探讨小型水电站水轮机中的技术改造

王 苗，张晓炜

（新疆农业职业技术学院，新疆维吾尔自治区 昌吉 831100）

水能作为一种可再生的清洁能源，一直以来都是能源开发的重点。水能的开发不仅有利于加速地方经济发展，也有利于提高地方生活质量。中小型水电站是国内水电建设的一个重要组成部分，但是小型水电站建设时期较早，当时的小型水电站建设技术和设计水平有限，加上小型水电站实际使用人员的专业素养有限，小型水电站在经过多年的运行后，开始出现安全风险。为了让小型水电站更加安全、平稳地运行，亟需对水轮机开展技术改造。

1 小型水电站水轮机运行中存在的问题

1.1 水轮机选型问题

小型水电站由于建设时间比较早，当时可供选择的水轮机也非常少，加上部分小型水电站的工作人员和管理人员没有对水轮机是否符合水电站的实际需求进行评估，导致部分小型水电站选择的水轮机功率不符合小型水电站需求；或者水轮机规格不符合小型水电站的需求，水轮机的实际运行功率与小型水电站实际所需的并不相符，导致部分小型水电站的水轮机在实际工作过程中出现噪声过大、振动过于激烈、耗能量较大、小型水电站使用成本较高等问题，大大缩短了水轮机使用寿命。

1.2 发电机和水轮机不配套

部分小型水电站所使用的水轮机功率大大超出了小型水电站发电机所能提供的限度，导致部分小型水电站出现功率供给不足的情况。这种情况一方面增加了小型水电站发电机的压力，另一方面也抑制了小型水电站水轮机的正常工作，对于水轮机和发电机的使用也造成不利影响。还有部分小型水电站水轮机的额定功率小于发电机，既导致水电站能耗增加，又造成设备容量的严重浪费。

1.3 空蚀破坏严重和多泥沙水轮机磨损严重

根据研究资料数据统计，国内的小型水电站有大约1/3的水轮机存在机器过度磨损问题，这种磨损由多方面的因素造成，水轮机长期磨损导致水轮机进水阀严重受损，严重的甚至会导致水轮机无法正常使用。部分水轮机的运行叶片出现断裂问题，水轮机的正常运转受到严重影响，进而影响到小型水电站的正常运转。

1.4 水轮机绝缘老化

部分小型水电站的水轮机在长期的使用中，由于水轮机在初始制造和安装使用是没有把控好质量问题，导致水轮机的零部件出现严重的老化、磨损问题，尤其是转子、定子等零部件容易出现接地故障，严重影响水轮机的正常运行。

1.5 保护装置落后

在较早时期建设的小型水电站受到建设技术和建设资金的限制，水轮机在运行过程中难免出现故障，一些设备还会出现连带问题，影响水电站的正常运行，也对水电站的经济效益造成不利的影响。

2 小型水电站水轮机技术改造的方法分析

2.1 摸清状况

由于小型水电站工作人员变动较为频繁，致使小型水电站出现历史档案资料保管不完全等问题。此外，小型水电站水轮机的初始设计图纸没有被完全保存，有一些水轮机机组上面的标牌也已经丢失，加上当时小型水电站水轮机的制造技术相对较差，设备的实际水平与图纸设计的水平有一定出入。因此，小型水电站要想开展水轮机的技术改造，首先要做好水轮机原始资料的采集和统计分析工作，搞清楚小型水电站水轮机的主要工作参数、去水量、来水量、历年检修的情况等，之后对资料进行仔细分析，对水轮机开展具有针对性的技术改造。

2.2 新技术的应用

对小型水电站的水轮机进行技术改造的过程中，技术人员要结合动态的分析技术和具有预估的分析技术，在技术设计阶段对小型水电站水轮机的动态性能进行分析，结合分析情况以及水电站此时的实际情况对水轮机的初始设计进行调整。与此同时，采用当前先进的数控加工技术，确保水轮机改造后水轮机的内在质量和外观，避免由于水轮机改造带来质量问题。

2.3 转轮设计参数的调整

小型水电站水轮机的技术改造人员要依据水电站彼时的运行情况，对水轮机的额定功率和额定水量进行调整，为水轮机选择功率合适的转轮，通过更换合适的转轮，让水轮机保持最佳的工作状态。水轮机的工作状态提升后，水电站的发电效率也会随之提升。此外，水轮机改造技术人员还要对更换转轮后的水轮机参数进行调整，比如增加水轮机的额定流量，提高水轮机工作水头，并在水轮机原本的技术基础上加入转轮的专有设计，提高水轮机的工作效率。

2.4 转轮的技术改造

小型水电站水轮机改造人员要积极学习现代化的水轮机理论，对水轮机的外观也进行改造，通过外形的改造，进一步提高水轮机的性能，比如在确保水轮机工作强度的前提下对水轮机叶片出水边进行调整，最大限度地降低水轮机叶片出水边卡门涡的形成几率，有效降低水轮机工作过程中的磨损，在水轮机叶片的轮缘处增加一个抵抗空化的裙边，这样可以最大限度地增加水轮机抵抗空化的性能。对于长时间未检修、水轮机零部件磨损严重以及水轮机空转严重的水电站，要及时更换磨损的水轮机。对于泥沙淤积严重的水电站，要结合水电站泥沙淤积情况，选择性能更加优越的水轮机，以延长水轮机的使用寿命，提高水电站的工作效率、经济效益、社会效益。此外，水轮机改造技术人员还要通过目标最优化计算方法，通过多样化的水轮机优化方法，实现水轮机三维设计，研发先进水轮机转轮，提高小型水电站的工作效率。

2.5 水轮机主要构件的技术改造

当前，对水轮机工作的主要部件进行技术改造也是十分有必要的。如果水轮机的主要性能与水电站实际的参数不匹配，水轮机出现运行振动剧烈、噪声大、工作效率低、升温高等问题，就需要进行技术改造。

2.6 水轮发电机组的改造

小型水电站水轮机的改造还包括发电机组的改造。发电机组的改造主要是：①对于泥沙淤积情况严重的水电站，要合理改进水轮机的导水叶型线，科学设计导水叶分布直径，降低水轮机导叶的额流速，辅之以全新的材料和工艺技术，最大限度地确保水轮机可靠运行；②对于水流量低于原本设计的水电站，可以采取减容的改造方法，一方面降低水轮机的功率，另一方面降低水轮机的额定水头，将水轮机调整到最优状态；③对于流量高于原本设计的水电站，可以采取扩容的改造方式，根据水电站的实际流量，增加功率，增加发电量。

3 结语

针对目前小型水电站水轮机存在的问题，一方面要对水轮机进行技术改造，另一方面要积极引进技术先进的水轮机，提高水轮机运行效率，确保小型水电站运行的经济性、先进行、合理性，提高水电站的综合运行效益。小型水电站改造项目的实施，可提升小型水电站在电站改造领域的核心竞争力。为小型水电站的转型和发展奠定了坚实基础，更为保障小型水电站负荷范围内”长期、高效、安全、稳定运行，提供了一颗持久有效的“定心丸”。