论中小水电站及设备改型现状

　　摘要:从四九年建国以来,全国范围内的水电建设经过大力发展取得了巨大成就,其中有将近一半为20世纪50～60年代建造。受到条件限制,这样的电站主要设备轮机大多采用前苏联50年代的技术,已经是属于技术落后过流能力差总能偏低的设备了。加上大部分机组生产于特殊年代,没有完全按照实际情况因地制宜的建设而是为了生产进度完全套用定型标准进行建设,这样就出现了本就效率很低的转轮又偏离高效率。　　关键词:中小水电站 设备改型 现状　　中图分类号:TK730 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0130-01　　1 我国现有中小水电设备的现状　　从四九年建国以来,全国范围内的水电建设经过大力发展取得了巨大成就,从目前看,我们的常规装机容量已达到7700×104kW,就中小电站来看,已经发展到4.5×104座,装机容量达到拥有机组7×104余台,总容量有2020×104kW,其中有将近一半为20世纪50～60年代建造。受到条件限制,这样的电站主要设备轮机大多采用前苏联50年代的技术,已经是属于技术落后过流能力差总能偏低的设备了。加上大部分机组生产于特殊年代,没有完全按照实际情况因地制宜的建设而是为了生产进度完全套用定型标准进行建设,这样就出现了本就效率很低的转轮又偏离高效率[1]。还有对机组运行造成安全稳定影响的因素如,性能指标较低,如高效区狭小、空化性能差等。还有大部分的设备都已经运用了30～40年的时间了,在性能和结构方面都已疲惫,过流部件的磨损,转轮、导叶部件的空蚀和磨损,间隙增加而使效率降低。特别是有些电站使用的是套用机组,本身就不符合使用条件,没有依据时间进行合理改造,在使用上长期处于效率低下的运行状态,资源能源浪费严重。目前由于经济发展的形式和要求需要增大中小型电厂在电网系统中的调峰、调频能力和作用。要求水电机组特别是中小型水电机组要更多更频繁的担当起调峰、调频和预备队的角色,不仅增加了设备起停的次数同时对设备安全运用都有更高的要求。那么水轮机设备在动载符合增加的基础上,已经设备陈旧的老化的水电站,担负这样任务显然是力不从心的,所以设备进行改造是势在必行。　　2 水轮机转轮改型的必要性和可行性　　(1)其必要性。作为水电站的重要设备水轮机的转轮效率高低,是影响发电的重要标准,据统计水轮机效率每十年才能提高一个百分点,目前我们国家有相当数量的水轮机组是上世纪的产品,与国外同时期的转轮机组比较差距是明显的,同时在真机效率上约有低2%～5%以上的差距。这样就出现资源和能源的浪费和流失。随着经济的迅猛发展为了适应生活进一步提升的需要在一些老水电站的上游规划和建设了相当数量的耗能大耗水大的农业运用项目,出现了用水量增大的情况。另外,我们看到加上人民生活水平的快速提升,生活需水量、环境蓄水量、生态需水量等以前在电站设计时期我们忽视的部分也在增多。而且很多水轮机组经过长时间的运用,在其位置的上、下游水位、生态、环境已经发生极大变化,设备运用所需要的一些软性和硬性标准已经无法满足运用条件,偏离设计工况,甚至出现不能运用的情况。　　(2)其可行性。首先,从经济的角度分析,开发新电站投资大、周期长,而进行水轮机转轮的增容改造由于不需要再建大坝等水工建筑物,故投资很少,见效很快,经济效益很高。在世界上的很多国家为解决能源问题,其中的一个重要方法就是对现有的水电站,尤其是其主要设备水轮机的转轮进行升级改造,这样的升级改造是一个投入不高但见效很快的项目。还有就是,现代的转轮运用改造和设计的技术,经过与已经得到迅猛发展的计算机、现代通讯、传感器技术相结合,加上现代控制理论的应用,在效率和实用上都已是今非昔比了。这些新的技术主要表现在:数值模拟技术。在20世纪五六十年代,通用的一种设计是以20世纪初罗伦兹提出的通流理论为基础改进的混流式转轮设计,这种设计是加入在转轮当中叶片数量是无穷多,无限薄的,那么就会出现将三维流动简化成轴对称流动的情况。后来在微机技术和流提动力学科在80年代以后出现了快速的发展后,水力机械过流部件的三维流动分析和优化算法都有了长足的发展。目前,我们看到仅仅在水轮机这项设备的研究探索领域我们国内就有十多家企事业单位已经引进了世界先进的CFD分析软件。如哈电,利用CFD分析软件进行模型转轮开发,同时还在参照这个软件进行自身的软件研发和系统提升,而且随着互联网和多媒体的发展我们把这些系统中的先进技术进一步应用到流体机械测试系统中来使得转轮机组的改造和运用上在实地应用上达到相当的效果。总之,以微机技术为核心的自动测试系统已成为现代测试系统的一个特点和通用形式[2]。在国内已经有诸如哈电、东方、双富等单位和清华、水科院等科研院校都在对水轮机组的相关实验台的电气和测试等系统进行了升级和改造,同时还开发了一些新型的模拟实验的设备和软件系统。其运用效果和检测精准程度还有安全稳定程度都有很大提升都达到了或接近世界最先进的程度。目前,已有五座通过部级鉴定的现代化新进性试验台,其效率综合试验误差在上下0.25%～0.3%左右,为水轮机的模型试验和电站改造验证研究提供了良好的条件。　　3 结论　　综上所述新建电站需要的资金投入很大,周期时间又很长,目前就现有老电站进行重新的增容更新改造是不需要在进行大坝和相关水工建筑的建设,所以进行重新改造资金投入少,建设改造时间短,效果见效快,从长远看收益还很大。从这个角度看,中小水电站的重新改造就成为时间大多数国家迅速解决电力能源短缺的方法之一,中小水电站的主要设备之一是水轮机转轮,那么他的性能的好坏对科学开发利用水能源、提高中小电站的运用稳定性和经济合理性以及保障电网安全性都有着很大的影响。另外,就现代微机数值模拟技术、模型测试技术、刚强度计算技术的不断更近改进,对水轮机转轮的改型设计提供了必备的条件。因此,我们应该尽量合理完备科学的利用先进的稳定的科技成果,同时结合80年代及以前已经建造投入使用的中小型水电站的实际情况,进行机组特别是水轮机的技术改造。实现水轮机在今后的应用中能够科学、安全、稳定的应用,确保中小水电站为我国今后的经济发展和电力供应发挥更大的作用。　　参考文献　　[1]刘百川．中小型水电设备的升级换代[J]．长江科学院院报,1999(2).　　[2]利明祥．中小型水利电站的未来发展[J]．水动力学研究与进展,1999(1).