摘要：分析我国现有小水电的实际情况，根据中小型水电站机组设计问题和运行时间比较长，提出技术改造方案。 关键词：中小型水电站；水轮机；发电机；技术改造 Abstract: the author analyzes our country"s existing small hydropower actual situation, according to medium and small size hydropower stations of design and operation time is long, put forward the technical renovation plan.
Keywords: medium and small size hydropower stations; Turbine; Generators; Technical reform
中图分类号：TV742文献标识码：A文章编号：
一、我国中小型水电站的发展现状
水电是清洁能源，并且对振兴地方经济、促使山区脱贫致富起着很大作用，水利部大力支持水电的开发。在我国一些装机规模较大的水电站开发待尽之时，水利部重点支持小水电的开发和原有小水电的技术改造。建国以来，我国水电建设取得了巨大成就。据统计，我国常规水电装机容量已达1亿kW，其中，中小型水电站总装机容量达3200万kW。由于当时的设计问题和设备的制造工艺水平较差，这些小水电站的特点是：出力达不到铭牌出力、保护经常误动或拒动、自动化水平不高、制造质量差、安全生产隐患多。并且运行人员的技术水平比较低，为了保证安全生产，急需进行技术改造。
二、机组运行中存在的问题
1.水轮机的选型有问题
我国早期编制水轮机模型转轮型谱中可供选择的转轮型号少，不少中小型水电站只能“套用”相近转轮，因而机组性能参数偏离电站实际运行参数。对中小型水电站水轮机选型设计，有的地方管理部门不太重视，有的设计单位不够认真或水平不够，使得一些水电站的水轮机转轮直径、额定水头或额定转速选择不当，造成机组性能参数与电站实际运行参数不匹配。有些水电站建成后，其实际的来水量或水头等水文数据与设计资料不符，以致选用的水轮机性能参数与电站实际运行参数不适应。
以上几种情况都会导致水轮机偏出最优工况区运行，造成机组运行效率低、耗水量多、振动及噪声大及发电损失大，使水轮机使用寿命大大缩短。
2． 水轮机设计水平较差，制造加工工艺达不到要求
我国1964年颁布的水轮机模型转轮系列型谱中ZZ460、ZZ560、ZZ587、ZZ600、HL 123、HL 263、HL 365、HL 638、HL 702等型号的水轮机转轮，有的至今仍在使用。这些转轮相当于国外二十世纪三四十年代的技术水平，其主要性能指标（单位流量Q11、单位转速n11及模型效率ηm）都比较低。有些小型水电站的水轮机加工质量差，缺陷多，长期带病运行，出力不足，安全可靠性差。
3.水轮发电机绝缘老化，推力轴承和水导轴承烧瓦
有些中小型水电站的水轮发电机因运行年代长，定子、转子的绝缘已严重老化，容易引发接地故障，威胁机组安全运行。由于制造或安装质量较差，水轮发电机的推力轴承和水导轴承可靠性低，常发生烧瓦事故。
4.多泥沙河流上的水轮机磨损和气蚀破坏严重
据不完全统计，我国中小型水电站中，约有1/3的水轮机存在空蚀和泥沙磨损问题，导水叶和水轮机进水阀严重漏水，有的甚至难以正常开、停机。有的水轮机转轮叶片发生严重裂纹或断裂，不能保证安全运行。
5. 水轮机与发电机不配套
有些中小型水电站水轮机的输出功率大于发电机额定容量，形成“大马拉小车”，大大限制了机组出力。也有的水电站发电机容量大于水轮机出力，形成“小马拉大车”，既浪费了设备容量，也增大了运行损耗。
6. 保护装置比较落后，自动化水平不高
我国早期建成的小水电，由于当时二次保护发展的技术水平限制和资金的不足，导致发生故障或事故的时候保护误动或拒动。这对安全生产造成威胁，有时还会损坏设备，造成巨大的经济损失。小水电的运行人员技术水平比较低，经常会误操作。
7.水轮机调速器性能比较落后
水轮机调速器性能比较落后，静特性差，磨损严重运行死区大动作不灵活，无法保证机组安全稳定运行。
三、在中小型水电站技改中应注意的问题
1. 优化设计，获取最大的经济效益
要做好中小型水电站的技术改造，一定要委托有资质的单位进行技术咨询并做到优化设计，还要请专家对改造设计方案进行审查。因为一个好的设计方案，可以出水平、出效益；反之，不重视设计，容易造成不必要的返工和经济损失。
中小型水电站的技术改造，必须贯彻先进性、合理性、经济性和特殊性原则。应该针对各个水电站的具体情况，因地制宜，进行优化设计。所谓先进性就是要择优选用一个性能先进、技术成熟的好转轮和配套性能先进、运行可靠的水轮发电机及其辅助设备；合理性就是要紧密结合和妥善处理水电站的不可变更或不宜变更的制约条件；经济性就是要在有限的投资情况下，尽量增加年发电量，提高水电站的经济效益；特殊性就是特殊问题用特殊办法处理。例如，对于多泥沙河流上运行的水轮机，既要改善其运行特性，又要采取抗泥沙磨损的综合治理措施，延长水轮机的使用寿命，只有全面考虑才能较好地达到先进性、合理性和经济性。多数中小型水电站的技术改造以水轮发电机组的改造为主。在技术改造设计中，常采取以下方式。
（1） 对于水头、流量与原设计变化不大，而水轮机设备陈旧、性能落后的水电站，可采用更新改造或增容改造方式。选用该水头段导水叶相对高度相同或相近的新型转轮，如无合适的新型转轮，则应改型或重新设计转轮，或者改进过流部件型线与结构，以提高水轮机的运行效率，并达到增容、增加年发电量的目的。例如，韶关市乳源双江水电站（3X630kW）更换了3个新研制的高效率转轮，机组功率由原来的630kW提高到了700kW，单机增加了11%出力，提高了年发电量。
（2 ）对于水头、流量比原设计增大了的水电站，应采取增容改造方式 。 应根据电站实际运行水头和流量增大的具体条件，提高水轮机的额定水头，加大额定输出功率，选用合适的新型转轮或者重新设计转轮，其额定转速应结合水轮发电机的改造方式确定，最终应使水轮机在较高效率区运行。这样既加大了单机容量又提高了水轮机的运行效率，电站年发电量也有较大增加。以上两种情况，当水轮机功率确定之后，都需要为其配套相应功率的水轮发电机。对辅助设备也要进行核算，以决定是否更换。
（3） 对于水头、流量比原设计减少了的水电站，宜采取减容改造方式。即根据水电站的实际运行水头和流量，降低水轮机的额定水头，减小额定输出功率，选用合适的新型转轮或重新设计转轮，将水轮机调整到最优或较优工况区运行，以提高其运行效率，增加年发电量。
（4） 对于多泥沙水电站，应考虑泥沙磨损问题，应采用与抗磨措施相结合的改造方式。改造设计中应根据水轮机的过机含沙量、泥沙中值粒径及泥沙矿物成份等条件，选用单位转速相近或略低，单位流量适当减小，模型空化系数适当降低，模型效率较高的新型转轮，并合理加大导水叶分布图相对直径，改进导水叶型线，降低和匀化导叶区流速。同时，从结构设计工艺、材料和保护涂层等方面采取抗磨措施，以保证水轮机的安全运行，延长其使用寿命，最终达到更新改造或增容改造的目的。
（5） 对“大马拉小车”的水电站，可以单独改造水轮发电机，为提高绝缘等级或改进通风系统等实现增容 ，必要时可重新设计制造新的水轮发电机。主变容量不足可换用新变压器，旧变压器仍可用于其他水电站。对于“小马拉大车” 的水电站，若水轮机采取改型亦无增容的可能，则暂按现状运行。
（6） 对保护装置比较落后，自动化水平不高的小水电。尽量采用自动化水平较高的微机综合自动化系统，并且不断地提高运行人员的技术水平。例如，2003年7月韶关市始兴黄石坑三级水电站（2X1600kW）,将原有的继电保护装置改造为SCUT2008微机综合自动化系统。改造完成后，保护误动和拒动的机率大大降低，运行人员误操作的情况完全避免。这样就节省了大量的维修费用，给电站提高了经济效益。
（7） 对老式电站采用机械液压调速器，这种调速器的性能比较差，在加上长期运行静特性差，磨损严重运行死区大动作不灵活，无法保证机组安全稳定运行，应尽量更换电气液压调速器和微机调速器。
2. 做好输水系统的调保计算
在中小型水电站增容改造中，水轮机输水系统是关键环节。尤其是一管多机的引水式压力输水系统，应当从水力和调节保证参数两个方面进行核算。水力核算即是对水轮机输水系统的过流量和水头损失的数值关系进行核算，并绘制水头损失与流量关系曲线，以分析选定最大允许的水轮机额定水头和设计引用流量。调节保证核算就是从机组运行特性和输水系统水力特性两方面来核算机组运行的过渡过程中可能发生的最大水压力和最大转速升高值，并检查前者是否在水轮机输水系统设计水压力的范围内，以研究和确定采取加固补强措施的合理性和可能性。
水轮机输水系统的最大过流量和水头损失及其所能承受的最大水压力，是制约水轮机增容的一个关键环节，应予以足够重视，否则会影响技术改造的经济效益和安全运行。
四、束语
我国小水电多分布在偏远的山区，为了发展山区的经济，使山区人民脱贫致富，就要加大小水电的建设。而对运行时间很长的小型水电站就要对其进行技术改造，保证安全运行充分发挥经济效益。
参考文献
1.水利部行业标准SL 193—97《小型水电站技术改造规程》1997 年 12 月 1 日发布实施
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。