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小型水电站技术改造规范
文章来源:瓦特高水轮机浏览人数:0人 发表时间:2011-6-19
小型水电站技术改造规范
1 总则 …………………………………………………… 1
2 术语与符号………………………………………………4
3 现状分析与评价 ………………………………………5
4 性能测试 …………………………………………… 6
5 技术改造 ……………………………………………… 8
6 技术经济指标 …………………………………………20
7 工程验收 ………………………………………………21
1 总则
我国小水电资源丰富,据2006年全国农村水能资源调查,技术可开发量为12.8万MW。新中国成立以来,特别是改革开放30年来,我国小水电建设取得了巨大成绩。通过三批653个农村初级电气化县和409个水电农村电气化县的建设以及小水电代燃料工程建设,大大加快了农业经济的发展和农村面貌的改变。到2008年底,全国已建成小型水电站4.5万余座,总装机容量达5.127万MW,占全国水电装机容量的30%。年发电量1628亿kWh,占全国水电总发电量的1/3。小型水电站已遍布1600多个县(市),全国1/2地域、1/3的县、1/4的人口主要靠小水电供电,解决了三亿多无电人口的用电问题。对我国农村尤其是老、少、边、穷地区国民经济的发展和人民生活水平的提高,促进各民族和谐共处发挥了巨大作用。
据统计,1995年以前建成的小型水电站有2.6万座,大多需要进行技术改造,为加强和规范小型水电站技术改造工作,促进节能减排,保障安全生产,提高经济效益,推进社会主义新农村建设,使技术改造工作管理规范化,特制定本规范。
1可行性研究报告除包括改造工程的技术可行性和经济效益分析的内容外,还应论述下列问题,并与相关部门(当地电网管理部门、水行政主管部门、环保部门和民政部门等)进行联系协商。
1)小型水电站改造一定要把安全放在第一位,因此必须对原有的设备或设施进行安全性评估;
2)水电站扩装机组或机组增容较多时,对所接入的电力系统和当地水资源的影响;
3)采取大坝加高等措施对淹没土地、林木和移民的影响;
4)区间引水对河流生态用水和当地农业灌溉及居民生活用水以及对环境的影响;
5)水电站技术改造后上网电价的测算;
6)其它对外界和环境有影响的问题;
对增容改造的项目,应编制水资源论证报告,并(根据需要)办理相关的取水许可申请。
2由于各个水电站的具体情况如水头、机型、过机含沙量、机电设备制造与安装质量、运行、检修及管理水平和财力等条件差异较大,因此,各个水电站可根据具体情况制订技术改造的规划和预期目标。通常一次改造实现一个或几个目标,也可制定总目标,分期实施。
小型水电站的技术改造一般有如下目标:
1)用先进的设备替换陈旧(淘汰或落后)设备,恢复或增大设计发电能力和安全运行可靠性幷延长使用寿命;
2)用参数合理匹配的设备代替参数偏离稳定运行区的设备,改善机组运行工况,增加年发电量;
3)合理改造(加固、加高)水工建筑物,提高水头或多蓄水,增加调蓄能力和水资源利用率;
4)合理改造厂房和设备,提高机组和电站的自动化水平,改善运行条件;
5)地震多发地区应采取必要的防震抗震措施,确保运行安全;
6)优化机组运行方式,增加年发电量,提高发电和灌溉效益。
随着科学技术的飞速发展,特别是改革开放以来,国内外先进技术和科研成果大量涌现。因此,技术改造时应积极稳妥地采用新技术、新工艺、新材料和先进设备。例如新型号转轮、低耗能型变压器、微机高油压调速器(10~16MPa)、新型导叶控制机构、无功补偿屏、DZK系列低压机组自动化设备、微机励磁装置、计算机监控系统、弹性金属塑料瓦、新型号断路器、新型调压阀、重锤式蝶阀、智能数显表、ZDP系列自动盘车装置、微机安全保护装置、新型闭式启闭机、增力式耙斗清污机、回转(或移动)式格栅清污机、加压式清污提栅门机以及金属与非金属抗磨蚀防护层等等。
经过技术改造后的小型水电站应当做到适当超前在10~15年内仍有较好的经济效益和较高的安全运行可靠性。
目前,我国新建的农村水电站都能实现这个要求。
2 术语与符号
Terminology and Nomenclature
过去称作“气蚀损坏”。
过去称作“气蚀系数”。
目前国内有关标准中对“装机吸出高度”有两种表述,即“static suction height”或“static suction head”。工程中应用的“HS”是表示水头,故本规范中采用“static suction head”表示。
3 现状分析与评价
泥沙资料对于多泥沙水电站的设计和机组安全运行十分重要,一定要引起高度重视,否则,后果严重。例如,修建在陕西省泾阳县泾河上的文泾水电站,装机容量4.8万kW(3X16000),最大水头110m,多年平均含沙量145.9kg/m3,2009年汛期实测最大含沙量达647kg/m3,2009年8月3台机在进行72h试运行期间,水轮机过水部件即遭严重磨损破坏(导水叶、顶盖、座环以及蝶阀、旁通阀、电磁阀和主轴密封等)目前正在进行包括枢纽排沙方案在内的全面改造,经济损失巨大。
4 性能测试
单机容量10MW以下的机组,有条件时也应做设备的性能测试工作。
考虑到测试条件对测试准确性的影响,推荐用同一方法和同一套仪器、仪表在改造前后做相对比较测试。
流速仪法可在电站进口闸门槽或引水钢管内布设一定数量的流速仪进行测量,测流精度为±1.5~±3%(一般均能达到);
超声波法测流,测量精度高,但对换能器(探头)的安装精度要求也比较高。单机容量较小的水轮机,也可将换能器安装于压力钢管外表面上进行超声波法测流,可不停机测量,其测量精度为±0.5~±1.5%;
蜗壳压力差法比较简单,主要做相对效率试验,为水电站必备测流装置。由于水流流态复杂,且产生压差的部件制作工艺及安装条件的差异,难以采用理论计算的方法确定差压与流量的关系,可采用公认的测量技术对该差压测流系统进行原位标定,计算出差压装置的流量系数,测流精度也能满足工程要求。
经过自动化改造,单机容量10MW以上的机组,宜设置有一定精度的(误差小于等于±3%)的流量、效率在线监测装置,并定期(如一年一次)对该装置进行校核标定,逐步过渡到以效率下降或相对效率下降值决定水轮机大修间隔时间,以提高大修决策水平。
全部性能测试结果,应由项目主管部门审定或由主管部门邀请专家审定,作为确定水电站技术改造的必要性、改造规模与时机以及考核技术改造成效的依据。
5 技术改造
5.1 一般规定
5.2引水系统及水工建筑物
1 区间引水,在满足生态流量的前提下,可采用开渠、修建隧洞等办法,将相邻小流域(该流域不适宜于建设电站)或同流域不同区间的水引入水库。例如广东省河源市红星水电站,装机容量3200kW(3×800+2×400),在电站上游兴建了一座36万m3的调节水库,年平均增加发电量775万kWh。又如广东省乐昌县三溪水电站,原装机容量1×500kW,引用流量
2 原设计标准偏低,结合防洪或其他综合利用要求,加高加固大坝(大坝只加高或加高也加宽),在尽量不影响或少影响淹没的前提下,相应提高发电水头和调节库容。例如浙江省诸暨市石壁水库电站,装机容量1460kW(2×630+1×200),结合保坝工程(土坝加高
3 在溢洪道上增设控制闸门或橡胶坝,在不影响汛期泄洪的前提下,结合水情预报,可在汛末下闸蓄水,增加发电量。例如广东省怀集县水下电站,装机容量4×3000kW,在坝段修建了高
4 引水式水电站的引水隧洞及调节池,有条件者应予改造成具有一定蓄水量(如几万立方米),以便实现调峰运行,从而适应峰谷电价制的需要,以提高水电站的经济效益。例如,云南省元江县小河底一级渠道引水式水电站,2008年技术改造时,将前池容积扩大2倍,以利调峰运行,提高了水电站的经济效益。
1 在进水闸前根据建筑物布置增设浮筒式拦污排,可在拦污排前进行清污。加装清污设备(如回转式拦污栅、增力式耙斗清污机、加压式清污提栅门机等)或在引水渠道出口处增加一道拦污栅,如海南省临高县加来水电站(装机容量2×800kW),在前池入口处增加了一道拦污栅,汛期用人工简易清污,效果较好,年增发电量40万kWh。或适当调整拦污栅栅条间距,改进拦污栅结构和栅条形状,以减少杂草堵塞。按环保要求,不得将清出的污物倒入下游。
2 当拦污栅前后水位差超过设定值时,即时发出警报信号,以便采取措施,避免压垮拦污栅。
3 引水渠道增设冲沙闸(孔)或排污闸,减少沙、草淤堵机组进水口。
4 有的引水式电站隧洞开挖后未加衬砌,水头损失较大,使机组功率受阻,应加以衬砌。
5 渠道衬砌损坏,渗水严重,应予修复改善。
6 有的水电站,施工期间尾水渠内遗留的废弃碴石杂物太多,造成尾水位雍高,降低了发电水头,应设法清除,以提高水能利用率。例如,广西容县容城电站(装机容量3×1250kW),尾水堆渣达数千立方米,高出尾水面,经两次清渣后,尾水位下降
7 小型水电站设计,应按GB/T50071《小型水力发电站设计规范》执行。但有的小型水电站,进水口和尾水渠布置设计不合理,造成水流流态紊乱,影响机组出力,应予以改善。对引水系统(包括进水口与尾水渠)中不符合水流平顺流动规律的水工建筑物的局部结构,应尽可能使之流线形化。
8 北方及高海拔地区(如青海、新疆、西藏等)的渠道引水式水电站,冬季运行经常遇到冰害,应增设防冰、排冰设施,如拦冰栅、拦冰排等。水工闸门应按SL74《水利水电工程钢闸门设计规范》要求采取防冰措施。闸门防冰包括两类,一是使闸门与冰层隔开,以防闸门承受冰压力;二是在冰冻期需要操作的闸门,应使闸门和门槽不致冻结。根据各水电站的具体情况,可采取不同的措施。通常用压气吹气泡或潜水泵法,当防冰线不长、冰层厚度不大时,亦可用人工定期破冰或定期喷蒸汽、浇热水等方法使闸门与冰层隔开。对闸门和门槽之间结冰问题,如冬季不需启闭的闸门,可任其冻结,若启闭闸门次数不多,可采用定期加热,若启闭频繁,则可采用连续加热(如电热)、流动热介质(如热油),喷射蒸汽、设置暖棚等方法。
5.3水轮机及其附属设备
1 对于水头、来水量与原设计变化不大的水电站,应采用该水头段导叶相对高度ba相同或相近的新型转轮。若无适用的新型转轮,则应设计改型新转轮,提高水轮机运行效率,增加年发电量。例如,北京西郊门头沟军庄水电站,装有6台ZD760-LM-100型机组,单机额定功率125kW,实发100kW,采用优化设计的三叶片转轮后,单机出力提高到180kW,比原设计提高44%。
2 对于水头、来水量比原设计减小了的水电站,可根据水电站的实际运行水头和来水量,降低额定水头,减少额定输出功率,选用合适的新型转轮,或设计改型新转轮,将水轮机调整到较优工况区运行,从而提高水轮机的运行效率,增加年发电量。例如,山西省灵邱县北泉水电站,装机容量2×1250kW,水轮机设计水头
3 对于水头、来水量比原设计增大了的水电站,应根据水头、来水量增大的具体条件,提高额定水头,加大额定输出功率,选用合适的新型转轮,或设计改型新转轮,使水轮机在较高效率区运行,从而既加大单机容量,又提高水轮机运行效率,能较大幅度地增加年发电量。例如,广东省乐昌市张滩水电站,装机容量6010kW(3×1670+8×125),大坝先后加高
4 对于多泥沙水电站,应根据水电站水轮机过机含沙量,泥沙中值粒径d50及泥沙矿物成份和颗粒形状等条件,选用单位转速n11相接近、单位流量Q11略减小,模型空化系数δm适当降低,效率较高的转轮;并合理加大导叶分布圆直径Do,调整导叶型线,降低和匀化导叶区流速;同时采取其他抗磨蚀措施,延长大修周期和设备运行寿命,最终达到更新改造或增容改造的目的。例如,新疆喀什三级水电站,装机容量2×3000kW,水轮机型号HL263-LJ-134,过机年平均含沙量
5.4辅助设备
5.5发电机及其他电气设备
1 改进通风系统:如改进、更换冷却系统,调换转子风扇,加强强迫通风等;
2 若定子、转子绕组绝缘老化,应更换新绕组或同时采用更高一级的绝缘材料,如B级绝缘换成F级绝缘,以提高耐温性能。发电机改造应根据设备实际情况与制造厂研究协商,选定合理的改造方式和范围是十分必要的,盲目的改造只会造成不必要的经济损失和改造周期的延长。据调查,不是所有的发电机增容改造都需要同时更换定子绕组和转子磁极线圈的。也不是所有的发电机绝缘都需要选择F级及以上的。
3 提高绝缘等级常可使发电机增容,若增容幅度仍不满足要求时,可增加定、转子的铁芯长度,以提高电磁功率。对于立式发电机,若铁芯增长使定子超出主机室地面时,应以不影响转子吊出机坑为限。
注意有功功率增容时,无功功率也要跟上。否则,功率因数太高,不能满足电网的要求。提高发电机的功率因数是目前的一种趋势,首先可以减少很多投资,在0.85左右是可以接受的。
4 重新设计新发电机时,应充分利用原设备的基础及埋件。其它部件如大轴、上机架、下机架,凡经加工仍可使用者均应利用,以节省改造费用。
1 当机组运行中推力轴承瓦温过高,经常发生烧瓦事故者,可区别不同情况,改进轴瓦支撑方式,加强冷却或采用弹性金属塑料推力瓦。
弹性金属塑料推力瓦,摩阻小,不用刮瓦,运行事故少,应予推广。
2 当机组最大轴向推力超过推力轴承设计允许的承载能力时,需改进轴承结构或更换推力轴承。
3老的高压开关柜很多并不具备“五防”功能,低压开关柜也没有达到
5电缆对环境的污染和电站排水对河道的污染一直没有引起人们的重视,借鉴国外的设计,将电缆升高布置还可解决老鼠对电缆的破坏。
5.6自动化
5.6.6 数字控制技术是当今的主流,应该大力推广。ON—CALL功能已经十分成熟,可保证业主对电站的运行情况的了解。
5.6.7 我国的励磁、调速等设备是单独研发的,在国家技术管理体制改革的大环境下,目前还没有好的办法来进行统一协调,造成自动控制设备在功能上重复设置的现象经常发生。多装置采集、多点操作使得设备和技术上的资源浪费成为一家无法解决的问题,多装置的不合理操作可能使事故的追查十分困难,简化现地操作变得十分必要。
5.6.8 电缆对环境的污染应该开始引起重视,如:阻燃电缆就有一定的毒害。除了在电缆敷设上做工作,无毒、无害的产品也应该成为首选。
5.6.9 据调查,我国农村水电站的闸门监控大都只是现地操作,没能实现真正的远方操作。室外恶劣天气下进行现地操作难度大、危险性大。在汛期远方操作比现地操作显得尤为必要。对小型水电站,我国的大坝监测一直没能得到足够的重视,早期已建电站基本没有,新建电站对监测设备的埋设管理很不到位,大坝监测形同虚设,这也是溃坝事故频发的原因所在。
5.6.10 强调通信设备的配备主要是针对低压机组水电站,这些电站以前基本没有完善的通信设备。
5.6.11 视频监视设备可使无人值班电站的管理更为可靠,可靠的记录设备有助于事故的追忆和分析。
5.6.12 低压机组电站占全国水电站总量的80%以上。上世纪建设的低压机组水电站都存在不同程度的安全隐患,受投资额的限制,设备和运行的安全隐患一直都存在。数字式一体化控制、保护、励磁屏是按安全要求研发的产品,基本解决了价格与安全的矛盾,是低压机组控制设备的换代产品,国内、外都已大量使用,值得推广。例如,湖北省水利厅所属王英水库电站,装有4×250KW低压卧式机组和2×250KW低压立式机组,改造内容为低压控制屏、微机励磁系统、微机高油压调速器、视频监控、高压出线柜、微机监控系统。采用低压机组数字一体化控制屏和低压机组微机高油压调速器,技术上达到无人值班目标,性能指标均满足改造设计要求,投资还不到原计划的1/3。又如,安徽潜山大关一级水电站,原装机2×500KW,增容改造为2×800KW,改造前要求发电机采用无刷励磁方式,大大简化了励磁设备,实现了一台机一面一体化控制屏,一台微机调速器的标准配置,减少了投资,实现了现场免维护的目标。
5.6.13 防盗报警是一种实用的安全手段,在无人值班水电站装设是十分必要的,特别在低压机组水电站。
5.6.14 我国小型水电站使用的低压控制屏柜大都达不到IP40的防护标准和
5.7 暖通与消防
厂房内运行人员工作场所的夏季空气温度不宜高于30℃,当夏季室内温度30℃以上时,应采取降温措施;厂房内冬季温度,机组正常运行时,不宜低于10℃,机组停运或检修时不应低于5℃,当低于5℃时,应增设采暖设施。水电站采暖通风改造,可按GB50071《小型水力发电站设计规范》执行。
5.7.4 小型水电站一般不配备消防车,如远离城镇或其他大型企业,无法利用社会上的消防设备时,自备消防给水设施是必不可少的。
消防给水设施可与发电引水或生活供水系统结合,也可设置专用的消防水泵或消防水池,按照可靠、经济原则选定。对消防设计可参见SDJ278《水利水电工程设计防火规范》和GB50071《小型水力发电站设计规范》。
5.7.5 充油设备是火灾的潜在灾源,各种消防措施都在于火灾发生后尽量限制其蔓延,因此,要采取措施防止燃烧的油流向他处。
5.7.6 室内配电装置的门应为向外开启的防火门。
5.7.7 水电站由于电缆引起的火灾时有发生,因此,电缆线路应按防火规范要求采取分隔和封堵措施。宜采用阻燃电缆,可节省防火涂料,减少消防投入。
6 技术经济指标
式中:PN-发电机在额定转速、额定电压和额定功率因数下的额定
功率kW;
Hr-水轮机额定水头 m;
Qr-水轮机额定流量 m3/s。
7 工程验收
7.0.2水电站改造工程的验收工作可参照SL 168《小型水电站建设工程验收规程》和SL 223《水利水电建设工程验收规程》,结合水电站技术改造的实际(装机容量、单机容量和改造工程量的规模),适当简化验收程序和内容。
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