淺議農(nóng)村小水電技改

袁廉生

(重慶市江津區(qū)四面山水電有限責任公司，重慶402200)

0 引言

農(nóng)村小水電是我國重點支持發(fā)展的清潔能源建設項目，它為地方經(jīng)濟的發(fā)展作出過重要的貢獻，也為緩解當前的能源短缺盡了應盡之責。但長期以來，我國的許多水電站，特別是農(nóng)村小水電站的管理效率不高，安全隱患多，可靠性差。隨著小水電管理概念的普及，綜合管理自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是機組狀態(tài)檢修概念的提出與完善，機組負荷優(yōu)化，經(jīng)濟運行逐漸成為小水電站管理工作的改進方向。建立對水輪發(fā)電機組的實時監(jiān)測并進一步建立綜合管理系統(tǒng)的研究工作顯得日益重要。因此，農(nóng)村小水電技術(shù)改造勢在必行。

1 農(nóng)村小水電的現(xiàn)狀

農(nóng)村小水電多數(shù)都建于上世紀七、八十年代，當時多數(shù)是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為節(jié)約投資，設計標準較低，在當時的年代多數(shù)都有自己的供電區(qū)域，是鄉(xiāng)鎮(zhèn)重要的支柱產(chǎn)業(yè)。但隨著農(nóng)村電力體制的改革，供區(qū)都收歸了各縣的電網(wǎng)公司，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)電站的命運從此轉(zhuǎn)變。由于上網(wǎng)電價偏低，普遍都經(jīng)營困難，政府隨著職能的轉(zhuǎn)變，紛紛將小水電轉(zhuǎn)讓給了私營業(yè)主。經(jīng)營管理不善，安全隱患多，技術(shù)改造滯后，水力資源沒有得到合理的利用，是當前農(nóng)村小水電的現(xiàn)狀。目前一般新投產(chǎn)的水輪機組最高效率可達90%～95%(含發(fā)電機)，而早期投產(chǎn)的水輪機組最高效率在80% ～86%范圍，隨著機組的老化、磨損的增加效率逐漸降低。為了挖掘水輪機組的內(nèi)在潛力，提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本，延長機組壽命，必然要對早期投產(chǎn)的小水電進行技術(shù)改造，將效率提高到88% ～92.5%以上的標準。

2 雙鳳電站技改重點啟示

2.1 優(yōu)先選擇低壓機組

發(fā)電機端電壓的選擇直接決定著電站的投資和日常維護及運行成本。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的低壓發(fā)電機的容量已達到1000kW，從近幾年我們使用過的單機630kW、800kW發(fā)電機組來看，運行是可靠的。而高壓電機不僅高壓電氣設備投資大，而且廠房占地大，運行值班和技術(shù)維護力量要求高。低壓發(fā)電機不僅節(jié)省投資，運行值班和技術(shù)維護力量要求也相應降低，因此建議單機1000kW及以下機組選擇低壓機組。試舉二例，合江縣河上埂電站單機630kW，赤水市楊思巖電站單機800kW，均運行6年以上，設備正常。

2.2 優(yōu)先選用兩支點水輪發(fā)電機

兩支點與四支點比較，它不僅是縮短了水輪機組的長度，(機組軸向尺寸縮小0.5～0.8m)，而且減少了傳動損失，使機組效率提高0.5%左右，還提高了機組的穩(wěn)定性，延長水輪機組使用壽命，減少廠房使用面積。早期投產(chǎn)的水輪機組多數(shù)都是四支點機組，如選用兩支點機組，即使技改加大了容量，原有廠房還基本可以利用。如不增加容量，選用兩支點機組后，則廠房更寬闊，有利于機組的檢修和改善勞動條件。雙鳳電站原是四支點的機組，技改后選用了兩支點機組，窄小的廠房變得寬敞。江津區(qū)白沙高洞電站，1994年改造時由于廠房的限制，選用了三臺單機250kW的兩支點機組，已運行17年，效果良好。

2.3 優(yōu)先選用滾動軸承

早期的水輪機組多是滑動軸承，不僅多用潤滑油增加了發(fā)電運行成本，而且還很容易出現(xiàn)高溫和燒瓦事故。滑動軸承合金的澆注和加工，往往自身電站的力量不能解決，送到廠家加工不僅路途遠、時間長、而且價格高。運行人員值班也很緊張，害怕因缺冷卻水、缺潤滑油等發(fā)生燒瓦事故。如選用了滾動軸承，不但壽命長、維護簡單、值班人員特別輕松，而且廠房無漏油漏水現(xiàn)象，看到的是一個清潔、干燥的文明生產(chǎn)廠房。雙鳳過去兩臺機組都是滑動軸承，軸承經(jīng)常發(fā)熱帶不滿負荷，技改時選擇了滾動軸承機組，運行情況良好。江津區(qū)白沙高洞電站也是用的滾動軸承，經(jīng)17年檢驗，運行效果顯著。

2.4 推薦選用手電兩用調(diào)速器

農(nóng)村小水電裝機容量都比較小，手電兩用調(diào)速器才幾千元一臺，相較液壓微機調(diào)速器價格相差10倍左右。單機幾百千瓦的電站中使用手電兩用調(diào)速器完全能夠滿足開機并網(wǎng)、跳閘關(guān)機、運行調(diào)功方面的性能，能夠達到綜合自動化要求。液壓微機調(diào)速器技術(shù)含量高，一般的小水電都沒有技術(shù)能力維護微機液壓調(diào)速器。手電兩用調(diào)速器維護簡單，適合農(nóng)村小水電推廣使用。雙鳳電站過去是手動調(diào)速器，技改中選擇了手電兩用調(diào)速器，經(jīng)運行檢驗效果良好。

2.5 推薦選用無刷勵磁發(fā)電機

無刷勵磁系統(tǒng)與可控硅勵磁系統(tǒng)比較，維護要簡單些。早期的機組大多數(shù)是勵磁發(fā)電機自勵方式，整流子、滑環(huán)容易燒傷、跳弧、發(fā)熱，這種勵磁方式已經(jīng)淘汰。但可控硅勵磁在滑環(huán)上引入勵磁電流較大，也容易跳弧、發(fā)熱。而選用無刷勵磁發(fā)電機就沒有跳弧、發(fā)熱這個問題，因為它沒有碳刷。雙鳳電站過去是直流發(fā)電機自勵方式，本次技改選用無刷勵磁發(fā)電機，運行維護就格外輕松。

2.6 優(yōu)先選用不銹鋼轉(zhuǎn)輪

水輪機最容易磨損，壽命最短的部件當然是轉(zhuǎn)輪，它是水輪機的心臟，又是最昂貴的部件。徑流電站的泥沙、酸堿和水輪機不在效率最高區(qū)運行等，都使轉(zhuǎn)輪的磨損和氣蝕加快。農(nóng)村小水電多數(shù)都是徑流電站，來多少水發(fā)多少電，多數(shù)時間都處于低效率區(qū)運行。我們通過多年的觀察分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片的氣蝕和磨損最嚴重。因此建議在技改時，為了降低造價，可選用葉片是不銹鋼的轉(zhuǎn)輪，價格高60%左右，但運行使用壽命則可延長3至5倍。例如新雙鳳電站2005年投運，兩臺機組原都是碳鋼轉(zhuǎn)輪，運行三年后大修發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪氣蝕非常嚴重。我們將一臺更換為不銹鋼葉片轉(zhuǎn)輪，另一臺運到廠家修復后運行，平時水少時就開不銹鋼轉(zhuǎn)輪那臺機，讓碳鋼轉(zhuǎn)輪那臺機長期處于滿負荷運行。經(jīng)幾年的運行，現(xiàn)在的情況是不銹鋼轉(zhuǎn)輪那臺機基本沒有氣蝕，碳鋼轉(zhuǎn)輪那臺也大大放慢了氣蝕的程度。這次雙鳳電站技改借鑒新雙鳳電站的經(jīng)驗，兩臺機都選擇的是不銹鋼葉片轉(zhuǎn)輪，與全不銹鋼轉(zhuǎn)輪相比價格低得多，而使用壽命差不多。

2.7 小機組也應選用綜合自動化

大中型水電站綜合自動化使用多年技術(shù)相當成熟，江津紅英橋電站2×6000kW、雙鳳電站 2×2000kW水輪機組，從2005年開始就使用了綜合自動化，已運行7年多時間，運行穩(wěn)定。現(xiàn)在各廠家已經(jīng)開發(fā)出了用于低壓水輪機組的綜合自動化軟件，而且價格已大大降低，各農(nóng)村小水電完全可以選擇使用。它將使小水電機組的操作時間縮短，可靠性增加，監(jiān)測手段完善，人員編制減少，效益和效率明顯提高。雙鳳電站就選用了綜合自動化和一次電氣設備同屏的一體化屏，兩臺機組總共才增加了九萬元左右投資。

2.8 水位調(diào)功推薦使用

農(nóng)村小水電大多數(shù)水頭都不很高，前池水位高低對發(fā)電出力影響較大，過去多是采用浮子水位報警或電視探頭等手段觀測水位的高低來進行手動調(diào)節(jié)以獲得最高效率。在技改中可以增加一臺水位傳感器，價格不高，才4000元左右，即可實現(xiàn)水輪機根據(jù)水位高低的自動調(diào)節(jié)，獲得較高效益。雙鳳電站技改時就選用了水位調(diào)功，使用效果顯著。

2.9 建議采用增大轉(zhuǎn)輪過水流量的方式提高水輪機出力

農(nóng)村小水電大多數(shù)都是徑流電站，豐水期的幾個月棄水較多，如采用加大機組利用洪水多發(fā)電的方式，設備投資大，利用率低，從經(jīng)濟角度看得不償失。如采用增大轉(zhuǎn)輪過水量增加出力的方式則效益是最好的，即在技改定貨時要求生產(chǎn)廠家增大轉(zhuǎn)輪過水量，以提高轉(zhuǎn)輪出力，有些機型最高可獲得20%的增長。這種方式增加技改投資少而達到增加發(fā)電量的目的，同樣能達到水利部的增效20%以上要求。現(xiàn)在技改的電站大多采用增容的方式以達到增效目標，這種方式未必都可取。雙鳳電站采用的是增大轉(zhuǎn)輪過水量的方式同樣達到增效20%以上的目標。

2.10 技改中推薦增加手動行車

早期建設的小水電為了節(jié)約投資，多數(shù)都沒有起重設備，在設備檢修時極不方便，臨時搭建三角架既不安全、又不方便移動使用。因此在技改中建議增加手動行車，選擇手動行車與電動行車相比有幾個優(yōu)點:一是手動比電動價格低，節(jié)約投資;二是電站檢修時間少，手動能滿足使用;三是速度慢，檢修使用安全;四是無證人員都可操作;五是手動不在強制檢測范圍，適合農(nóng)村小水電使用。雙鳳電站技改中就增加了一臺五噸的手動行車，并且在廠房一端與防洪墻等高地勢地方增加了檢修平臺，行車延伸到檢修平臺上方，給水輪機組安裝起吊和以后的維護檢修將帶來極大方便。

3 農(nóng)村小水電技改的現(xiàn)實意義

農(nóng)村小水電技改后它能讓處于半死不活狀態(tài)的小水電獲得重生，在應對能源危機中再現(xiàn)活力，為節(jié)能減碳、凈化人類生存條件再立新功，主要體現(xiàn)在幾個方面。

3.1 設備生產(chǎn)廠家獲得新生

通過技改淘汰舊的、落后的設備，讓處于經(jīng)營困難的水輪發(fā)電機及設備生產(chǎn)廠家獲得生機，既為國家增加了稅收，同時增加了就業(yè)機會，又積累了資本為以后的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型打下了基礎。

3.2 提高了效率和效益

小水電通過技改選用了效率高的新機組，淘汰了效率低的舊機組，解決了過去效益低下的問題，通過選擇高效率的機組和增大轉(zhuǎn)輪過水量或增容等改造，普遍都增加發(fā)電量20%以上，由此帶來了較好的經(jīng)濟效益。

3.3 延長了設備的使用壽命

早期投產(chǎn)的水輪發(fā)電機組，運行壽命多數(shù)都臨近或結(jié)束，經(jīng)過技改后大大延長了設備的使用壽命，解決了長期潛在的安全問題。

3.4 有限的水資源得到了合理的利用

通過技改，提高了小水電的水資源利用，隨著上網(wǎng)電價的提高、發(fā)電量的增加，不僅讓小水擺脫了困境，而且讓小水電有能力、也愿意進行一些環(huán)境治理，適當下泄一定流量讓干枯的河流潤澤，讓綠水長流。

3.5 可以減少值班人員編制

綜合自動化的使用和設備可靠性的提高，隨著定期檢修向狀態(tài)檢修的過渡，運行值班人員編制完全可以按水利部的農(nóng)村小水電站編制落實。由于人員的縮編，職工的收入可以大幅提高，養(yǎng)老保險等福利可以實現(xiàn)。

4 結(jié)語

江津老雙鳳電站建于70年代，裝機1×320+1×200kW，經(jīng)多年運行后，由投產(chǎn)時的250萬kW時左右發(fā)電量，到技改前只有150萬kW時左右發(fā)電量，2011年底開始進行技術(shù)改造，技改完成后發(fā)電量將達到250萬kW時左右，增效30%左右。

通過技術(shù)改造，實現(xiàn)了在投資最省的原則下，提高電站的技術(shù)含量、且設備簡單實用、監(jiān)控完備、設備可靠、效率較高、效益較好。目前重慶市等幾個省市正在進行第一批農(nóng)村小水電的增效擴容改造試點，以后還要推廣到全國小水電。這次技改經(jīng)驗將其他同行提供借鑒和幫助作用。

［1］劉天壽.官塘水電站生產(chǎn)效率管理系統(tǒng)的應用研究［D］.重慶:重慶大學，2007.