[摘要]　针对皂河闸水电站因长期运行造成的机电设备老化、机组效率较低等问题，对3号机进行技术改造。经过调研分析，提出改造方案，并对改造前后的经济效益进行对比分析。表3个。

[关键词]　小水电技术改造原因分析改造方案

1工程概况

为了充分开发利用水力资源，皂河闸利用1972年工程加固的机会，在闸的左右空箱岸墙内安装了4台ZD760—LM—120型水轮机，配4台TSN型lOOkW水轮发电机，总装机容量为400kW，投人生产后发挥了较好的经济效益和社会效益。根据凹多年的水文资料和实际运行情况分析，水轮机流量和水头还可以增加，发电机功率还可以提高，于是皂河闸在1996年对发电机进行了增容技术改造，单机容量由原来的TSN型1OOkW提高为SF160—6/650型160kW，总装机容量增加到640kW，水轮机叶片角度由10°增加到15°，通过改造，经济效益增加明显。近几年年平均发电量在300万kW·h左右，为单位创造了较为可观的经济效益。

水轮发电机组参数如下(见表1、表2)：

2存在问题

2.1水轮机

1)水轮机转轮采用ZD760型，该型号转轮效率较低，加之经过30多年的运行，设备老化、磨损严重，叶轮部分气蚀严重，与转轮室之间间隙过大，已严重影响机组的出力。

2)由于机组震动，加上原水轮机设计缺陷，上下座环导叶轴孔磨损严重，挤压导叶过紧，导致开关导叶比较费力，导叶不能完全关闭；同时由于运行中机组震动，导致导叶轴断裂、连板脱落损坏、螺母松动等情况时有发生，造成导叶调节不灵；遇电网失电机组飞车时，导叶无法关闭，影响机组安全运行。

3)水轮机导叶操作仍采用手动调速器，调节特性差，不能随负荷变化及时调节，且劳动强度大，当机组飞逸停机时，不能自动关闭导叶，导叶关闭操作时间长，可能使机组飞车，造成设备损坏。

4)水轮机设计参数选择不当，不能充分发挥工程效益。随着骆马湖南堤及周边工程的加固，皂河闸上游水位可控制在23.00～23.50m，下游可控制在19.00～19.50m，扣除水头损失，水轮机设计水头应定为3.70m。根据多年运行和近10a的水文资料分析，该闸日平均流量超过20m3／s的达178d，引水部分最大流量单孔可达到6.00m3／s，因此设计流量可适当加大。

2.2发电机

1)皂河闸现行发电机组是采用皮带轮传动增速，速比大，皮带轮加工精度差，传动效率低，皮带损坏情况较严重。运行中传动皮带经常会出现过紧或过松情况，造成机组震动，导致导叶轴断裂，导叶卡死。由于皮带长时间的过紧或过松运行，皮带经常损坏，既影响了机组的安全运行，又影响了效益的充分发挥。

2)发电机励磁方式为双绕组电抗分流式励磁，电抗分流消耗了部分功率，使电机效率降低。

3)发电机运行时噪音很大，值班室离机组较近，严重影响运行人员的身体健康。

2.3电气设备

1)水轮发电机组控制柜分别安装在节制闸交通桥下面两头的机房中，由于桥面破损，漏雨严重；雨水直接漏到控制柜内，容易引发事故，严重影响了水轮发电机组的正常运行。

2)并网装置为暗灯并网装置，手动并网时间一般都在15min左右，有的甚至需半个小时才能并上，影响电站的发电效益；同时非同期并网对机组冲击较大，容易对设备造成损伤。

3)励磁调节装置为潮州电机厂生产的FT4可控电抗分流励磁调节器，目前该装置不能可靠工作，机组运行时，励磁电流不稳定，且不能调节，无法控制发电时的功率因数。

4)该小水电的控制方式为现场就地控制，分布在闸室两头，无监控和数据采集系统，运行管理及数据记录完全依靠人工，运行人员较多，既不利于机组的安全运行，又浪费了大量的人力、物力。

3改造方案比较

针对上述存在问题，管理处决定对皂河闸小水电进行改造，为此，通过向相关设备生产厂家和部分同类型水电站进行调研、咨询和研究以及对3号水轮机更换转轮的试验，拟定如下改造方案：

3.1水轮机

方案一：更换整台水轮机机组，将叶调机构改为手电两用。

根据市场调研，用T03转轮替代原ZD760转轮是目前比较常用的方案，为此，我们于2006年5月份结合3号水轮机组大修进行了试验，将其转轮更换为璜川水轮机厂生产的T03转轮，叶片角度为27.5°；通过运行，发现在相同水位条件下机组出力明显提高(见表3)。应该可以肯定的是，用T03转轮替代原ZD760转轮是最佳选择的方案。

因此将原ZD760—131—120水轮机更换为ZDT03—LM—120水轮机，同时根据皂河闸工情、水情情况，可适当提高设计水头及流量，这样通过查找T03转轮模型综合性能曲线，在叶片角度22.5°、转速250r／min，设计水头3.7m、流量5.72m3／s、效率86％时，水轮机出力可达到160kW，比原来提高约12％。

同时将原叶调机构改为DST—300电手动叶调机构，当高压停电或机组跳闸时，利用发电机残压，在12s内自动关闭导叶，提高机组运行的安全可靠性。

方案二：对原水轮机进行部分改造：更换转轮、导叶部分，保留原主轴、推力轴承箱和转轮室，将叶调机构改为电动。

综合水轮机改造方案，方案一对机组进行整体更换，机组性能较好，安全可靠性高；方案二投资较省(金华市水轮机厂报价，方案一是13.8万元，方案二是7.3万元，与方案一比较，可节省投资6.5万元)，但新加工设备与原设备配合比较困难，部分保留设备需返厂处理，加工周期加长，机组的可靠性不高，因此建议采用方案一，更换整台水轮机。

3.2发电机

将皮带传动改造为水轮机与发电机直联，采用直联低转速电机，电机运行噪音低，改善了运行值班环境，增加了机组运行的稳定性、安全性，同时传动效率可增加约5％，但由于电机转速降低，电机效率降低约3％，综合出力增加约2％左右。

根据T03转轮模型综合性能曲线，机组转速设定在250r／min较好，配套直联电机极对数为24级，但电机体积增加，根据电站厂房现有高度，不能满足要求；同时考虑到更换电机一次性投资较大，原电机更换后无其他作用，因此，建议对发电机不进行更换，仍然采用皮带轮传动。

3.3电气设备

将6只控制和保护柜分别上移安装至两头的上闸室；设置2台数据采集与监视主机，分别监视东西4台机组运行情况并形成运行报表，既改善了值班环境，又可减少运行值班人员；对4台机组并网装置及励磁调节系统进行改造，选用福州南自电力自动化有限公司生产的ZHB-2型准同期自动并网仪，实现机组的过压、过流、过速保护和自动准同期功能以及励磁自动调节功能，提高机组运行可靠性，为未来的远程集中自动控制奠定基础。

以上改造经费预算约82.00万元(其中水轮机每台约14.00万元，4台计56.00万元；控制柜改造需18.00万元，安装调试费为8.00万元)，可在皂河闸小水电每年发电收入中支出。

4经济评价分析

如果更换水轮机、叶调机构、控制保护屏，发电机出力保守估计按照比原来提高10％，以年总发电量300万kW·h计算，每年增加发电30万kW·h，每度电为0.36元，每年可增加收入为：300万kW·h×10％×0.36元=10.8万元

每年因减少停机检修增加的收入：4台×0.50万元=2.00万元

以年发电300d计算，经过改造，每班次可减少2名运行值班人员，每天减少6名运行值班人员，节约人员经费：300d×6人×30元=5.40万元

每年增加经济效益共计18.2万元。

回收成本需X=82／18.2≈4.5a

按照工程可行性分析的静态分析法，还本年限不到5a，说明该方案是经济可行的。

5结论

综上所述，对皂河闸小水电进行改造，更换水轮机组，改造发电控制柜，虽然需一次性投资近82万元，但通过每年发电效益的提高，投资在5a内即可收回；同时改善了值班环境，减少了值班人员数量，提高了机组运行的安全和可靠性。应该说该工程改造方案是切实可行的。