小水电技术更新改造与水利电力环境

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" m0 G, E5 @9 m+ Q0 x3 b8 ^小水电的技术更新改造，首先是更新已经达到使用年限的机电设备和对年久达不到运行标准的水工建筑物进行修复，再就是根据现在变化了的水利电力环境，改造已不适应现有条件的设备和建筑物。因此，电站的技术更新改造，不仅是在原来的技术水平上以新换老，实际上牵涉到水力资源配置的重新考虑以及合理利用、节约用水、电力市场的需求、保护环境等方面，以寻求适应不断发展的社会经济的需要。从这个角度看小水电站的技术更新改造就要以社会经济发展对水电的要求为动力，以先进的科学技术为依托，采取多种综合技术措施，达到节省资金，见效快捷，提高经济效益的目的。
  v" B  M3 U" s# _* A　　河北省的小水电站装机容量达到500kW及以上者，到1998年底共76座，总容量为 14.8万kw，其中35％是 1980年底以前投运的，有的运行已30多年。1985年底前投运的也达到75％，其中绝大部分运行已接行20年。技术更新改造任务十分繁重。近几年，全省各级水电部门投入技术更新改造资金每年都在1000万元以上，也取得了很好的效果。现将其思路与措施总结成几个方面。

! b2 x! V- |, A8 I8 W: ]1 增设小机组和更换转轮
　　对于水力资源条件发生变化使机组出力降低的电站，主要是增设小机组和更换转轮。所谓水力资源条件发生变，主要是指电站发电用水流量与设计流量在时间、空间分布上已有较大差异，使得电站机组出力与原设计出力明显不符，主要分两种情况：
1．1 五径流引水式电站增设小机组　　这种类型的电站在设计选用水文系列时要注意对其进行修正，即将实测系列考虑工农业用水进行还原，再按设计水平年工农业用水水平进行扣除，以选择合适的设计流量。1985年在批复康县民安任水电站时，发现使用实测系列与使用修正后的系列其设计流量差异较大，装机容量相差较多，前者装机可以达到2400kw，后者只能达到1890kw，经讨论确定使用修正后的水文系列。经几年运行证明这是合理的，1991年验收以来，6年平均年发电量713.34kwh，占设计发电量793.28万kwh的90％，电站效益很好。此后电站初步设计时，一般认为这样考虑选用水文系列比较切合实际。
　　尽管如此，这类电站近年来由于河道流量变化引起效益降低的仍然不在少数。究其原因，连续天旱少而固然是原因之一，但主要是人类活动的影响加剧，有些电站的上游河套发展稻田及各类浇地，发展耗水量较大的企业，工农业用水量突飞猛进。另外，生活用水、环境用水、生态用水等过去设计电站时忽略的部分，随着生活质量的提高，消耗一天比一天增多，引起电站发电用水明显减少，效益逐年降低。例如，承德市滦平县山前水电站建在滦河主河道上，装机容量1600kw，两台立式水轮发电机组，引用流量Qp＝13.7m3/s，设计年发电量为717.00万kwh（P＝75％），1981年投产。由于现在滦河水量小流量时间加长，机组不能适应小流量运行，迫使小于4.0 m3/s的小流量基本为弃水，效益降低．
　　因此，为充分利用小流量，经过充分论证，1998年加设一台小机组。小机组容量320kw，设计引用流量Qp＝1.03～3.84 m3/s，小机组于1998年7月投产，1998年电站发电量684万kwh，效益明显提高。小机组运行不到半年，全站发电量就达到设计发电量的95.4％，效果很好。
1．2 利用灌溉放水发电的电站改造转轮　　对年代以前到用年代初，为水利工程配套而修建了一批利用灌溉放水发电的水电站。由于当时是在计划经济条件下，建设资金完全由国家无偿投入，电站无设计保证率，装机规模普通偏大，设备年利用小时数很低。幼年代初开始，从研究合理装机规模和机型选择入手，试图提高设备的年利用小时数，效果也不是十分明显。进入90年代，由于人口增长和经济发展的需要，水资源更加紧张，特别是饮水由用地下水转而用地上水，使这类电站发电用水条件发生了根本变化，水库由大流量集中放水转为常年小流量放水。例如河北省邯郸市东武仕水库的坝后式电站，装机容量640kw，设计流量25.20 m3/s设计年发电量1900万kwh。为挽回经济损失，1975年对一台机组转轮进行改造，以适应小流量发电，维持了原有效益不降低。类似的电站还有邢台市的朱在水库坝后式水电站（总装机4200kw，水库将要向邢台市供水）、保定市的西大洋水库坝后式水电站（总装机12200kw，水库将要向保定市供水），均面临着适应小流量改造转轮的问题。

2 提高电力商品的质量
　　由于电力市场的电力供应由总体缺电转为低谷电富裕而高峰电缺少，这就迫使电站要适应这个市场状况。近一两年来，对引水式电站水工建筑物改造时开始重视在进水口修建日调节池，以适应电网的调峰要求。1998年底已完成易县紫荆关五一渠梯级4座电站渠道调节地、官座岭电站进水口调节地改造工程，并将要进行张家口市赤城县隔河寨2座梯级电站进水口调节工程，为实现定点调峰作好准备。做调节工程投资较大，见效较慢，要有合适的地形才行，有一定的难度。河北省正在有计划地进行，争取在5年内改造电站调峰容量占到总容量的20％，提高小水电的供电保证率，增强小水电的市场竞争能力。
　　电站修建调节工程，涉及到水工建筑物的合理形式选择。在电站水头不增加、淹没损失不能加大的条件下，需要摸清河床的演变规律、泥砂的搬运及推移质状况、洪水过程等，工作量也较大。
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3 使用新型抗磨依材料
' ?. I8 D% X, z2 t6 }　　河北省的河流泥沙含量大，近年来水质污染又日趋严重，造成了对水轮机的严重磨蚀，缩短了水机的使用寿命。对年代末，承德地区丰宁县水利局田至喜工程师研究成功了辉绿岩铸石做水轮机抗泥沙磨蚀材料，并在省内进行推广，实践证明效果良好。技改中提倡在水轮机的前、后盖板（底环）对应转轮上冠、下环迷宫部位应用，丰宁县七道河水电站应用14年后拆开视察，看不出明显磨痕。80年代末，省水利厅水电处与石家庄市小水电公司联合成立抗磨蚀试验研究小组，引进省外抗磨蚀材料和购进设备，对水轮机部件进行喷涂（焊），到现在已经推广到本省20多个电站，喷涂转轮30多个，效果不错。
, N- T" K% {& ]5 d2 Y  C　　随着科学技术的进步，新的抗磨蚀材料层出不穷，1998年，保定市易县水电管理处与全国抗磨蚀试验研究中心合作，应用新的涂层材料和设备，对紫荆关五一渠梯级电站磨蚀严重的4个转轮进行了保护处理，正在观察，如果效果理想，将在技改时大力推广。
在河道水质严重被污染和河道泥沙含量大的情况下，抗磨蚀技术措施显然是被动的抵抗措施，要应用得当需要做大量工作，不仅要分析水轮机被磨蚀、腐蚀情况，还要调查河流污染物质和泥沙状况，做到心中有底，才能事半功倍。
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3 r$ D- Z  w/ S( ^1 `) L. M4 提高自动化水平
  @: A* D5 `4 p9 d1 [2 q* i9 Y　　提高电站的自动化水平是降低运行成本的一个重要方面。在计划经济条件下建设的小水电站，初步设计中考虑自动化水平时，强调了“自动化水平与电站规模相适应”，客观地起到了对其限制的作用。这是基于当时的科技发展水平和运行人员素质较低的情况所决定的。
但是，科学技术是不断发展的，新设备和新材料、新工艺层出不穷，敢于使用它们才能促进生产的发展。因此，1993年先后在邯郸市武仕电站、引湾局南观水电站、石津霸区管理局水电站3个电站同时进行微机自动化监测改造试验，由于有的产品质量不过关，其中，只有南观电站取得了良好效果，经过了省水利厅组织的鉴定。
) X/ i+ c' j" [  L- t* a  ?　　随着电力市场的发展，需要增加电站的竞争能力，竞价就是要物美价廉。要做到这样，除了提高供电质量外，还要降低发电成本，其根本的出路就在于减人增效。关键是敢于使用先进自动化设备。选择适用小型水电站的自动监测、控制和保护设备，对其实行遥测、遥信、遍调和遥控，使电站运行实自动化，做到少人值班或无人值班，提高电站运行的经济性、可靠性和安全性，是技术更新改造的目的之一。
　　提高电站的自动化水平目前也还有一些困难，比如厂家设备质量不很稳定；电站运行工人素质难于保障，人员更难精简；设备价格较高，但技改资金来源又难于做到多渠道，因为老电站几乎都是国家所有的中小企事业单位，资金来源单一，价格太高难于承受。这些困难要逐步被克服，电站的技术更新改造要上档次、上水平，不能停留在原有技术水平上，这是肯定的。

5 新型高效水轮机转轮的出现，为解决老电站机电设备不匹配问题提供了可能
1 N, I: t: }$ W3 d  V/ F　　过去有些电站机组设备不匹配，主要原因是受机组系列型谱限制的结果。机组的选择不但与机组型号、水轮机转轮公称直径大小、机组布置形式及弓I水方式有关，还与引水系统、尾水系统的正确设计有关。机组系列型谱中的机型很难完全符合所有的需要。在10～20m水头段，机组选型困难，只能将就使用H1240和HL260系列，加之HL260系列原型效益低，选不到合适的机组。这样的电站有石家庄市平山县十里坪电站（HL260一LJ－100）、邢台市的东石岭水电站（HM60－WJ—6O、承德市隆化县的老陡山水电站（HL240－WJ－71）等，多年来不能满出力。新型高效转轮的问世，突破了多年来系列型谱的束缚，为提高电站经济效益创造了条件，因此在技术更新改造中，可根据电站水能指标，研究采用适合电站特性的高效转轮。但在改造时注意选准设计单位和生产厂家，以节省投资，提高成功率。
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. l# u, r  c6 Y$ h. Q6结语
　　水电站的技术更新改造过程不是简单地以新换旧，而是一个再创造的过程。确切地说，在计划经济条件下的“工程水利”阶段建设的水电站，放到今天市场经济条件下进行技术更新改造，必须站在“资源水利”的角度来考虑制定技术方案，才能取得预期效果，达到提高经济效益的目的。
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