農(nóng)村水電站增效擴容決策和技術(shù)方法探討

農(nóng)村水電站增效擴容決策和技術(shù)方法探討

曹方淼1施達棟2

(1.浙江省天臺縣水電管理所，浙江 天臺317200；2.天臺縣龍溪水力發(fā)電站，浙江 天臺317200)

【摘要】農(nóng)村水電站的增效擴容有局部技改和報廢重建等方法，是根據(jù)電站投產(chǎn)年限和設(shè)備設(shè)施的安全狀況決定的。本文通過天臺縣內(nèi)8座電站增效擴容試點工作積累的經(jīng)驗，介紹如何針對電站實際狀況選擇技改的內(nèi)容和采用不同的技術(shù)方法，對增效擴容后的成果進行比較。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村水電；增效擴容；技術(shù)方法

中圖分類號：TV737

Discussion on efficiency increase and capacity expansion decision-making

and technology methods in rural hydropower station

CAO Fangmiao1, SHI Dadong2

(1.ZhejiangTiantaiHydropowerManagementOffice,Tiantai317200,China;

2.TiantaiLongxiHydroelectricPowerPlant,Tiantai317200,China)

Abstract:Efficiency increase and capacity expansion of rural hydropower station can be achieved by local technical improvement, scrap reconstruction and other methods, which are determined according to power plant production duration and safety status of equipment and facilities. In the paper, experience of efficiency increase and capacity expansion pilot work of eight power stations in Tiantai County is accumulated. How to select the contents of technical transformation and adopt different technical methods aiming at power station actual condition are introduced, and results after efficiency increase and capacity expansion are compared.

Key words: rural hydropower; efficiency increase and capacity expansion; technical methods

1概述

2011年7月，財政部、水利部啟動了農(nóng)村水電增效擴容試點工作，批復(fù)了《浙江省農(nóng)村水電增效擴容改造試點實施方案》，天臺縣有8座水電站列入試點項目，整個改造過程順利，于2012年底按時完成,取得了預(yù)期的效果。 如何科學(xué)合理地進行增效擴容，對水電站來說是牽一發(fā)而動全身的系統(tǒng)工程，牽涉到很多專業(yè)的技術(shù)工作。改造的最終目標是提高電站效益，這需要通過提高效率和增加容量來實現(xiàn)。根據(jù)不同情況采用不同的技術(shù)方法進行改造，達到增效擴容的目的，是本文探討的主要內(nèi)容。

2數(shù)據(jù)分析和經(jīng)濟比較

水電站設(shè)計包含可研、初設(shè)和施工圖設(shè)計，是經(jīng)過充分論證和經(jīng)濟技術(shù)比較后得出的結(jié)論，是有科學(xué)依據(jù)和說服力的，經(jīng)過多年的實際運行和考驗，檢驗了原設(shè)計的水平和現(xiàn)實情況。因此，必須把這些數(shù)據(jù)作為增效擴容的參考點。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量調(diào)研歷史數(shù)據(jù)、運行規(guī)律、設(shè)備工況、人員因素、上級調(diào)度原則等，初步確定改造規(guī)模、裝機容量、投資數(shù)額，計算投資回報率。認為這些前提條件符合技術(shù)上可行、經(jīng)濟上劃算，就可直接進行初步設(shè)計了。

2.1確定裝機容量的有關(guān)參數(shù)

原裝機容量是在水能計算的基礎(chǔ)上所作出的選擇，而增效擴容同樣要在水能計算基礎(chǔ)上進行，只是在計算時對所有參數(shù)根據(jù)實際運行狀況作相應(yīng)調(diào)整和重新核定。

a.來水量變化?？紤]因素為：引用跨流域來水——進庫流量，新的用水引流——出庫流量。

b.水頭變化。有增加堰壩高度提高水庫水位和根據(jù)水庫運行調(diào)度需要提高運行水位的；有將壓力前池至水庫引水明渠改成壓力鋼管后把水庫蓄水的水頭加入(如石橋水電站所采用的方法)的；降低有尾水位的，包括降低水輪機安裝高程(如王瑯梯級中的二級水電站采用的方法)。

c.蓄水能力的提升。如前池擴大，增加調(diào)節(jié)峰谷電量比的能力。

d.利用水輪機的效率容量裕度。

2.2擴容技術(shù)方法的選定因素

不同的具體情況采用不同的技術(shù)方法。

a.水電站機電設(shè)備到了報廢界限，已無法保證安全生產(chǎn)(依據(jù)浙江省水利廳浙水電[2011]9號《浙江省農(nóng)村水電站報廢管理辦法》)，進行報廢重建就是必然的選擇，是按原裝機容量還是進行擴容則根據(jù)前述有關(guān)參數(shù)設(shè)計選取。

b.未到報廢時限且根據(jù)上述參數(shù)有潛力的可進行局部技改，在經(jīng)過有關(guān)專家論證后可在發(fā)電機本體和水輪機轉(zhuǎn)輪上做文章。

c.一些早期建設(shè)的農(nóng)村集體小水電受當(dāng)時設(shè)計、建設(shè)水平較低的影響，有些水頭未充分利用，機組選型不當(dāng)，經(jīng)過多年運行后，能效逐年衰減，普遍存在設(shè)施設(shè)備老化、安全隱患增多等問題，應(yīng)重新進行勘測設(shè)計，對所有水工建筑、金屬結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備進行校核后，采用與新建水電站同樣的方法進行擴容設(shè)計。

2.3經(jīng)濟效益比較方法

首先收集歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)和經(jīng)濟數(shù)據(jù)，如：電價水平、峰谷時段、豐水時段、度汛方式、水庫棄水原則等，以在正常調(diào)度運行方式下能達到的最大經(jīng)濟收益作為基本要求和基數(shù)。上述因素中只要有一個發(fā)生改變就能計算出在原有基礎(chǔ)上的增量。

a.統(tǒng)計歷年發(fā)電量。分析與之相應(yīng)的降雨量及水庫水位的對應(yīng)情況，計算峰谷電量比率，統(tǒng)計可能提高峰谷比率時段加以比較。

b.統(tǒng)計豐水年和枯水年的豐水期，對有棄水時段和比較集中棄水的時間加以統(tǒng)計，這是充分利用增容部分裝機容量搶發(fā)電量的時間。

c.有蓄水能力提升的，可增加調(diào)節(jié)峰谷電量比。

d.水輪機的效率提升對電量的貢獻量。通過上述數(shù)據(jù)對比，能基本確定擴容后增加的收益。

e.對于投資部分的估算。因為農(nóng)村水電增效擴容改造試點電站國家有一定的補助，因此在計算投資效益上可以考慮以自籌部分資金來核算經(jīng)濟收益率，畢竟改造后的水電站有十分充足的發(fā)展后勁。

3技術(shù)方法探討

根據(jù)上述比較，選定的技術(shù)方法有三類：局部技改型、報廢重建型和全新勘測設(shè)計型，而根據(jù)此次增效擴容的要求著重考慮前兩種方法。

a.發(fā)電機局部技改。即在經(jīng)過充分的前期工作后所選取的方法，因為老水電站經(jīng)過多年運行，對于電站的水能資源情況已充分了解，再加上以收集的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)內(nèi)容，再配以實際試驗數(shù)據(jù)作為決策的最后標準，這是有很充分說服力的。如里石門水電站第一次擴容時就是以更換定子線圈作為主要的技改內(nèi)容，其前期工作有水輪機轉(zhuǎn)輪效率試驗、過載試驗、定子溫升試驗，根據(jù)試驗結(jié)果采取的相應(yīng)技術(shù)措施有增大線圈截面、升級絕緣等級(B級換F級)、加勵磁變壓器代替原線槽中的勵磁副繞組等，并對單機出線電纜、開關(guān)、母線、主變、二次測量、保護系統(tǒng)均作復(fù)核調(diào)整，符合動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定要求等；擴容后再進行試驗對比，溫升符合要求。缺點是對一些未曾改動的設(shè)備在運行時要加強監(jiān)視，如:轉(zhuǎn)子繞組溫升為74.6℃,高于技改前的67.5℃，雖未達到溫升限值，但不能保證沒有局部溫升偏高的可能，故在運行時，特別是在機端電壓偏高時，轉(zhuǎn)子電流應(yīng)加以控制，即保持功率因數(shù)在0.82～0.85之間運行較為穩(wěn)妥。

b.水輪機局部技改。在水輪機轉(zhuǎn)輪上做些努力，仍以里石門水電站為例。經(jīng)過水輪機廠專家對轉(zhuǎn)輪效率進行測試 (因為原設(shè)計水頭為40m，根據(jù)多年實際運行時間統(tǒng)計，水頭有80%時間在40m以上至50m，以提高設(shè)計水頭至44m來選取新型高效率轉(zhuǎn)輪)，發(fā)現(xiàn)新型轉(zhuǎn)輪能提高效率達4%, 故對水輪機轉(zhuǎn)輪(原為A122和HL163)進行更新，采用A643轉(zhuǎn)輪。這是一種典型的局部技改方法，適用于單機容量1000kW以上的混流式機組。且費用節(jié)省，效果明顯，配合發(fā)電機的改造相得益彰。

c.報廢重建一：原位機位更換比原裝機容量大的水輪發(fā)電機組。這種情況是針對符合報廢重建標準的農(nóng)村小水電站，單純對設(shè)計流量可調(diào)整而作出的選擇，用增大壓力鋼管直徑，配套相應(yīng)的水輪發(fā)電機組、變壓器、開關(guān)柜等，自動化要求不高，再對相應(yīng)的配電設(shè)施作適當(dāng)調(diào)整，適用于低壓機組的引水式電站。且前池下至發(fā)站廠房的壓力管道不長，僅幾十米，如：桐坑溪三級、三合水電站所采用的就是這種方法，在訂好設(shè)備、鋼管，準備好材料后，在枯水期一氣呵成；該方法設(shè)計安裝簡單，調(diào)試并網(wǎng)迅速，運行管理方便。

d.報廢重建二：在上述重建一的基礎(chǔ)上，對測量、控制、保護系統(tǒng)升級為機算機監(jiān)控系統(tǒng)(包括油、水、氣監(jiān)控接口)，電站現(xiàn)代化水平顯著提高，適用于裝機容量較大的高壓機組的水電站。里石門水電站采用的就是這種方法。這樣與原來建設(shè)的老電站有巨大的差別，重建后裝機容量、投資效益、設(shè)備和廠房面貌煥然一新，按新設(shè)計的增效擴容方案實施挖掘出了最大潛能。

4成果比較

8個試點電站于2012年底相繼完成增效擴容工作，投資與效益數(shù)據(jù)比較列表如下(其中擴容后發(fā)電量為近兩年實發(fā)電量平均值)。

試點電站增效擴容工程前后比較表

從上表可以看出，水電站的裝機容量平均增擴幅度為31%，平均增發(fā)電量暫為20.6%。從中看出，電量峰谷比有可喜的變化，試點電站效果符合增效擴容要求。

5結(jié)語

水電站增效擴容的技術(shù)方法包括技改增容、報廢重建、更新改造等，最終效果體現(xiàn)在提高效益和安全運行上，工程完成后，為下一步農(nóng)村水電站安全生產(chǎn)標準化建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。對于各種技術(shù)方法的選取可作為后續(xù)水電站增效擴容的借鑒。

參考文獻

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