試析農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容技改工作論文
1 農(nóng)村小水電站的增效擴(kuò)容技改原因
1.1 水能資源豐富，能源利用不充分
早期開發(fā)的農(nóng)村小型水電站受當(dāng)時設(shè)計理念的限制，水能未充分利用。按小型水電站增效擴(kuò)容改造工程的能量指標(biāo)及充分利用水資源需要，有增大這批小電站裝機(jī)容量的可能。增效擴(kuò)容使原落后的產(chǎn)能關(guān)系優(yōu)化重組為新型、先進(jìn)的發(fā)電企業(yè)，投入資金少、時間短、見效快、效益顯著、投資拉動經(jīng)濟(jì)增長，效果較明顯。
1.2 對早期修建的農(nóng)村小型水電站進(jìn)行扶持
早期修建的水電站對促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、推動社會進(jìn)步作出了巨大的貢獻(xiàn)，但早期修建電站容量小、發(fā)電量少、電價低、收入少、人員多、負(fù)擔(dān)重，社會效益顯著但經(jīng)濟(jì)效益較差，無力進(jìn)行設(shè)備更新和大的技術(shù)改造。
2011 年中央1 號文件《中共中央、國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》中提到:通過5—10 年的努力，從根本上扭轉(zhuǎn)水利建設(shè)明顯滯后的局面。農(nóng)村小型水電站是我國水利戰(zhàn)線一支重要的方面軍，在中央2011 年1 號文件出臺的大好形勢下，農(nóng)村小型水電站行業(yè)迎來了重大的發(fā)展機(jī)遇。通過水利部、財政部一系列指導(dǎo)性、政策性文件規(guī)范、規(guī)定，明確了小型水電站增效擴(kuò)容技改的技改思路、技改政策、補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計理念、工程管理實施辦法，為搞好增效擴(kuò)容技改做出了明確的扶持規(guī)定。
1.3 設(shè)備落后安全隱患大
改造前的農(nóng)村小水電站，主要存在以下問題：
1.3.1 主機(jī)及輔助部分水輪機(jī)選型不合理，使用轉(zhuǎn)輪落后，多年運(yùn)行造成的磨損、腐蝕得不到修復(fù)。發(fā)電機(jī)絕緣水平低(B級)，耐受溫度低、氣隙大、選型匹配不合理、使用時間長、絕緣老化嚴(yán)重。調(diào)速器早年多用機(jī)械液壓式調(diào)速器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能達(dá)不到要求，可靠性低，運(yùn)行自動化程度低、維護(hù)工作量大、修復(fù)時間長。勵磁系統(tǒng)早年修建電站勵磁系統(tǒng)五花八門，結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜、可靠性低、運(yùn)行調(diào)節(jié)性能差、達(dá)不到穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定無功運(yùn)行要求、修復(fù)困難。主閥結(jié)構(gòu)過于簡單、可靠性低，多不能自動操作。
1.3.2 電氣部分主變多采用S7 及以下系列高損耗變壓器，損耗大、效率低，經(jīng)多年運(yùn)行絕緣老化，密封損壞、漏油、防爆性能差。高、低壓電氣設(shè)備采用少油(或多油)式斷路器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷流容量小、動作速度慢、有燃燒和爆炸的危險，核心技術(shù)落后，運(yùn)行、維護(hù)工作量大同時安全可靠性差、五防功能差，采用電磁操作結(jié)構(gòu)，對直流電源要求高，購買備品備件困難。保護(hù)、監(jiān)控采用常規(guī)式分離元件，動作速度慢、可靠性差、性能低、自動化程度低，不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)需要。
2 如何做好農(nóng)村小型水電站增效擴(kuò)容技改工作
2.1 統(tǒng)一認(rèn)識
2.1.1 總體思路抓住要點，以提高綜合能效和安全性能，增加發(fā)電能力，推進(jìn)流域梯級優(yōu)化調(diào)度為目的，在不增加原有機(jī)組臺數(shù)基礎(chǔ)上對老的農(nóng)村水電站機(jī)電設(shè)備和配套設(shè)施進(jìn)行更新改造。
2.1.2 改造電站條件2000 年底建成發(fā)電，全站總裝機(jī)50 MW以下;電量增效15%以上;機(jī)組綜合能效0.75～0.88;符合流域規(guī)劃和河道生態(tài)修復(fù)規(guī)劃;已落實安全生產(chǎn)監(jiān)管主體和責(zé)任主體;電站基本建設(shè)手續(xù)完備、產(chǎn)權(quán)明晰;項目單位有一定的融資能力。
2.1.3 補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)中央財政獎勵西部地區(qū)1300 元/kW;且不超過該項目總投資的50%。中央財政補(bǔ)助主要用于更新改造機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)、送出工程等，不得用于非生產(chǎn)性支出。
2.2 初步設(shè)計工作
2.2.1 工程建設(shè)條件認(rèn)真復(fù)核原電站設(shè)計水文資料，搜集資料推算分析形成新的初設(shè)水文報告，提供電站的徑流、洪水、泥沙等資料，為電站增效擴(kuò)容水量取值上提供重要的理論依據(jù)。認(rèn)真復(fù)核原電站工程地質(zhì)的設(shè)計成果，進(jìn)行現(xiàn)場勘察，對運(yùn)行多年的水工建筑如閘、壩、渠系、隧洞、渡槽、壓力管道、前池、廠房、尾水渠等進(jìn)行地質(zhì)評價，得出相應(yīng)維持原設(shè)計或進(jìn)行必要的加強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)措施或改建措施。
2.2.2 工程規(guī)劃對增效擴(kuò)容電站的供電范圍、設(shè)計水平年、設(shè)計保證率提出初步設(shè)計。對擴(kuò)容前、后裝機(jī)容量、機(jī)組臺數(shù)、機(jī)型、額定水頭、額定容量進(jìn)行論證，進(jìn)而進(jìn)行引水道尺寸選擇、校核;提出電站擴(kuò)容后運(yùn)行方式及動能指標(biāo)。
2.2.3 工程布置及建筑物按前述設(shè)計條件要求，原則上不進(jìn)行大規(guī)模的土建工程，但要對原電站工程布置及建筑物進(jìn)行檢查、校驗;對擴(kuò)容后原電站流道的過流能力(閘門、渠道、隧洞、壓力管道、尾水渠等)進(jìn)行校驗，必要時采取必要的工程補(bǔ)救措施。
2.2.4 機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)分析找出原機(jī)組磨損、氣蝕、振動的原因;分析原機(jī)組選型情況;結(jié)合技改后水文、動能計算成果，進(jìn)行選型分析，收集相關(guān)新型轉(zhuǎn)輪資料，結(jié)合技改后水力動能條件參數(shù)選擇合適的新型轉(zhuǎn)輪。水輪機(jī)在水輪機(jī)的選型實施過程中，應(yīng)采用能量指標(biāo)先進(jìn)、空化性能良好、運(yùn)行穩(wěn)定、維修方便、盡可能與原轉(zhuǎn)輪同直徑、同轉(zhuǎn)速的新型轉(zhuǎn)輪，但過流能力應(yīng)大于原轉(zhuǎn)輪，盡可能選用不銹鋼轉(zhuǎn)輪;對軸流定漿式轉(zhuǎn)輪可通過調(diào)整葉片高度、修整葉片流線等方法實施;對沖擊式機(jī)組可通過改變噴嘴口徑、改進(jìn)葉輪、加大流量實施。對混流式轉(zhuǎn)輪較為復(fù)雜，可更換轉(zhuǎn)輪。一般更換新型轉(zhuǎn)輪需更換支持蓋，并同時修復(fù)原導(dǎo)葉、導(dǎo)葉軸及軸套等部件。吸出高程、安裝高程盡可能與原轉(zhuǎn)輪一致。機(jī)組導(dǎo)葉相對高度盡可能與原機(jī)組相近，進(jìn)水管口、出水管口位置、口徑，進(jìn)出口角度盡可能與原機(jī)組一致。
發(fā)電機(jī)定子可改造發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子絕緣為“F”級。利用“F”級絕緣比原“B”級絕緣承受溫度高約40℃的優(yōu)勢，利用發(fā)電機(jī)繞組可適當(dāng)過載，溫度升高但在“F”級絕緣允許的承受范圍的辦法來提高發(fā)電機(jī)出力。此外“F”級絕緣比“B”級絕緣薄，可利用更換絕緣后定子槽中多出的空隙適當(dāng)增加繞組導(dǎo)線截面，以提高過流能力，減少發(fā)熱，用這兩個辦法一般能達(dá)到增容20%的效果，且投資較省。如擴(kuò)容比例超過30%，應(yīng)校驗定、轉(zhuǎn)子的磁密度，如磁密過高，可適當(dāng)增加定子鐵芯高度，還應(yīng)校核推力軸承、大軸抗扭強(qiáng)度是否滿足要求。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)發(fā)電機(jī)容量擴(kuò)容20%左右時，空載勵磁功率并沒有增加，故只需增加10%左右的勵磁功率即可。轉(zhuǎn)子繞組可采用翻新方案，拔下磁極、取出繞組，進(jìn)行改造。電氣部分設(shè)計原則上不改變電氣主接線(除非原設(shè)計明顯不合理)，不改變與系統(tǒng)的連接方式和調(diào)度關(guān)系，在此基礎(chǔ)上對電氣主接線進(jìn)行優(yōu)化和重新按新標(biāo)準(zhǔn)選型改造。
變壓器對主變選擇S11 系列變壓器，淘汰S7 系列甚至鋁繞組變壓器;按增容后的要求選擇變壓器容量;對廠變和勵磁變，盡量選擇環(huán)氧樹脂澆筑的干式變壓器。
對高壓電氣設(shè)備，選擇六氟化硫或真空斷路器，干式的電流、電壓互感器;對戶內(nèi)設(shè)備，選擇鎧裝移開式金屬封閉帶“五防”開關(guān)柜;對戶外設(shè)備，淘汰危險的高壓油斷路器;盡量按原設(shè)備基礎(chǔ)布置，如果需要節(jié)省空間，推薦采用戶外高壓敞開式組合電器。
2.3 抓好項目建設(shè)管理
2.3.1 嚴(yán)格按照法定程序按照《四川省農(nóng)村水電增效擴(kuò)容項目和資金管理暫行辦法》，增效擴(kuò)容項目管理實行項目法人制、招標(biāo)投標(biāo)制、工程監(jiān)理制、合同管理制，并由業(yè)主作為項目法人負(fù)總責(zé)、履行法定程序、嚴(yán)格建設(shè)管理、在限期內(nèi)完成建設(shè)任務(wù)。
2.3.2 設(shè)備制造過程監(jiān)督為保證設(shè)備制造質(zhì)量，在各主要設(shè)備招標(biāo)完成并進(jìn)入生產(chǎn)階段，業(yè)主和監(jiān)理匯同設(shè)計根據(jù)各主設(shè)備的生產(chǎn)時間，及時深入到生產(chǎn)車間，對水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的`材質(zhì)、生產(chǎn)工藝，特別是與原設(shè)備間的銜接等關(guān)鍵性的工作進(jìn)行監(jiān)造。監(jiān)督調(diào)速器、勵磁裝置、高低壓電器設(shè)備、主變及廠變、監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)條件是否達(dá)到設(shè)計的要求，是否滿足工期的要求。
2.3.3 嚴(yán)格施工管理因站制宜、因時制宜，盡量利用冬季枯水期、停水期施工，合理安排工期，盡量減少發(fā)電損失。但公用通道必須要在全站停止運(yùn)行，全停電狀態(tài)下施工。動工前必須要求全部高低壓電氣設(shè)備，監(jiān)控保護(hù)設(shè)備、主機(jī)設(shè)備(一臺)，高低壓電纜、主材輔材運(yùn)到現(xiàn)場。各中標(biāo)設(shè)備供貨商按照前述要求在規(guī)定時間內(nèi)向業(yè)主和設(shè)計單位提供中標(biāo)設(shè)備的相關(guān)圖紙，設(shè)計部門按照結(jié)合電站原有設(shè)備的布置情況進(jìn)行技施設(shè)計，提供詳細(xì)的施工圖交付施工單位，以利工程的順利開展。
2.3.4 擴(kuò)容增效技改工程施工前期準(zhǔn)備動工前成立擴(kuò)容增效技改工程領(lǐng)導(dǎo)小組，下轄技術(shù)組、電氣施工組、調(diào)輔設(shè)備施工組、金屬結(jié)構(gòu)施工組、物資采購供應(yīng)組、后勤保障組，其具體安排由業(yè)主確定。因電站計算機(jī)監(jiān)控改造需對中控室原設(shè)備拆除、新設(shè)備安裝、接線，閘門設(shè)備等公共通道設(shè)備安裝期間必須全站停止發(fā)電，且各高壓回路因保護(hù)監(jiān)控操作回路均已拆除而不能運(yùn)行(含照明、生活)，為保證這些設(shè)備施工期間照明、焊接、切割等用電應(yīng)提前準(zhǔn)備臨時施工電源。
2.4 關(guān)鍵工作
增效擴(kuò)容技改工程中許多工序可重疊，6 kV 系統(tǒng)、35 kV 系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)、主變系統(tǒng)、中控室屏柜系統(tǒng)、公用通道電纜等的拆除安裝，機(jī)組流道系統(tǒng)如進(jìn)水主閥維修安裝、全廠公用系統(tǒng)如技術(shù)供水系統(tǒng)及低空系統(tǒng)維護(hù)安裝將影響直線工期，預(yù)計要停止發(fā)電25～35 d，上述影響直線工期的工作應(yīng)精心組織，盡力保證在全站停止發(fā)電期間完成。
2.5 確保施工安全
因增效擴(kuò)容技改工程整個工期短，且工期間銜接緊密，交叉多，為保證各工作順利進(jìn)行和相互配合，要特別注意施工安全。在全站停止發(fā)電期間，為保證安全應(yīng)提起泄水閘，關(guān)閉進(jìn)水閘，應(yīng)保證前池水位低至前池泄水閘底板高程以下，使進(jìn)水閘胸墻、門槽改造及泄水閘閘槽防腐工程順利進(jìn)行。
3 結(jié)束語
在已經(jīng)過去的“十二五”，四川大部分參加農(nóng)村小水電增效擴(kuò)容改造的電站已經(jīng)改造完畢投入運(yùn)行，達(dá)到了改造的能效指標(biāo)要求，將為促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。
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