[摘要]结合福建省小水电事业起步早、发展快，全省电站数量众多、星罗棋布，共有水电站6000多处，总装机容量为1762万kW，但电站装机客量都比较小，且因早期资金或技术问题，普遍选用低压机组的实际，论述小型水电站低压机组的设备改造。[要害词]小水电站低压机组技术改造1水轮发电机组改造福建省大多数电站建于上世纪七八十年代，水轮发电机组经过二三十年的运行，出现发电机绝缘老化、发热增加、滑环严重冒火、端盖无防护罩等问题，影响运行安全；水轮机转轮等过流部件磨损、变形，或虽几经补焊但叶片变厚、变粗糙与原型误差较大，机组效率严重下降；有的是历史原因机组选型不配套，造成出力不足、水量浪费，效益差。针对上述问题，近几年我们在建设新电站的同时，根据具体情况对一些老电站进行了改造。1)增大定子线圈导线截面，提高绝缘等级。用环氧粉云母B级绝缘替代原来机组E级绝缘，匝间绝缘由原来每匝半迭包1层云母带改为每匝半迭包2层，以保证有足够匝间耐压水平。采用非线性半导体材料进行防晕处理，使单只线圈起晕电压达到18kV以上，是国家标准的2．4倍。2)采用“R-R”连接换位新技术降低定子线圈温升。为了降低环流、降低定子线圈温升和减少附加损耗，采用了“R-T”连接换位新技术，保证了发电机有功出力满载时，定子线圈温升小于或等于47．5℃。3)降低转子线圈温升。为有效降低转子温升，采取了2个有效措施：一是在转子线圈直线部位采用了散热匝结构；二是增加了线圈匝数降低转子电流。4)通风冷却系统改造。将原来折斗扇改为弧斗式风扇，提高轴向和径向压头，并合理分配风道，将绕簧式空冷器改为针刺式空冷器。新技术的采用有效地降低了风阻，提高了冷却效果，即使机组满载，温升也在国家标准规定的范围之内。5)采用新型转轮工艺。如三坐标测控工艺，这是针对农村小水电机组设计的一种既经济简单实用，又有较高精度的转轮叶片制造工艺。首先设计专门的工装，将工装置于具有三坐标的镗铣床或摇臂钻床的工作平台上，再将叶片毛坯安放并定位在工装上，利用工装和机床的移动配合，可以检测到叶片正、背面任意位置的空间坐标值。将检测结果直接与叶片型线坐标值进行比较，如偏差值超出标准要求，则在相应位置先用钻头打出相应偏差值深度的孔，后对叶片进行铲磨至孔深位置，再利用机床和工装进行型线检测，每个叶片重复2～3遍，直至叶片型线满足设计要求。平和县九二水电站、深度水电站等几台水轮机改造的转轮均采用三坐标测控工艺，实践证实，采用这种工艺制造的转轮在投运后，效率、出力、稳定性、气蚀等水轮机性能均达到了设计要求，提高了机组的效率，使电站得到了更好的收益。2发电机励磁装置改造要使发电机安全和稳定地运行，发电机励磁系统的性能是要害，早些年使用的三次谐波式、相复励变压器式等几种励磁装置，由于调节性能差，易引起振蔼，不适应机组并网运行；同时其故障较多，影响机组安全运行，所以必须加以更新改造。1)改用可控双绕组电抗分流式励磁，并在双绕组电抗分流式的基础上增加了可控硅分流的自动电压调节器。优点是：空载电压调节范围大，并网后运行稳定，无功功率调节方便。由于是厂家随机生产，安装在发电机上结构简单紧凑，不需另占地方。在主断路器跳开后不失磁，发电机仍有端电压。在电网停电时仍有电源供给调速器，能迅速将机组关闭，省去了备用电源。在平和县近20台发电机上使用结果证实，能够安全、可靠、稳定地运行。采用这种励磁方式当励磁回路对地一点接地时，接地点与发电机中性点(低压发电机绕组中性点一般都接地)构成回路。励磁电流被分流减少，会发生气组振荡、不能正常建压等故障。所以非凡要对滑环及四周等励磁部位定期清扫，防止励磁回路对地绝缘严重下降而发生接地故障。2)采用可控硅静止励磁装置，如FKL、ZL1A1等型号，其性能良好，但结构相对较复杂。采用独立屏柜增加了安装位置，布置上还需注重整洁和美观。由于主断路器跳开时联动跳开灭磁开关，使机组无电压，故这种励磁装置尚需备用交流电源或配置TC操作器。3机组制动改造一般水轮发电机的制动系统由厂家设计，采用气刹或油刹，对小型卧式机组的水电站而言，因机组及厂房结构都很简单，设置专门供刹车用的低压供气系统，这在经济上是不合算的，且增加了维护工作量；而采用油刹则需设置制动油泵，且排油不便也不好操作。一些小水电站则采用木棒撬刹，虽然能解决问题，但劳动强度大又不安全。2004年平和县国强高坑水电站技改时，采用了高压空气制动方式，运行至今，效果良好。国强高坑水电站装机2×800kW，转速1000r／min，配YDT-800型电液自动调速器，系南宁发电设备总厂产品。这种电液调速器是原YT型机械自动调速器的改型，它保留了原有的油压装置(带中间油箱自动补气)和液压随动系统，只是将飞摆、缓冲器等测量、反馈机构改为电力部分而已。这种调速器在自动运行时其电液转换器一直在耗(排)油，这样油压装置需不断泵油补充。由于袖压装置的补气是伴随着泵油自动完成的，结果又造成补气过多需经常排气。在此情况下能否利用这种高压气刹车?经查图纸，制动器压力也能满足要求，于是接1个三通，2个截止阀和8m紫铜管(d=10mm)，一试相当理想。可见对小型卧式水轮发电机组的制动在有条件的小水电站，即有自动调速器带中间油箱能自动补气，气刹车也是一种可取的办法，但刹车时要注重：1)转速要降至20％左右才能加闸；2)刹车时要先点刹加闸，否则会使刹车块急速磨损。4水轮01,调速装置改造因并网小型水电站不能调频，调速器仅作用于正常开、停机，调节正常有功负荷以及事故停机，所以普遍采用电、手动操作器。这种装置结构简单、投资省而又随机配套，操作与维护方便。假如需要有自动调节功能，则可以配上STK-W-3微电脑控制器，就能达到单机自动调频，并网时按前池水位自动调节有功功率、自动并网合闸等功能。如平和县长厅水电站630kW机组中应用了这种控制器后，实践证实这一配置是比较理想的。TC操作器是一种技术较先进的新型调速器，除有电、手动操作功能外，其特点是关闭时间可以调节，故障时无电源也能自动关闭导水机构；可根据电站实际，整定不同的调保时间值；同时可避免因木石卡塞和手动关机过度损坏导水机构的问题；提高了机组运行的安全性。再配上STK-W-3可达到自动调节的目的，是一种值得推广使用的调速装置。5主变的改造水电站的低压机组通常是经主变升压后与10kV农村配电线路相连接，过去老电站选用的都是定型10±5％／0．4kV系列配电变压器。由于电站地处偏远山区，线路长、压降大，发电机经常需要在较高电压下运行，才能保证发送一定的无功负荷。有的电站电压值高达440V及以上，其危害：一是在高压下运行使发电机、变压器温升提高，绝缘加速老化，绝缘薄弱环节轻易击穿；二是难以发足无功功率，并影响机组运行的稳定性；三是老型号变压器能耗大，且运行年久老化，时常出现故障影响正常发电，需要及时更新、改造。我们在改造时采用了S11系列低损耗的升压变压器，订购时向厂家非凡提出，一般变比为0．4／11±5％kV，从而保证了水电站在正常电压下运行。为了减少主变空载损耗，保证站用电和生活区用电的电压质量，可另装站用变压器，电站停运或运行时可相互切换。6配电设备和成套装置改造水电站低压机组使用的主断路器有DZ10、DW10、DW15等空气断路器，DZ10塑料外壳式空气断路器由于封闭散热差，易引起发热故障，仅用在容量小的机组上。DW10框架式空气断路器普遍在使用中，但因短路断流容量小，时有发生因短路不能有效断流而烧坏电器设备的事故，所以主断路器应选择DW15型。由于发电机组频繁操作，发电机出口断路器选型应选用高可靠性的产品，可选用ABB、E系列和施耐性M系列框架断路器，操动机构应选择电动机预储能合闸型。电站需长时间满负荷连续运行，主断路器和隔离开关按发电机额定容量选择，但尚需一定的裕度，才能确保设备运行的安全可靠。定型的成套配电装置简化了设计，它把发电机的配电主回路和控制、保护及水轮机自动回路等二次回路的设备有序地安装在同一屏内。常用的BKSF型水轮发电机控制屏，在使用中尚存在一些欠缺的地方，我们可以根据电站运行的实际来改进。裸露的盘顶母线和无边屏，是易发生和扩大电气故障的隐患，应加装屏顶保护罩和两侧的边屏。除有发电机电流速断、过电流、过电压保护外，还应有过速和高用切机保护。高用切机在频率超过50 1Hz，保护就立即动作，防止线路对侧瞬时断电时又重合，此时主断路器未跳开，引起非同期并网冲击；降低事故跳闸后机组转速上升率。为保持机组在高水头运行，提高电站经济效益，在控制屏上应装设前池水位监测(或能自动按水位调节)装置。现在很少采用水电阻耗能保护法。较普遍应用的是在发生事故时能快速自动关机，故在屏内装设调速器的电动机回路。调速控制回路除正常操作开、停机外，运行中主断路器跳闸必须迅速自动关机(除正常手动操作外)，这可用合闸记忆回路来实现。电动调速回路电源应在电网电压和机端电压两侧进行切换，保证调速器电源的可靠性。另外，机组进水阀门的电动控制除在就地操作外，也可在控制屏内进行操作。今后在小水电的设计中选用的机电设备，要充分利用已成熟的科研成果，选择那些技术先进、性能良好、质量可靠、效率高、损耗低的设备。例如，选择运行范围好、高效率的水轮发电机机组，充分利用水力资源提高电站效益。采用TC型操作器、重锤式蝶阀和球阀来提高机组运行的安全可靠性。低能耗变压器和新型大容量的低压断路器的使用，为大容量低压发电机组的安全高效运行开辟了新的道路，但还应努力提高机组运行的自动化程序。结合我省目削、水电站的实际情况，因地制宜地进行机组技术改造，确保农村小水电站机组的高性能、高质量和安全可靠运行，以此促进我省小水电事业的健康发展。