官少华福建省清流县水利局

水能资源作为一种洁净无污染的可再生能源，有着经济效益、生态效益和社会效益高度一致的特点。近几年来，全国各地水电开发建设已成为投资热点之一，有相当一些地方的可开发水能资源基本开发完毕，投资者已将投资目光转向老水电站的挖潜改造上。由于缺乏有关投资经验，常出现盲目投资现象，改造后的水电站效益增加不理想，投资回报率极低。笔者凭借从事农电治理二十多年的工作经验，谈谈小型水电站的挖潜改造，希望能对投资者有所借鉴。

1挖潜改造的必要条件

要具有水头潜力。也就是说，原电站由于当初建设时的种种原因，水头未得到充分利用，根据目前条件可以对这些剩余的水头进行利用。

要具有流量潜力。一般老电站原设计较为保守，按当初设计考虑装机较小，设备年利用小时数大多在5000h以上，按目前来看（设备年利用小时数大多取值在3500h左右），这些电站的流量就没有得到充分利用，具有流量潜力，亦即可以增加装机。

要看电站的水能利用率和机组平均效率是否有潜力可挖，即原电站或由于实际运行参数与机组参数不符造成机组效率低下，或由于其它原因造成机组达不到额定出力的，且通过水能计算有挖潜效益的。

2挖潜改造的主要方法

水电站设备的更新改造主要适用于水头、流量与原设计变化不大，且存在以下问题的小型水电站。

由于我国早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少，不少小水电站只能“套用”相近转轮；其主要能量指标(单位流量、单位转速、模型效率)都比较低。因而使机组偏离电站实际运行参数，导致水轮机偏离高效率区，造成机组运行的平均效率低、耗水量大，水能资源未能得到充分利用的。

由于水轮机设备陈旧、水轮机磨蚀破坏严重，或生产厂家制造技术落后，制造质量差，造成水轮机效率较低，总的能量指标和性能指标（高效区、稳定性、空化特性）偏低，致使水能利用效率不高，转轮又偏离了高效率区运行的。

由于设计时选型不当，造成水轮机主要性能参数与电站实际运行参数不匹配，水轮机处在低效率区运行，出力达不到额定功率的（差值越大，挖掘潜力越大），或水轮机与发电机选择时偏于保守，致使水能不能充分利用，造成不必要弃水的。

由于水轮机与电气设备不配套，水轮机的输出功率大于发电机或主变压器的额定容量，水轮机出力受到限制，导致水轮机处在低效率区运行，或发电时出现不正常的弃水现象。发电机容量大于水轮机出力，既浪费了设备容量也增大了运行损耗。

设备更新改造主要是对水轮机和发电机的改造。由于水轮机在水轮发电机组中处于原动机的地位，故水轮机运行效率的高低至关重要。因此，首先要抓住水轮机的改造，从而带动水轮发电机和整个水电站机电设备及水工结构的技术改造。

水轮机改造多采取局部改造，重点是选用相同或相近的新型高效转轮，不改变导水机构、蜗壳、尾水管尺寸以及转轮配合尺寸；通过更换转轮提高水轮机的运行效率和单位流量，来达到增容并增加年发电量的目的。这种办法对大坝、厂房等水工建筑物和水轮机其余部件尽可能维持不变，投资较省，应优先选取。

如无合适可选的新型转轮，则应请生产厂家重新设计(改型)转轮，或者改进过流部件型线结构。可根据电站的实际情况，进行专门设计与制造适合自己电站条件的最优性能转轮，使其出力、效率、汽蚀性能等指标都明显优于按传统型谱选择的转轮，从而达到最佳运行效果，取得最大经济效益。生产这种单件转轮，价格会比传统转轮价格略高一点，但所带来的效益却非常明显。

只有在局部改造难以满足要求，或要较大幅度改变水轮机出力和额定转速时，再考虑新置水轮机及附属设备。在重新确定装机规模时，机电设备选择不仅要注重其本身的质量、效率，还要结合现有机坑形式、厂房布置、出线等综合考虑，选择尽量减少土建造价的优良设备。

当水轮机改造完毕功率确定之后，一般同时需要进行发电机的改造，或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。

发电机改造的重点，一般是提高定子、转子线圈绝缘等级，经过线圈重制，增大定子、转子线圈导线截面和匝数，再辅以通风系统的改造。主要方法如下：

采用环氧粉云母B级绝缘替代原机组E级绝缘，以提高定转子的耐热性能(比E级绝缘温升答应值提高20℃)和耐电压性能。其绝缘单层厚度减薄，必要时可采用双层绝缘，以保证有足够匝间耐压水平，并可增加定子绕组的截面积和线圈匝数，以提高定子的额定电流，减少铜损，降低定子线圈温升。

改善通风结构，在通风口增设排风机，以增加排风量，有条件的还可在定子上下端部开设通风口，以降低温升。设有空气冷却器的，如冷却效率不高，可改装大风量风扇，并适当调整吹向，合理分配风道，或置换效果更好的空气冷却器，以提高冷却效果。使机组满载时，温升要控制在国家标准规定的范围之内。

加装电容无功补偿器，可使机组提高功率因数运行，相应减少发电机的转子电流和励磁功率，以达到提高机组有功出力的目的。无功不足部分，可由电容无功补偿器补偿。

对增容改造的统计表明，在水轮机过流部件尺寸不变的前提下，通过更换性能优良转轮的增容改造方法，在额定水头基本不变的情况下，通过提高转轮效率和加大过流量可使水轮机出力增加20～25。而发电机通常都有10左右的容量裕度，实践表明，在增容10左右时，发电机一般不必改造，但应密切注重温升的变化。温度升高较多，才应考虑对定子、转子线圈进行更新改造，并提高绝缘等级。在轴功率满足的条件下，发电机出力可提高30左右。

在更换相应水轮机同时，还要验证机组的飞逸转速是否符合要求；发电机增容改造后，应验证定转子温升是否超出答应值。

在小型水电站设备增容改造中，有一个要害环节需要慎重对待，即水轮机输水系统(引水渠、压力管等)，需校验其过流能力和水头损失情况，以分析选定最大答应的水轮机额定水头和设计引用流量。

对于水头、流量比原设计增大许多的水电站，只局限于设备的更新改造无法满足扩容要求时，就需改造引水工程中的拦河坝、渠道、隧洞、压力输水管等水工建筑物，有必要时还需重新选择水轮发电机组及其附属设备。不同的情况，扩建的方法也不同，具体的方法因情况而异，水电站扩建工程设计文件的编制应参照新电站设计规范和编制规程进行；报批程序与新建电站相同。

3挖潜改造方案的选定

小型水电站挖潜改造前，必须查清存在哪些问题，包括实际运行时的水头、来水量、弃水量、机电设备状况、水工建筑物及金属结构运行状况等。再根据可取用的水头和流量估算电站可能达到的理论出力，与目前电站实际出力相比，看相差多少，是否有挖潜改造的必要。对具体电站要查出问题的症结再确定改造内容，制订改造方案，防止盲目改造和改造不增效的情况发生。只有彻底摸清问题，才能有针对性地进行改造，取得实实在在的改造成果。

在确定改造后，要委托有相应资质的设计单位按《小型水电站技术改造规程》的有关规定对水电站改造方案进行技术咨询和设计，并需按规定程序报批。报送后审批部门会组织有关部门和专家对改造设计方案进行技术咨询和审查，以确定方案的合理可行性。因为一个好的设计方案，可以出效益；反之，不重视设计，轻易出庇漏而造成不必要的返工和经济损失。

从挖掘潜力的可能性分析，需要改造的大多是早期兴建、水力条件较好、设备简陋的电站。当前，对有能量潜力和运行时间较长的电站，均可进行机组增容和更新改造，这是一种投资少、见效快的良好途径。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，尽可能采用设备更新改造方式；对于水头、流量比原设计增大许多的水电站，只局限于设备的更新改造无法满足扩容要求时，再考虑采用扩建改造方式。

在确定采用扩建改造方式时，要对需留用和改造的大坝、厂房等水工建筑物的质量和安全做出检查评定。可利用的尽量利用，不可利用的需拆除重建；非凡是对大坝的安全要求很高，如需对大坝进行加高等改造时，需先委托有相应资质的部门对大坝进行安全鉴定和改造方案的安全稳定校验，并将大坝改造方案与鉴定等资料报有关部门审批。

水电站挖潜改造的目的是提高机组运行效率和水能利用率，以增加电站年发电量，但最终目的还是为了提高电站经济效益。因此在对电站挖潜改造方案进行选定时，一定要做好改造工程的经济效益分析工作，多考虑一些不利因素，不要把一些问题看得过分简单。因为电站改造不仅涉及自身，有时还涉及对周边地区的影响。由于增大引用流量，可能会造成对原用水单位的影响(如浇灌用水)；同时还会涉及征用林地、土地和农民苗木赔偿等问题。