助力乡村小水电焕发新生机

水电图南方 · 发表于 2023-10-14 09:01:47

1987藏潭桥水电引水式水电站

>安装“心脏起搏器”，解决电机“老龄化”>“术后效果”效果明显>易复制更可推广，未来可期

“水作青罗带，山如碧玉簪”，在全国不少地区，小水电与自然和谐共处、相得益彰也是别样景致。在带来别样风光的同时，小水电也为解决农村用电、助力脱贫攻坚、优化能源结构、促进地方经济社会发展方面发挥了重要作用。
新昌是典型的浙江小区小县，有着“八山半水半分田”的“不利”地理特征的它却曾是浙江省第一个实现农村初级电气化的县，这也少不了“小水电”的功劳。
1998年底全县水电站发展到108座,总装机容量4.37万千瓦,居全省首位，为地方经济的发展做出了不可磨灭的贡献。

但随着社会经济的发展，小水电对流域的生态影响逐渐引起大众关注，再次由于设备老旧，水电调节性能也不似“壮年”，丰水期抢发满发，枯水期欠发停发的运行状态，对电网调度和电能质量都造成较大影响。

面对这些问题，乡村小水电该如何焕发新的生机？

安装“心脏起搏器”解决电机“老龄化”

1987年建成的藏潭桥水电站，是常见的引水式水电站，（新昌径流水电站都是引水式，）即在河流高程相差较大的地方利用坡降平缓的引水道引水，与天然水面形成符合要求的落差(水头)，从而进行发电。

此类小水电老龄化带来的问题，需要从源头——发电机进行解决。

▲引水式水电站原理示意动图

8月17日，国网浙江电力首创应用全功率变流器（FSC）发电技术完成对藏潭桥水电站2号机组的变速恒频改造，并成功实现全功率并网试运行，这也是国内首台直驱型变速改造的水电机组！

变速恒频改造相当于水电站的一次“心脏微创手术”，目的是为发电机安装“起搏器”，让水电站的“心脏”焕发新的生命力！

说起这个“心脏起搏器”，它是由国网绍兴供电公司牵头，联合南瑞集团和新昌水利水电局一起创新研发的。通过将原有的直流励磁发电系统改造为全功率变流器发电系统，使得水电机组发出的电力通过变流器调制解调后能自动满足并网要求。

▲发电机系统改造前后简易版示意图

打个比方说，小水电发电机好比汽车发动机，发电机的“励磁系统+调速机”的组合好比变速箱，通过替换励磁系统，能够让小水电发电机以不同的转速来适应水位的高低变化，从而使水轮机转速不再受限，摆脱对高水位的依赖，“手动挡”升级“自动挡”。

“术后效果”效果明显

改造后，可通过控制发电机的转速来寻求各个水流量下的最高效率点，还可以根据电网需求精准调节无功，提高电能质量。

在旱季水流量较小、水位较低时，改造后的小水电可在原本不能发电的情况下进行发电，使得发电效率明显提升，还能避免河流出现断流，保护流域生态。

话不多说，上对照！

▲未经改造的1号机组与改造后的2号机组对照图

工程人员将两台机组作为对照，现场实时运行监控数据显示，在同样水流较小、水轮机转速较慢时（以开度40%为例），未经改造的1号机组发电功率为183千瓦，改造后的2号机组发电功率提升至241.5千瓦，提升幅度达32%。

经综合测算，改造后的水电机组年综合发电效益预计可提高10%至20%，每年新增发电收益约5.18-9.58万元。

除此之外，只需将励磁系统替换掉就可实现变速恒频改造，极大减少了改造成本。简便的操作更是缩短了改造施工周期，仅需1-2周，非常适于规模化推广应用。

易复制更可推广未来可期

为了规范开展小水电变速恒频改造，2023年9月22日绍兴公司牵头编制的浙江省电力行业协会团体标准《小型水电站变速恒频改造规程》正式发布，并于10月1日起开始实施。

该标准从工程实践出发，明确适宜进行变速恒频改造的小水电类型，规定了小水电变速恒频改造过程中各项流程等内容。对变速恒频改造中所涉及的设备设施（包括励磁系统、发电机、变流器、调速系统和二次系统等）进行详细的技术阐述。

小水电业主和工程人员可根据该标准评估改造的必要性、选择适合的技术路线和制订科学的施工方案。

绍兴市有277座小水电，装机容量14.7万千瓦，其中有相对稳定水源的坝式或混合式电站约占一半。从全国来看，据新华社早期报道，截至2019年底，全国范围内有45000余座小水电，装机容量达8000多万千瓦，相当于3个三峡水电站。科技加持，相信小水电站未来可期。

来源：电工鲁师傅