探討小型水電站水輪機(jī)中的技術(shù)改造

王 苗，張曉煒

（新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆維吾爾自治區(qū) 昌吉 831100）

水能作為一種可再生的清潔能源，一直以來都是能源開發(fā)的重點(diǎn)。水能的開發(fā)不僅有利于加速地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也有利于提高地方生活質(zhì)量。中小型水電站是國內(nèi)水電建設(shè)的一個(gè)重要組成部分，但是小型水電站建設(shè)時(shí)期較早，當(dāng)時(shí)的小型水電站建設(shè)技術(shù)和設(shè)計(jì)水平有限，加上小型水電站實(shí)際使用人員的專業(yè)素養(yǎng)有限，小型水電站在經(jīng)過多年的運(yùn)行后，開始出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。為了讓小型水電站更加安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，亟需對(duì)水輪機(jī)開展技術(shù)改造。

1 小型水電站水輪機(jī)運(yùn)行中存在的問題

1.1 水輪機(jī)選型問題

小型水電站由于建設(shè)時(shí)間比較早，當(dāng)時(shí)可供選擇的水輪機(jī)也非常少，加上部分小型水電站的工作人員和管理人員沒有對(duì)水輪機(jī)是否符合水電站的實(shí)際需求進(jìn)行評(píng)估，導(dǎo)致部分小型水電站選擇的水輪機(jī)功率不符合小型水電站需求；或者水輪機(jī)規(guī)格不符合小型水電站的需求，水輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行功率與小型水電站實(shí)際所需的并不相符，導(dǎo)致部分小型水電站的水輪機(jī)在實(shí)際工作過程中出現(xiàn)噪聲過大、振動(dòng)過于激烈、耗能量較大、小型水電站使用成本較高等問題，大大縮短了水輪機(jī)使用壽命。

1.2 發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)不配套

部分小型水電站所使用的水輪機(jī)功率大大超出了小型水電站發(fā)電機(jī)所能提供的限度，導(dǎo)致部分小型水電站出現(xiàn)功率供給不足的情況。這種情況一方面增加了小型水電站發(fā)電機(jī)的壓力，另一方面也抑制了小型水電站水輪機(jī)的正常工作，對(duì)于水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的使用也造成不利影響。還有部分小型水電站水輪機(jī)的額定功率小于發(fā)電機(jī)，既導(dǎo)致水電站能耗增加，又造成設(shè)備容量的嚴(yán)重浪費(fèi)。

1.3 空蝕破壞嚴(yán)重和多泥沙水輪機(jī)磨損嚴(yán)重

根據(jù)研究資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)的小型水電站有大約1/3的水輪機(jī)存在機(jī)器過度磨損問題，這種磨損由多方面的因素造成，水輪機(jī)長期磨損導(dǎo)致水輪機(jī)進(jìn)水閥嚴(yán)重受損，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致水輪機(jī)無法正常使用。部分水輪機(jī)的運(yùn)行葉片出現(xiàn)斷裂問題，水輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而影響到小型水電站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.4 水輪機(jī)絕緣老化

部分小型水電站的水輪機(jī)在長期的使用中，由于水輪機(jī)在初始制造和安裝使用是沒有把控好質(zhì)量問題，導(dǎo)致水輪機(jī)的零部件出現(xiàn)嚴(yán)重的老化、磨損問題，尤其是轉(zhuǎn)子、定子等零部件容易出現(xiàn)接地故障，嚴(yán)重影響水輪機(jī)的正常運(yùn)行。

1.5 保護(hù)裝置落后

在較早時(shí)期建設(shè)的小型水電站受到建設(shè)技術(shù)和建設(shè)資金的限制，水輪機(jī)在運(yùn)行過程中難免出現(xiàn)故障，一些設(shè)備還會(huì)出現(xiàn)連帶問題，影響水電站的正常運(yùn)行，也對(duì)水電站的經(jīng)濟(jì)效益造成不利的影響。

2 小型水電站水輪機(jī)技術(shù)改造的方法分析

2.1 摸清狀況

由于小型水電站工作人員變動(dòng)較為頻繁，致使小型水電站出現(xiàn)歷史檔案資料保管不完全等問題。此外，小型水電站水輪機(jī)的初始設(shè)計(jì)圖紙沒有被完全保存，有一些水輪機(jī)機(jī)組上面的標(biāo)牌也已經(jīng)丟失，加上當(dāng)時(shí)小型水電站水輪機(jī)的制造技術(shù)相對(duì)較差，設(shè)備的實(shí)際水平與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的水平有一定出入。因此，小型水電站要想開展水輪機(jī)的技術(shù)改造，首先要做好水輪機(jī)原始資料的采集和統(tǒng)計(jì)分析工作，搞清楚小型水電站水輪機(jī)的主要工作參數(shù)、去水量、來水量、歷年檢修的情況等，之后對(duì)資料進(jìn)行仔細(xì)分析，對(duì)水輪機(jī)開展具有針對(duì)性的技術(shù)改造。

2.2 新技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)小型水電站的水輪機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造的過程中，技術(shù)人員要結(jié)合動(dòng)態(tài)的分析技術(shù)和具有預(yù)估的分析技術(shù)，在技術(shù)設(shè)計(jì)階段對(duì)小型水電站水輪機(jī)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析，結(jié)合分析情況以及水電站此時(shí)的實(shí)際情況對(duì)水輪機(jī)的初始設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。與此同時(shí)，采用當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)，確保水輪機(jī)改造后水輪機(jī)的內(nèi)在質(zhì)量和外觀，避免由于水輪機(jī)改造帶來質(zhì)量問題。

2.3 轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整

小型水電站水輪機(jī)的技術(shù)改造人員要依據(jù)水電站彼時(shí)的運(yùn)行情況，對(duì)水輪機(jī)的額定功率和額定水量進(jìn)行調(diào)整，為水輪機(jī)選擇功率合適的轉(zhuǎn)輪，通過更換合適的轉(zhuǎn)輪，讓水輪機(jī)保持最佳的工作狀態(tài)。水輪機(jī)的工作狀態(tài)提升后，水電站的發(fā)電效率也會(huì)隨之提升。此外，水輪機(jī)改造技術(shù)人員還要對(duì)更換轉(zhuǎn)輪后的水輪機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，比如增加水輪機(jī)的額定流量，提高水輪機(jī)工作水頭，并在水輪機(jī)原本的技術(shù)基礎(chǔ)上加入轉(zhuǎn)輪的專有設(shè)計(jì)，提高水輪機(jī)的工作效率。

2.4 轉(zhuǎn)輪的技術(shù)改造

小型水電站水輪機(jī)改造人員要積極學(xué)習(xí)現(xiàn)代化的水輪機(jī)理論，對(duì)水輪機(jī)的外觀也進(jìn)行改造，通過外形的改造，進(jìn)一步提高水輪機(jī)的性能，比如在確保水輪機(jī)工作強(qiáng)度的前提下對(duì)水輪機(jī)葉片出水邊進(jìn)行調(diào)整，最大限度地降低水輪機(jī)葉片出水邊卡門渦的形成幾率，有效降低水輪機(jī)工作過程中的磨損，在水輪機(jī)葉片的輪緣處增加一個(gè)抵抗空化的裙邊，這樣可以最大限度地增加水輪機(jī)抵抗空化的性能。對(duì)于長時(shí)間未檢修、水輪機(jī)零部件磨損嚴(yán)重以及水輪機(jī)空轉(zhuǎn)嚴(yán)重的水電站，要及時(shí)更換磨損的水輪機(jī)。對(duì)于泥沙淤積嚴(yán)重的水電站，要結(jié)合水電站泥沙淤積情況，選擇性能更加優(yōu)越的水輪機(jī)，以延長水輪機(jī)的使用壽命，提高水電站的工作效率、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。此外，水輪機(jī)改造技術(shù)人員還要通過目標(biāo)最優(yōu)化計(jì)算方法，通過多樣化的水輪機(jī)優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)三維設(shè)計(jì)，研發(fā)先進(jìn)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，提高小型水電站的工作效率。

2.5 水輪機(jī)主要構(gòu)件的技術(shù)改造

當(dāng)前，對(duì)水輪機(jī)工作的主要部件進(jìn)行技術(shù)改造也是十分有必要的。如果水輪機(jī)的主要性能與水電站實(shí)際的參數(shù)不匹配，水輪機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行振動(dòng)劇烈、噪聲大、工作效率低、升溫高等問題，就需要進(jìn)行技術(shù)改造。

2.6 水輪發(fā)電機(jī)組的改造

小型水電站水輪機(jī)的改造還包括發(fā)電機(jī)組的改造。發(fā)電機(jī)組的改造主要是：①對(duì)于泥沙淤積情況嚴(yán)重的水電站，要合理改進(jìn)水輪機(jī)的導(dǎo)水葉型線，科學(xué)設(shè)計(jì)導(dǎo)水葉分布直徑，降低水輪機(jī)導(dǎo)葉的額流速，輔之以全新的材料和工藝技術(shù)，最大限度地確保水輪機(jī)可靠運(yùn)行；②對(duì)于水流量低于原本設(shè)計(jì)的水電站，可以采取減容的改造方法，一方面降低水輪機(jī)的功率，另一方面降低水輪機(jī)的額定水頭，將水輪機(jī)調(diào)整到最優(yōu)狀態(tài)；③對(duì)于流量高于原本設(shè)計(jì)的水電站，可以采取擴(kuò)容的改造方式，根據(jù)水電站的實(shí)際流量，增加功率，增加發(fā)電量。

3 結(jié)語

針對(duì)目前小型水電站水輪機(jī)存在的問題，一方面要對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，另一方面要積極引進(jìn)技術(shù)先進(jìn)的水輪機(jī)，提高水輪機(jī)運(yùn)行效率，確保小型水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)行、合理性，提高水電站的綜合運(yùn)行效益。小型水電站改造項(xiàng)目的實(shí)施，可提升小型水電站在電站改造領(lǐng)域的核心競爭力。為小型水電站的轉(zhuǎn)型和發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，更為保障小型水電站負(fù)荷范圍內(nèi)”長期、高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提供了一顆持久有效的“定心丸”。