农村水电增效扩容改造实践及成效分析_何良超.pdf
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1、第 卷第期 年月 科技和产业 ,农村水电增效扩容改造实践及成效分析何良超(中国大唐集团科学技术研究总院有限公司 水电科学研究院,南宁 )摘要:目前中小水电增效扩容改造的研究多聚焦于项目全过程管理、改造技术研究以及改造方案的选择制定,而鲜有对增效扩容改造前、后电站及机组状况的分析。以安徽纪村水电站增效扩容实践为对象,对比分析增效扩容改造后机组的性能变化、水能利用变化及经济效益情况。实践表明,农村水电增效扩容改造要综合考虑各种因素,分析利弊,选择合适方案,以达到改造技术先进、方案合理、经济的目标。关键词:增效扩容;运行效率;水能利用;耗水率中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:作者简介:
2、何良超(),男,湖北汉川人,中国大唐集团科学技术研究总院有限公司水电科学研究院,高级工程师,硕士,研究方向为水电站机电设备管理、测试及故障诊断。农村水电是我国农村经济社会发展的重要基础设施。对老旧小水电站进行增效扩容改造,使水能资源得到充分利用,促进电站发挥更多社会、经济作用。年中央一号文件的出台,为农村小电站增效扩容提供了一个良好的发展契机,在不改变水工结构、投资相对较小的情况下,可充分利用水能资源,提高发电量,减少碳排放,同时又解决了小水电人员多、资金受限的困境,提高了经济效益和安全生产的可靠度。为进一步促进节能减排和可再生能源产业发展,年月财政部、水利部印发 关于继续实施农村水电增效扩容
3、改造的通知,决定通过中央财政支持,以河流为单元继续实施农村水电增效扩容改造。这项工作 年启动,年年底全面完成。随着增效扩容项目的推进,针对农村水电站增效扩容改造的研究也大量开展。苗苗和盛雷从农村经济发展效益、工程安全及投资收益、低碳减排环保效用、生态效益与产业带动等方面对山东省农村水增效扩容改造进行了分析总结;潘丽枫等从项目前中期管理方面分析了缙云县“十三五”农村水电增效扩容改造主要做法及经验;肖妮等介绍了浙江省增效扩容改造项目完成情况及效果,总结经验,并对其特色、亮点进行分析。徐学章和张之韬从资金管理、全过程项目建设管理、验收管理等方面回顾了河北省“十三五”农村水电增效扩容改造情况。薛鹏等将
4、中小型水电站的改造工作按照具体问题进行了分类研究,分析了不同改造类型中存在的问题并给出相应的解决方案。叶永等对一库多级式小型水电站在改造设计过程中的设计思路进行了探讨研究,使两级电站的效益最大化。原文林等 针对设计中电站装机容量的扩容幅度、水轮机选型及适应性分析等关键技术问题,结合我国增效扩容改造项目相关技术规范进行了分析。肖建军等 分析了进水口拦污栅水头损失的特征,提出了一种机组优化结合进水口结构优化达到电站增效扩容效益最大化的改造新思路,丰富了中小电站增效扩容方法,对后续类似电站的增效扩容提供了可靠经验。综上可见,目前中小水电增效扩容的研究多聚焦于项目全过程管理、改造技术研究以及改造方案的
5、选择制定,鲜有对增效扩容改造后电站及机组运行状况的分析。针对这一问题,结合安徽纪村水电站增效扩容项目,详细分析了电站改造后机组的性能变化、电站水能利用变化及经济效益情况,为今后电站进行机组改造可行性研究及改造方案的制定提供参考。电站概况纪村水电站位于青弋江灌区总干渠末端,通过总干渠引上一级水电站尾水发电,属径流式日调节水电站,上游总干渠来水量,由上一级水库的调节下泄流量和区间径流量组成,电站具有发电、灌溉等综合利用效益。电站建成于 世纪 年代,电站装机台,单机容量,为轴流转桨式机组,压力前池正常水位 ,相应库容 万,电站保证出力 。电站号机扩容改造工程于 年 月开工,全部工程于 年月完工。电站
6、号机扩容改造工程于 年 月开工,全部工程于 年月完工。水轮机转轮型号由 改为 ,同时对导水机构、转轮室等过流部件也进行了改造。存在的主要问题 水轮机运行效率问题由于历史原因,向电站供水的总干渠达不到设计水位,电站运行水头一直低于水轮机设计水头,水轮机偏离高效率区运行,机组效率低,长期达不到额定出力。电站水轮机型号为 ,转轮模型是 世纪 年代产品,模型效率低,气蚀性能差,且限于当时的材料及制造水平,造成转轮整体效率不高。该转轮气蚀性能差,设计吸出高度 ,实际吸出高度 ,水轮机淹没严重不足,水轮机转轮及转轮室气蚀破坏严重。水轮机额定水头 ,额定流量 ,额定出力 ,通过对机组运行的毛水头统计,机组
7、时间运行在毛水头 ,最大毛水头 ,最 小 毛 水 头 ,加 权 平 均 毛 水 头 ,电站水头基本无法达到水轮机额定水头,水轮机长期偏离最优工况运行,机组出力达不到额定出力。电气设备老化问题经过 多年的运行,除电机和部分电气设备改造外,其他主要机电设备等均存在不同程度的老化和损坏现象。机组高压开关柜和互感器柜元器件老化,可靠性较差;各机电设备均存在超期服役、陈旧老化、配件难以购买等问题;电站自动化元件配置不全,自动化系统采用继电器式系统,陈旧老化,损坏较多,维修工作量大;已不能满足电站高效、安全、稳定运行要求。电站机组控制以现地单元 (可编程计算机控制)为顺控、数据采集的设施为主,没有装设全厂
8、计算机监控系统,不能全面对全厂机组运行工况、电气设备的实际运行状态和负荷分布进行监控,不能实现对全厂设备及保护装置的有效监控,机组控制操作难度较大,现场操作复杂。水能利用问题总干渠上游水草多、来污量大,造成发电进水口拦污栅水头损失大,经测量水头损失,每台机减少出力约 ,由于污物量大,为了清污采用打开泄洪闸门冲污及停机人工清污相结合,每年要 多 次 打 开 泄 洪 闸 门 进 行 冲 污,年 耗 水 约 万,年均停机清污 次,每次均需停机以上,影响电站正常运行。改造关键内容 水轮机改造针对电站存在的问题选用效率高抗气蚀性能好且所需流道与电站接近的转轮对现有水轮机进行更换,并对水轮机内外顶盖、活动
9、导叶、底环、转轮室进行更换,水轮机叶片、导叶及转轮室采用不锈钢 材 料。改 造 后 的 水 轮 机 型 号 为 ,设计水头 ,设计流量 ,额定出力 ,机组出力 ,吸出高度 ,运行水头范围变为 ,较原转轮的 ,有大幅的缩小,提高了转轮的高效率运行范围,预计效率可提高以上。电气设备更换电站电气主接线已经经过改造,本次不再进行改造。电气设备主要更换开关站 断路器、高压开关柜、发电机 机压开关柜以及高压柜与发电机之间、高压柜与主变压器之间连接的铝排;更换主变中压侧 电缆等部分电缆;更新改造电站与系统的通信设备;更新电站直流系统设备;更新电站部分接地网以及发电进水口启闭机房电气设备等。新增电站计算机监控
10、系统和电站火灾报警系统,以顺应系统调度和提高自动化水平的要求;按“无人值班,少人值守”方式设计,采用集中监控方式。在设计中,对计算机监控系统采用分层、分布开放式的网络结构,分电站控制层和现地控制层,上下层之间采用工业以太网通信。主要实现对全厂设备实现自动监视与记录,由计算机监控系统自动完成全厂设备数据采集、处理及设备运行状况自动监视与记录。对电站设备实现自动控制,根据电站运行方式要求,对电站设备进行操作或调节。实现电站运行管理自动化,实现运行报表自动生成,运行操作自动记录,电站设备参数或整定值记录与保存,所有报表均可自动或召唤打印。实现与调度的通信。对发电机、主变、母线、线路等主设备及辅助设备
11、进行保护与监控。土建工程改造土建工程主要是在电站大坝上游 处新建一座拦污进水闸、总干渠疏浚和主、副厂房缺陷处理。拦污进水闸上设置拦污栅和清污机,以解决发电进水口拦污栅水头损失大及停机人工清污等造成的水能利用降低问题。进水闸设计流量为 ,与总干渠设计流量相同。进水闸底槛高程 ,分为科技和产业 第 卷第期孔,每孔净宽 ,闸室顺水流方向长、垂直水流方向总宽为 ,墩顶高程 ,上设宽度交通桥。进水闸上、下游两岸设钢筋混凝土扶壁式挡墙,上、下游钢筋混凝土护坦长度分别为 、,两侧为混凝土预制块护坡。在闸室右端新建一条 交通道路至右坝头对岸。改造前后机组性能变化分析 改造前后水轮机效率对比水轮机效率特性是评价
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