缺乏，计划经济指标下达的有限，设计水电站时有时只能勉强凑合，如某个水电站设计水头110米，选用的水轮机型号为XJ-W-55/1×12.5,较高效率的转速应该是750转,但由于当时物资缺乏,选用了1000转的发电机，造成效率低下，在更新改造时应重新配套。因此，在进行电站增容改造过程中，应根据电站水头、流量等条件进行详细分析，在保证各项参数相适应情况下更换效率高、过流量大的转轮，以

3、满足增容要求，同时选择新型转轮的流道和转轮直径与原机组基本相同。对反击式水轮机中的轴流定浆式机组可通过调整叶片装置角、修整叶片流线，对混流式水轮机则采用更换水轮机转轮，来达到满足增大过流量加大机组出力之目的；对冲击式水轮机则采用改变喷嘴口径，改进叶轮，加大流量，达到增加出力之目的。为满足发电机改造的需要，增容后宜保持机组转速不变。根据水轮机制造厂改造水轮机转轮的经验，一般出力可增加20%以上。发电机 发电机定子的改造要使发电机达到增容目的，对原绕组必须进行改变，必须增大定子绕组线径，达到降低定子绕组电阻，使定子绕组电阻发热总量不高于原绕组，以此来达到电机增容。由于发电机定子线槽尺寸裕度限制，对

4、增容所需增大线规存在一定局限性。对此，在改造过程中，可以采用以下技术措施：一是改变绝缘浸漆工艺，提高绝缘等级为F级，采用耐电压高介质损耗低的绝缘材料，减薄绝缘层厚度，腾出空间；二是采用特有烘漆工艺填充线圈间和线圈与铁芯的空隙，增加线圈的散热能力降低温升；对于小型机组还可通过改变励磁方式，去掉电机附加绕组线圈，改为静止可控硅励磁；加大通风量和提高功率因数，装设无功补偿装置，提高有功输出功率，保持定子绕组发热总量不变。通过上述技术措施，一般发电机均可增加一个容量等级。发电机转子的改造由于当发电机容量增加20%-25%时，其空载励磁功率并没有增加，一般只需增加10%左右的励磁功率即可。转子线圈常采用

5、翻新改造的方案。将原旧线圈退火处理，一方面软化铜排，另一方面烧去旧绝缘。转子线圈重新热压，并将其绝缘等级提高为F级。由于老匝绝缘材料厚，一般线圈翻新时可增加10%-15%的匝数。通过增加匝数，提高绝缘等级措施后，转子绕阻一般可扩容20%25%。发电机改造后的技术参数和烘漆工艺发电机增容后，必须通过电磁计算和试验来提供发电机的技术参数，如励磁电流、电压、发电机效率、定子电流、允许温升、短路比、定子漏抗等，供发电站进行短路计算、继电保护计算及调整各种保护整定值。发电机增容改造中浸漆烘焙工艺也是发电机增容的关键技术措施之一。发电机在运行过程中，定子线圈端部要承受很大的电磁力，如果浸漆不透，烘焙不干，

6、定子线圈端部要受到很大的电磁力，会发生扭曲变形，造成匝间短路、甚至造成整台发电机报废的重大事故。采用强迫流动浸漆工艺，使浸漆透彻，在烘焙上采用循环热风打入电机进行循环加热，达到整个电机线圈受热均匀、固化程度高的工艺要求，保证烘漆质量。二、发电机磁装置的改造 要使发电机安全和稳定地运行，发电机励磁系统的性能是关键，早些年使用的三次谐波式、相复励变压器式、双绕组电抗分流式、可控硅半波整流等几种励磁装置，由于调节性能差，易引起振荡，不适应机组并网运行，同时其故障较多影响机组安全运行，所以必须加以更新改造。励磁装置的改造应根据原有励磁方式进行改造，如把双绕组电抗分流式励磁改造成可控硅分流的电抗分流，此

7、装置在双绕组电抗分流式的基础上增加了可控硅分流的自动电压调节器，空载电压调节范围大，并网后运行稳定，无功功率调节方便。安装在发电机上结构简单紧凑，不需另占地方。在主断路器跳开后不失磁，发电机仍有端电压。在电网停电时仍有电源供给调速器，能迅速将机组关闭，省去了备用电源。如原先的励磁装置是半波整流的则可改造成可控硅全波静止励磁装置，其性能良好，但结构相对较复杂。由于主断路器跳开时联动跳开灭磁开关，使机组无电压，故这种励磁装置尚需备用交流电源或配置TC操作器。三、水轮机调速装置的改造并网小型水电站一般不参与调频，调速器仅作用于正常开、停机、调节正常有功负荷以及事故停机。所以普遍采用手、电两用操作器，

8、其结构简单、投资省而又随机配套，操作与维护简单，但是如果与可控硅励磁装置配合，则因为事故停机时发电机主开关联动跳灭磁开关，发电机没有机端电压，其电动操作器就失去操作电源无法关机,造成飞车事故。TC(弹簧蓄能型)水轮机操作器是一种技术较先进的新型调速器，由电机（或手动）驱动，经传动机构和蓄能弹簧推动接力器活塞来控制机组开机、停机、并网、增减负荷等。当接到各类事故信号和远方紧停命令时均能失压脱扣，自动关机。关机时间根据不同电站“调保计算”要求，可在228S内整定。在无电源情况下，同小型调速器失去油压一样，可手动开机升压后即改电动操作，而紧急停机则不必手动，仍可同有油压时的小型调速器一样，能自动紧急

9、关机，并且按照先快后慢的关机模式，使大部份机组能满足调保计算要求。同时可避免因木石卡塞和手动关机过度损坏导水机构问题；提高了机组运行的安全性。再配上STK-W-3可达到自动调节的目的，是一种值得推广使用的调速装置。四、主变的改造水电站的低压机组通常是经主变升压后与10kV农村配电线路相连接，过去老电站选用的都是定型10±5%/0.4kV系列配电变压器。由于电站地处偏远山区，线路长压降大。发电机经常需要在较高电压下运行，才能保证发送一定的无功负荷。有的电站电压值高达440V及以上，其危害：一是在高压下运行使发电机、变压器温升提高、绝缘加速老化，绝缘薄弱环节容易击穿；二是难以发足无功功率

10、，并影响机组运行的稳定性，影响经济效益；三是老型号变压器能耗大，且运行年久老化，时常出现故障影响正常发电，需要及时更新、改造。改造变压器时应采用低损耗的升压变压器，订购时向厂家特别提出，一般变比为11±5%/0.4kV，从而保证了水电站在正常电压下运行。为了减少主变空载损耗，保证厂用电和生活区用电的电压质量，可另装厂用变压器，在电站停运或运行时相互切换。五、配电设备和成套装置改造小水电站低压机组使用的主断路器有DZ10、DW10、DW15等空气断路器，DZ10塑料外壳式空气断路器由于封闭散热差，易引起发热故障，仅用在容量小的机组上。DW10框架式空气断路器普遍在使用中，但因短路断流容

11、量小，时有发生因短路不能有效断流，而烧坏电器设备的事故。所以主断路器应选择DW15型，机组容量大的宜选用DW17(ME)型，操动机构应选择电动机预储能合闸型。电站需长时间满负荷连续运行，主断路器和隔离开关按发电机额定容量选择，但尚需一定的裕度，才能确保设备运行的安全可靠。定型的成套配电装置把发电机的配电主回路和控制、保护及水轮机自动回路等二次回路的设备安装在同一屏内。常用的BKSF型水轮发电机控制屏我们可以根据电站运行的实际来进行一些改进，如加装屏顶保护罩和两侧的边屏，加装发电机电流速断、过速和低频保护等，还可装设前池水位监测(或能自动按水位调节)装置，使机组运行在最佳工况点，发挥最大的经济效

12、益。六、提高自动化水平提高电站的自动化水平是降低运行成本的一个重要方面。在计划经济条件下建设的小水电站，初步设计中考虑自动化水平时，强调了“自动化水平与电站规模相适应”，客观地起到了对其限制的作用。这是基于当时的科技发展水平和运行人员素质较低的情况所决定的。但是，科学技术是不断发展的，新设备和新材料、新工艺层出不穷，敢于使用它们才能促进生产的发展。随着电力市场的发展，需要增加电站的竞争能力，竞价就是要物美价廉。要做到这样，除了提高供电质量外，还要降低发电成本，其根本的出路就在于减员增效。关键是敢于使用先进自动化设备。选择适用小型水电站的自动监测、控制和保护设备，对其实行遥测、遥信、遥调和遥控，使电站运行实现自动化，做到少人值班或无人值班，提高电站运行的经济性、可靠性和安全性，是技术更新改造的目的之一。提高电站的自动化水平目前也还有一些困难，比如厂家设备质量不很稳定；电站运行工人素质难于保障，人员更难精简；设备价格较高难于承受等等。这些困难要逐步克服，电站的技术更新改造要上档次、上水平，不能停留在原有技术水平上，这是毋容置疑的。七、结语 小水电的技术更新改造，首先是更新已经达到使用年限的机电设备和对年久达不到运行标准的水工建筑物进行修复，再就是根据现在变化了的水利电力环境，改造已不