小水電站挖潛改造分析（云南省）

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摘要：以機組增容改造為主的小水電挖潛技改是符合我省實際情況的，也是符合國家大政方針的，這可為小水電帶來明顯的經(jīng)濟效益，是一種投資省、見效快的有效方法。因此，可以說水電站挖潛改造是鞏固和發(fā)展我省農(nóng)村電氣化建設(shè)成果的最佳途徑之一。

　　關(guān)鍵詞：水電站挖潛技改經(jīng)濟效益

　　云南省是全國的水電大省，具有豐富的水能資源，可開發(fā)量為9000多萬kW，約占全國可開發(fā)量的1/5，居全國第二位。其中，中、小水電資源的可開發(fā)量為1716萬kW；全省128個縣（市）中有118個縣（市）可開發(fā)建設(shè)1萬kW以上的中小水電站。與此同時，云南又是一個邊疆、山區(qū)、高寒、貧瘠、多民族、生產(chǎn)力水平低的省份。如何結(jié)合目前形勢和當(dāng)?shù)貙嶋H情況，在近期盡快地將水能資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢，進一步提高人民群眾的物質(zhì)文化生活水平，是我省“十五”農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展的一個重要課題和首要任務(wù)。

　　1　云南省農(nóng)村水電及電氣化現(xiàn)狀

　　新中國成立以來，我省水電建設(shè)事業(yè)取得了飛速發(fā)展。截止2000年底，我省地方電力裝機283萬kW（占全省電力裝機768萬kW的37%），全省128個縣（市）中，有99個縣市由地方小水電供電，有76個縣市和一個州（德宏州）實現(xiàn)了農(nóng)村水電初級電氣化。

　　從現(xiàn)有各地方水電站的情況看，普遍存在著設(shè)備技術(shù)含量不高、生產(chǎn)落后、企業(yè)管理粗放和人員素質(zhì)偏低等問題。尤其是一些老電站，問題更突出，已嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)。從國家政策來看，利用高科技改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，已成為該產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展的主要出路。因此，對我省廣大的農(nóng)村小水電站，利用高新技術(shù)進行技術(shù)改造，挖掘自身潛力，以提高電站的生產(chǎn)運行和管理水平及經(jīng)濟效益，是鞏固和發(fā)展我省農(nóng)村電氣化建設(shè)成果最科學(xué)、經(jīng)濟的方法，是地方電力自身發(fā)展和壯大的有效途徑。

　　2　機組增容改造的主要技術(shù)和方法

　　水電站挖潛改造的對象是指具有能量潛力的電站，一般有三種情況：一是具有流量潛力（電站原設(shè)計保守，流量沒有充分利用）；二是具有水頭潛力（水頭沒有充分利用）；三是電站運行的實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)的變化達(dá)不到額定出力。

　　機組的挖潛改造主要涉及水輪機過流部件（轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機構(gòu)、蝸殼、尾水管）和發(fā)電機部分。

　　其中發(fā)電機的改造較簡單，因發(fā)電機通常都有10%左右的容量裕度，在增容中，應(yīng)密切注意發(fā)電機溫度的變化。如果發(fā)電機溫度升高較多，這時應(yīng)考慮對發(fā)電機進行增容改造。其方法是對發(fā)電機的定子線圈、絕緣或轉(zhuǎn)子線圈進行更新改造，并且提高絕緣等級。實踐表明，在增容10%左右時，發(fā)電機一般不必改造。

　　水輪機部分的改造，目前多采取不改變導(dǎo)水機構(gòu)、蝸殼、尾水管尺寸以及轉(zhuǎn)輪配合尺寸的情況下，僅用更換新轉(zhuǎn)輪的方式，實現(xiàn)增容目的。因此，水輪機部分的增容主要是針對轉(zhuǎn)輪進行的。

　　目前，在水電站運行中的轉(zhuǎn)輪絕大多數(shù)是采用傳統(tǒng)的一元流理論或二維勢流理論設(shè)計的。隨著流體力學(xué)和計算理論的發(fā)展，在轉(zhuǎn)輪設(shè)計方面也有了很大的進步，發(fā)展了考慮轉(zhuǎn)輪來流有旋、葉片有限厚及轉(zhuǎn)輪葉片力作用的轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉聯(lián)合作用的基于S2流面的二維設(shè)計模型、基于S1流面的準(zhǔn)三維設(shè)計模型、全三維設(shè)計模型和優(yōu)化設(shè)計模型等，一系列較先進的設(shè)計方法和理論?；谶@些先進的設(shè)計方法和理論所設(shè)計的轉(zhuǎn)輪，在其過流能力、效率等方面都有明顯的提高，從而實現(xiàn)增容和提高枯水期水資源利用率的目標(biāo)。

　　在轉(zhuǎn)輪性能的分析方面，國內(nèi)已建立了由轉(zhuǎn)輪的準(zhǔn)三元和全三維反問題模型構(gòu)成的完整的現(xiàn)代水輪機設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)不同的要求選擇不同的權(quán)因子來控制轉(zhuǎn)輪的各項性能指標(biāo)，通過多目標(biāo)優(yōu)化來實現(xiàn)對葉片性能的控制和預(yù)測。實驗證明，該系統(tǒng)預(yù)測的性能指標(biāo)與真機實驗基本吻合。這就改變了傳統(tǒng)的“理論設(shè)計→模型實驗→修正→再實驗”的轉(zhuǎn)輪研制模式，大大縮短了轉(zhuǎn)輪的研發(fā)周期，減少了研發(fā)費用，為轉(zhuǎn)輪的單件、定制提供了現(xiàn)實的可能性。

　　地方中小水電機組在轉(zhuǎn)輪的改造中采用上述先進的設(shè)計和性能預(yù)測方法，根據(jù)電站的自身情況，可方便地生產(chǎn)出更符合自己電站實際的高性能轉(zhuǎn)輪。其出力、效率、汽蝕性能等指標(biāo)明顯優(yōu)于按傳統(tǒng)型譜選擇和生產(chǎn)的轉(zhuǎn)輪。這種單件、定制的高科技轉(zhuǎn)輪的價格僅比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪的價格略高一點，但其所帶來的效益卻非常明顯。

　　對增容改造的統(tǒng)計表明，在水輪機過流部件尺寸不變的前提下，更換性能優(yōu)良的增容轉(zhuǎn)輪，可使電站機組容量提高10%～20%。

　　3　增容改造的效益和所需投資

　　當(dāng)前，對有能量潛力和運行時間較長的電站，均可進行機組增容和更新改造，這是一種投資少、見效快，既利國又利民的好途徑。

　　如我省景谷河電站，單機容量6300kW，只能發(fā)到5800kW，在更換高科技轉(zhuǎn)輪后，機組凈增出力500kW以上，年增容效益為30多萬元，機組增容改造的全部費用，只要發(fā)一個豐水期的電就可全部收回。

　　元江縣滑石板電站水輪機為CJ20-L-180/（2×16），額定出力6500kW、最大出力7000kW，發(fā)電機還有一定的增容潛力。經(jīng)電站實際觀測和查看多年機組運行記錄，機組出力均未超過7000kW，更換了性能優(yōu)、效率高的CJ925-180轉(zhuǎn)輪以后，出力可達(dá)到7500kW以上，為沖擊式水輪機的增容改造創(chuàng)造了先例等等。

　　截止2000年底，我省地方電站共有2090座3472臺計283萬kW，其中近30%是1985年底以前投運的，有的已運行30多年，設(shè)備平均利用小時數(shù)還不到2000小時。如按20%的增容出力計算，對這30%的裝機進行改造，將增加17萬kW的裝機容量。按新建電站每kW需7000元人民幣的投資計算，約需人民幣12億元。在水輪機過流部件尺寸不變的前提下，更換性能優(yōu)良的增容轉(zhuǎn)輪，每改造增容一個kW的裝機，只需人民幣500元左右，增容17萬kW僅需投入0.85億元。在目前水電建設(shè)資金緊缺的形勢下，這要比開發(fā)新電源點具有明顯的優(yōu)勢。況且現(xiàn)今，對無調(diào)節(jié)性能的電站原則上不列項，不再新建。

　　當(dāng)然，從挖掘潛力的可能性分析，需要改造的電站都是早期興建，水力條件較好，開發(fā)簡單、設(shè)備簡陋的電站。但挖潛改造也要有一個科學(xué)合理的規(guī)劃，目前亟待做工作的是：對全省地方中、小水電站進行普查，把需要改造的電站，分門別類，摸底排隊，根據(jù)資金、技術(shù)和效益等條件及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)布局，制定科學(xué)的切實可行的改造計劃。對花錢少、效益好的改造項目應(yīng)優(yōu)先考慮，對具體某個電站來說，首先要查出問題的所在，然后確定改造內(nèi)容（水工、機械、電氣等），認(rèn)真分析改造的可行性（技術(shù)、經(jīng)濟、安全等）和改造方案，防止盲目改造和改造不改效的情況發(fā)生。

　　4　技改資金籌集

　　朱镕基總理最近在湖南考察談到保護和改善生態(tài)時指出：“特別要大力發(fā)展小水電，這方面要給予扶持”。“十五”水利規(guī)劃確定：全國要建設(shè)400個水電農(nóng)村電氣化縣，將會有一系列的優(yōu)惠政策。我省將與電站的挖潛技改有機結(jié)合起來，為機組增容改造創(chuàng)造良好的條件。

　　目前，我局非常重視技改工作，對一些效益好，改造資金確有困難的項目將給予一定幫助和指導(dǎo)。可多渠道籌集資金：①“以電養(yǎng)電”資金和電站折舊基金；②通過改制籌集資金；③可向有關(guān)部門申請技改專項補助資金；④可向金融部門貸款等。