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摘要：目前，我国的水电站建设的发展迅速，改革开放以来，我国水力发电行业历经长时间的发展，已经积累了相对成熟的经验。按照现阶段的行业趋势和发展方向来看，农村地区的小型水电站将成为后续很长一段时间的主要升级改造目标。截至目前，我国农村地区的水电站总数已达5万余个，年发电量约占全国水电发电总额的20%左右。而伴随着近年来农村地区的经济发展和居民生活水平的提高，现有的水力发电站已难以满足发电效率及最大容量方面的现实需求。再加上大多数农村水电站的使用年限已经较长，在运行的稳定性和故障率方面也令人堪忧。为此，这些农村小型水电站亟待进行增效扩容的改造。而为了能够保证水资源的高效利用，同时实现全过程的自动化管理，就需要在水力发电机组的运行效率和配套设备的选型及功能上进行专项优化或提升。从而使水力发电的全流程从技术到设备都进入新一轮的发展阶段，这也能够为我国的水力发电事业发展起到积极的推动作用。
关键词：水电站增效扩容；工程建设管理要点；对策
引言
随着经济的快速发展，我国的电力需求也在不断攀升，但由于大多数水电站建于20世纪七、八十年代，运行时间长，且受当时制造水平、工艺及设计水平的限制，小水电站的设备相对比较落后，效率偏低，影响力水电站的健康发展。为一种清洁性的可再生能源，水电已经成为一种不可或缺的资源获取途径。大力支持水电事业的发展有利于环境的保护，能够减少二氧化硫与二氧化碳等有害气体的排放，并间接保护了森林资源等其他资源。水电站的建设能够把水能转化为机械能，并将其最终转化为电能，为人们提供源源不断的电能资源。我国作为一个具备丰富水力资源的国家，已经在各条江河附近建设了无数座水电站，这些水电站的建成为环境与人民生活的改善以及国民经济的发展都做出了很大贡献，是我国重要的能源供应途径。水电站不仅能够为社会供应稳定的电力能源，还能够发挥抗旱、防洪等社会作用，保障该流域的安全。然而随着社会与经济的迅速发展，很多水电站都由于运营时间较长，其施工技术、设计标准、装备水平等早已无法满足现代社会的要求，因此必须对这些水电站进行增效扩容改造，使其焕发崭新的生命力。水电事业的不断发展，也使各种水轮机转轮的效率以及发电机的容量得到了提升，并且实现了发电机监控保护、自动水机、开关柜、励磁、调速器等的智能化、微机化管理。因此基于节能性分析，利用这些设备对水电站进行增效扩容改造能够实现水电站的现代化建设。
1农村小型水电站增效扩容技改工作的必要性
1.1 水资源的利用效率低
农村区域的小型水力发电设备大多建设年代较早，受到当时设计方案和技术水平的限制，水电站设备运转和使用的能源转化效率并不高，对于水资源的利用率总体处于较低水平，甚至可能长期存在水资源浪费的情况。现阶段的农村地区经济水平获得显著改善，对于电能的需求量和供电稳定性的要求也越来越高。数量众多且分散的农村小型水电站势必要逐步进行规模的扩展和功能上的完善。而其中增效扩容的优化方向是中小型水电站目前主流的发展趋势之一。通过重新配置装机容量，调整水电站设备的运转模式，提高水资源的利用率，实现扩容改造的最终目标。农村地区的小型水电站急需将原有的陈旧设备、技术和产能关系进行升级迭代，以增效扩容为切入点，积极调动和协调产业资源。还可以带动行业内的资源型企业重组为兼具先进水电技术和高科技装备的现代化电力企业，在更为理想的行业环境中缩减资金成本，从时间成本和人力成本等多角度拉动投资经济体系结构的变革。
1.2 早期农村小型水电站获得专项资助扶持
显而易见，修建时间较早的农村小型水电站对于增效扩容改造的需求最为迫切。这批服役时间较长的水电站曾在地方经济发展和社会水平提高的过程中发挥了重要作用，但面对现代水电站的基本容量性能要求难免捉襟见肘。较早期的水电站在改造过程中不可避免的会面对发电容量小，发电量有限，人员结构冗余，经济效益压力大等问题，而这些困境的解决必然需要政府及相关部门的专项扶持和全力协助，从资金、技术、人员和资源等方面共同保障农村小型水电站的技术改造需求。
2自动化监控系统
为实现水电站的自动化监控功能，减少人工浪费，并提升电站的管理工作效率，扩容改建后的水电站将采用自动化计算机监控系统。系统经调试设置后，可对水电站的运行状态、故障报错等进行及时有效的管理。计算机监控系统由两层组成：电站控制层和LCU层[3]，通过光缆和以太网交换机组成的以太网进行有机连接。电站的控制层由主机、工作站以及不间断电源等组成，电站控制层主要负责协调和管理各项LCU工作，收集相关信息，并进行相应的处理和存储。自动监控系统可通过计算机进行必要的修改、设置。LCU层（本地控制单元）是系统中的核心基础，由三套机组本地控制单元、一套开关本地控制单元以及一套公共控制单元组成。水电站自动化控制系统主要功能是：①对机组的运行数据进行采集、分析、处理，对机组的运行状态进行安全监控以及调试，并对水电站运行中的各种事件进行实时记录；②对设备进行自主诊断和故障修复，当机组出现非系统问题时，系统将会指导操作人员对故障进行排除、维修；③监控设备运行状态、对设备进行定期维护管理等功能。
3改造方法与注意事项
3.1更换局部设备
发电机组设备的组成异常复杂，其中涉及到的构件繁多，若是对全部设备更换，不仅需要消耗大量的时间，更增加了企业的投资成本。水电站的一些机组设备能够满足运行需求，也没有必要更换。为了保障水电站的综合效益，需要对发电机组进行全面细致的检查，确定问题设备与运行状态良好的设备都有哪些，对问题设备采取更换措施，体现出局部设备更换的价值，避免因整体更加耗费的人力与物力。
3.2更换整机设备
对于建立时间相对较早的水电站，因在建立设计期间的技术成熟性不足，而造成的水资源浪费问题，需要加以重视。而改善老旧水电站的运行情况，并不是简单更加局部设备可以解决的，为了提高增效扩容的效果，需要改造技术人员重新收集相关的资料与信息。根据当地的水文环境科学配置水轮机，提高水能的利用率，进一步提高水轮机的运行效率。除此之外，由于老旧水电站中的部分机组使用时间过长，严重老化，难以保障水电站的运行效率，内部设备易于出现故障，此时也可采取整机更换的方法。
3.3其他开发
机组之间的合理搭配会在很大程度上提升水电站的水库容量，提高丰水期水能的容量调节能力，减少水能浪费情况。以某县水电站改造为例，从增效扩容的目标出现，通过对该县的水文环境以及综合用电量了解，确定了机组类型为2×1000kW机组，为了满足当地的多发峰电需求，采用了两机机组模式，根据峰电、谷电不同期间调换大功率机组、小功率机组，发挥库容量提高发电机组的节能效益。此外，水轮机组转速对于水电站的整体运行质量、效率具备之间的关系，在改造技术之后，为了控制水轮机的转速，改造技术人员利用了闭环控制的方法，在机组中发出频率信号，并将其传输到控制系统中，通过系统的控制与调节，控制功率输出，以减少机组对能源的消耗。
3.4施工准备
在施工准备阶段首先是对设计方案进行分析，应积极与设计单位联系，对设计方案的详细内容和某些特殊事项进行对接，直至方案完全清晰。在此过程中需要同步对施工现场进行勘测了解，包括原小水电站的设备设施功能情况，现场地质、水文等环境状况，以及根据改造设计的清单和要求，对材料、设备的运输、采购和租赁等市场情况进行摸排，并以事实为基础拟定施工计划或施工设计。在制定施工设计时，当优先建立施工风险预估报告，对施工中的各个项目进行分解，划定为材料、人力、设备等项目体系，对不同的项目设定风险加权，并通过合理的方案计算风险发生值与危害值，并就此建立风险预防机制。在制度上，需要优先建立统筹管理制度和流程，一般有项目部的由项目部主要负责管理和调度，没有项目部的则由相关负责人或负责团体完成管理与调度。制度的制定主要是明确各个部门或个人在施工中的工作内容和责任，建立行之有效的奖惩机制。完成前期工作后，即进行物资采购和调配，根据清单与供应商、出租方、承运方等签订合同，即将相关物资设备运送至现场制定地方，检查物资设备完整性和功能后，确定无纰漏由质量负责人和财务负责人、物资设备管理部门签字后即完成，收纳的物资设备须做好防护措施，条件允许情况下直接标号送至使用位置就位。
3.5施工内容
根据施工内容制定项目指南，主要包括了厂房、机组、电气设备、自动化设备等项目。厂房施工主要包含厂房扩建、改建，如增设机房、改变原始结构、增加储水空间等，施工时应当按照设计规格和标准进行，需要特别注意控制的内容为：①对混凝土的强度进行控制，第一层混凝土浇筑前，在老混凝土面铺筑一层与混凝土强度相同的水泥砂浆，以利于新老混凝土结合密实。浇筑混凝土时，严格在仓内加水，如发现混凝土和易性较差时，必须采用加强振捣等措施，以保证混凝土质量；混凝土浇期间，如表面泌水较多，应及时研究减少泌水的措施，仓内的泌水必须及时排除，严禁在模板上开孔赶水，带走灰浆。还需要严格控制浇筑的模板和预埋件位置，降低施工误差。②机组施工时，在设备检测的基础上进行部件更换，更换后的部件在确定安装标准度和稳固性之后，需要进行一次试运行检测。检测内容包括：机组的运行平稳性和状态、电气设备主线路和接地线路的通畅性、控制箱和操作电源的功能实现、自动控制系统与远程监控平台的信息交互和指令传输速度等。③在大幅度厂房建设时，需要考虑对原水流进行控制，部分处于水库或水流较大的河流中的电站，在不能直接封堵的情况下，需要进行引流处理，一般选择围堰或决口泄水等方法，除了要使用加固措施保障围堰和决口的稳固性之外，还需要对引流后的排水区域进行监测，避免出现垮塌、滑坡等其他风险。
结语
通过基于节能性分析的水电站增效扩容改造方法对水电站进行增效扩容改造后，升级了电站设备，提高了水电站的综合效益，并且使水资源得到了更加充分的利用。利用基于节能性分析的水电站增效扩容改造方法不仅能提高水电站的科学运管水平，还能够使水电站拥有更好的经济效益，对一些运营时间较长的水电站来说，能够很好的解决这些水电站在运营中产生的各种问题，是一种值得推广的水电站增效扩容改造方法。
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