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恩平市西坑水库工程管理处
摘要：对水电站进行增效扩容改造不仅可以提高水电站的运作效能，也可以提高水电站的安全可靠性。本文结合某水电站小水电增效扩容改造实例，基于改造原则，阐述了改造的重点和原因分析，说明了技术改造的要点，分析了改造前后水轮机技术参数的对比以和增效现状及效益，总结出增效扩容改造的关键，促进水电站的发展。
关键词：水电站；增效扩容改造；技术研究；效益分析
0 引言
随着我国经济的不断增长，生活和生产对能源的需求量越来越高，水电站的建设施工项目也随之增多。但是一些水电站的水轮机组的运行效率较低，安全性能低下，影响了水电站的运作质量。因此如何对其进行增效扩容改造成为了工作人员需要解决的问题，下面就这方面结合实例进行讨论分析。
1 工程概况
某区的小水电发展于20世纪六七十年代，主要利用灌溉水源发电，多年来为当地的工农业生产提供了有力的能源帮助，对地方的经济发展起到了一定的促进作用。由于建站时间久远，原水轮发电机组加工工艺欠佳，技术缺陷较多，再加上管理维修不及时等，长期带病运作，致使效能不足，安全可靠性差。某区的水电站建成于1989年，位于某河流域下游某湖入海通道某地灌溉总渠上，具有发电、灌溉和防洪抗灾能力，是灌溉总渠的第二梯级电站。该水库设计水头2.5m，最高水头4.5m，最低水头1.5m，引用流量110m3/s；安装有GD004-WS-160贯流定浆式水轮机组10台，配套45-200发电机10台，总装机容量2000kW。水电站进口流道采用前轴伸竖井式，三面进水，进口断面高4m，宽4.6m。水轮机与发电机采用齿轮增速箱，设计年发电量为750万kW·h。经多年运行，水轮机组及机电设备老损现象严重，效率低下，平均年发电量仅为640万kW·h。为进一步提高水库机组运行效率，增加水能源发电量，实现节能减排，经批准决定对该水库进行增效扩容改造，改造后总装机容量要求达到2500kW。
2 改造重点
根据小型水电站增效扩容“坚持突出重点、提升综合能效”的改造原则，结合该水电站实际情况，主要以增效扩容和提高设备安全可靠性为目的，以技术改造为重点，对水轮机转轮总成、活动导叶及其联接传动机构、调节进行更换，并修复原水轮机主轴与新转轮总成的良好匹配。
3技术改造
受原水工建筑结构和流道形式等诸多因素限制，在不增加流量的情况下，结合该水电站的实际情况，对影响运行效率因素采取有针对性的改造措施：着重整体更换水轮机转轮总成和250kW发电机，提高机组效率；修复原水轮机主轴与新转轮总成的良好匹配，以达到增效的目的；更换10台YWY型液压调节机、10台套活动导叶及其联动附件等；更换10台机组控制屏和励磁柜、低压母线、主变压器、变电所控制和保护屏，以提高安全可靠性。
3.1 水輪机转轮总成的更换和改造
根据水轮发电机组的高效工作要求，和水轮机生产厂家共同商讨研究，在原流道及水轮机外壳不变的情况下，根据现有条件和资料进行选型，最终选定了HGL-001型转轮。该转轮模型流道与原水库模型流道相同，机组效率和水轮机出力理论上得到了相应的保证，原水电站的水工建筑都保持不变，使电站“少投资、多增效”。
3.1.1 水轮机转轮体优化
该水库水头、流量与原设计变化幅度相差不大，对该水头段（H=3.5m左右）选用与导水叶轮相对高度相近的新型HGL-001转轮，新型转轮体长为500mm，直径为493mm、472mm，而原转轮体长为380mm，直径为526mm、500mm，这样水轮机室空间变大，过流断面相应变大。
3.1.2 叶片的改型
该水库原水轮机叶片为4片，安装角度为0°；改造后HGL-001转轮叶片为3片，安装角度为+4°。由此可见叶片改型后，新叶片比老叶片叶型优化特点明显，且分布合理，叶轮室过流空间变大，加上叶片安装角度的调整，扩大了水轮机的过流能力，运行效率明显提高，达到了扩容增效的目的。
3.2 导水和调速机构的改造
该水库原导水机构使用年代久，老化损坏严重，关闭不严，操作不灵活；更新的新导叶采用整体铸造、二支点结构，以利于灵活调节开度，改善了工作条件。同时，还对调速机构进行了更新，选用了适用于贯流式水轮发电机组配套使用的YWT型液压调速器，由电脑调节器、电液随动系统及油压装置三部分组成。该系统具有结构简单、可靠性高、响应速度快、易操作、易维护、易扩展等特点，便于同以后的自动化控制系统相兼容。当水轮发电机组在手动各种工况下能满足要求稳定运行时，这种调速器动态特性能达到在机组的各种工况和运行方式下自动稳定运行，且在接收到上位的事故信号后执行停机工作，也可在事故情况下独立自动紧急关机，确保机组运行的安全可靠性。
4 改造前后水轮机技术参数
4.1 改造前原机组参数
型号： GD004-WS-1600
使用水头： 1.5～4.5m
额定水头： 3.5m
额定转速： 160r/min（水轮机），600r/min
（发电机）
齿轮箱增速比： I=3.9
发电机出力： 200kW
额定流量： 8m3/s
转轮安放角度： +0°
机组旋转方向： 从上游往下游看逆时针
4.2 改造后现机组参数
型号： GDhgl-001-WS-1600
使用水头： 1.3～3.7m
额定水头： 2.5m
额定转速： 187r/min（水轮机），600r/min
（发电机）
齿轮箱增速比： I=3.9
发电机出力： 250kW
额定流量： 8～11m3/s
转轮安放角度： +4°
机组旋转方向： 从上游往下游看逆时针
5 增效现状及效益分析
通过改造后，机组的出力效率明显提升，达到改造前的预期效果，见下表。
机组改造前后出力效率对比表
经对比，改造后发电量平均提高40%，该水库装机容量2500kW，按每年发电6个月计算，年发电量可达1080万kW·h，较改造前年均发电量640万kW·h增加了440万kW·h；按每度电0.435元计算，可增加收入191.4万元。
6 结语
综上所述，成功选型转轮直接决定了增效扩改造的质量，要针对不足的地方进行有针对性的改造。通过增效扩容和改造可以提高水电站的运行效率，提高水电站创造的经济和社会效益，缓解城市增长的电力能源需求，提高电网的稳定性，促进经济稳定增长，同时也对水电站稳定运行提出了更高的要求。
参考文献：
[1] 林上群，黄德志.苍南桥墩水库电站增效扩容改造技术探讨[J].中国水运月刊，2014年05期.
[2] 陈荣昌.浅析陈田水库水电站增效扩容改造[J].科技创新与应用，2014（15）.
摘要：对水电站进行增效扩容改造不仅可以提高水电站的运作效能，也可以提高水电站的安全可靠性。本文结合某水电站小水电增效扩容改造实例，基于改造原则，阐述了改造的重点和原因分析，说明了技术改造的要点，分析了改造前后水轮机技术参数的对比以和增效现状及效益，总结出增效扩容改造的关键，促进水电站的发展。
关键词：水电站；增效扩容改造；技术研究；效益分析
0 引言
随着我国经济的不断增长，生活和生产对能源的需求量越来越高，水电站的建设施工项目也随之增多。但是一些水电站的水轮机组的运行效率较低，安全性能低下，影响了水电站的运作质量。因此如何对其进行增效扩容改造成为了工作人员需要解决的问题，下面就这方面结合实例进行讨论分析。
1 工程概况
某区的小水电发展于20世纪六七十年代，主要利用灌溉水源发电，多年来为当地的工农业生产提供了有力的能源帮助，对地方的经济发展起到了一定的促进作用。由于建站时间久远，原水轮发电机组加工工艺欠佳，技术缺陷较多，再加上管理维修不及时等，长期带病运作，致使效能不足，安全可靠性差。某区的水电站建成于1989年，位于某河流域下游某湖入海通道某地灌溉总渠上，具有发电、灌溉和防洪抗灾能力，是灌溉总渠的第二梯级电站。该水库设计水头2.5m，最高水头4.5m，最低水头1.5m，引用流量110m3/s；安装有GD004-WS-160贯流定浆式水轮机组10台，配套45-200发电机10台，总装机容量2000kW。水电站进口流道采用前轴伸竖井式，三面进水，进口断面高4m，宽4.6m。水轮机与发电机采用齿轮增速箱，设计年发电量为750万kW·h。经多年运行，水轮机组及机电设备老损现象严重，效率低下，平均年发电量仅为640万kW·h。为进一步提高水库机组运行效率，增加水能源发电量，实现节能减排，经批准决定对该水库进行增效扩容改造，改造后总装机容量要求达到2500kW。
2 改造重点
根据小型水电站增效扩容“坚持突出重点、提升综合能效”的改造原则，结合该水电站实际情况，主要以增效扩容和提高设备安全可靠性为目的，以技术改造为重点，对水轮机转轮总成、活动导叶及其联接传动机构、调节进行更换，并修复原水轮机主轴与新转轮总成的良好匹配。
3技术改造
受原水工建筑结构和流道形式等诸多因素限制，在不增加流量的情况下，结合该水电站的实际情况，对影响运行效率因素采取有针对性的改造措施：着重整体更换水轮机转轮总成和250kW发电机，提高机组效率；修复原水轮机主轴与新转轮总成的良好匹配，以达到增效的目的；更换10台YWY型液压调节机、10台套活动导叶及其联动附件等；更换10台机组控制屏和励磁柜、低压母线、主变压器、变电所控制和保护屏，以提高安全可靠性。
3.1 水輪机转轮总成的更换和改造
根据水轮发电机组的高效工作要求，和水轮机生产厂家共同商讨研究，在原流道及水轮机外壳不变的情况下，根据现有条件和资料进行选型，最终选定了HGL-001型转轮。该转轮模型流道与原水库模型流道相同，机组效率和水轮机出力理论上得到了相应的保证，原水电站的水工建筑都保持不变，使电站“少投资、多增效”。
3.1.1 水轮机转轮体优化
该水库水头、流量与原设计变化幅度相差不大，对该水头段（H=3.5m左右）选用与导水叶轮相对高度相近的新型HGL-001转轮，新型转轮体长为500mm，直径为493mm、472mm，而原转轮体长为380mm，直径为526mm、500mm，这样水轮机室空间变大，过流断面相应变大。
3.1.2 叶片的改型
该水库原水轮机叶片为4片，安装角度为0°；改造后HGL-001转轮叶片为3片，安装角度为+4°。由此可见叶片改型后，新叶片比老叶片叶型优化特点明显，且分布合理，叶轮室过流空间变大，加上叶片安装角度的调整，扩大了水轮机的过流能力，运行效率明显提高，达到了扩容增效的目的。
3.2 导水和调速机构的改造
该水库原导水机构使用年代久，老化损坏严重，关闭不严，操作不灵活；更新的新导叶采用整体铸造、二支点结构，以利于灵活调节开度，改善了工作条件。同时，还对调速机构进行了更新，选用了适用于贯流式水轮发电机组配套使用的YWT型液压调速器，由电脑调节器、电液随动系统及油压装置三部分组成。该系统具有结构简单、可靠性高、响应速度快、易操作、易维护、易扩展等特点，便于同以后的自动化控制系统相兼容。当水轮发电机组在手动各种工况下能满足要求稳定运行时，这种调速器动态特性能达到在机组的各种工况和运行方式下自动稳定运行，且在接收到上位的事故信号后执行停机工作，也可在事故情况下独立自动紧急关机，确保机组运行的安全可靠性。
4 改造前后水轮机技术参数
4.1 改造前原机组参数
型号： GD004-WS-1600
使用水头： 1.5～4.5m
额定水头： 3.5m
额定转速： 160r/min（水轮机），600r/min
（发电机）
齿轮箱增速比： I=3.9
发电机出力： 200kW
额定流量： 8m3/s
转轮安放角度： +0°
机组旋转方向： 从上游往下游看逆时针
4.2 改造后现机组参数
型号： GDhgl-001-WS-1600
使用水头： 1.3～3.7m
额定水头： 2.5m
额定转速： 187r/min（水轮机），600r/min
（发电机）
齿轮箱增速比： I=3.9
发电机出力： 250kW
额定流量： 8～11m3/s
转轮安放角度： +4°
机组旋转方向： 从上游往下游看逆时针
5 增效现状及效益分析
通过改造后，机组的出力效率明显提升，达到改造前的预期效果，见下表。
机组改造前后出力效率对比表
经对比，改造后发电量平均提高40%，该水库装机容量2500kW，按每年发电6个月计算，年发电量可达1080万kW·h，较改造前年均发电量640万kW·h增加了440万kW·h；按每度电0.435元计算，可增加收入191.4万元。
6 结语
综上所述，成功选型转轮直接决定了增效扩改造的质量，要针对不足的地方进行有针对性的改造。通过增效扩容和改造可以提高水电站的运行效率，提高水电站创造的经济和社会效益，缓解城市增长的电力能源需求，提高电网的稳定性，促进经济稳定增长，同时也对水电站稳定运行提出了更高的要求。
参考文献：
[1] 林上群，黄德志.苍南桥墩水库电站增效扩容改造技术探讨[J].中国水运月刊，2014年05期.
[2] 陈荣昌.浅析陈田水库水电站增效扩容改造[J].科技创新与应用，2014（15）.