中小型水電站機電設備改造設計項目若干問題探討

金莉

摘要：隨著我國社會經濟的不斷發展，對電力的需求已經變得愈發緊張，隨著火力發電、風力發電相繼投入使用，水電站的開發也在加快發展當中，而在這其中，中小型水電站逐漸成為水力發電的重要部分。中小型水電站是區域電力供應的重要基礎，在這一過程當中，機電設備改造設計直接關系到整個水電站的正常運行。在中小型水電站機電設備改造設計項目中，必須本著實事求是的原則，兼顧經濟性與合理性，優化水電站的機電設計方案，最終保證整個水電站的正常、穩定運行。

關鍵詞：水電站；機電設備；改造；設計

一、概述

水電站機電設備在實際運行當中會面臨很多復雜的問題，而且設備的技術指標與復雜程度也不容忽視，因此在水電站機電設計過程當中，一方面必須嚴格遵守國家相關技術規范，遵守國家法律，另一方面要綜合考慮水電站的實際情況，結合水頭、流量、出力保證率等參數，經過方案比選后選擇出最適合的機電設備，最終保證整個水電站的正常、穩定運行。

二、水電站機電設備改造中存在的問題

1.水輪發電機組部分

由于中小型水電站盈利能力較差，因此在最初建設的時候，往往會面對資金不足的問題，導致選擇的機電設備并不匹配，很多水輪機長期不能在最優工況下運行，水輪機組轉輪葉片遭到很嚴重的磨損；而部分水輪機導葉間隙過大，在正常停機的時候漏水很嚴重，結果導致寶貴的水資源白白浪費，直接影響到了水電機組的發電量。

2.調速器部分

水輪機調速器問題。在中小型水電建造的過程當中，大多使用的調速器為以下兩種，即電液調速器和機械離心飛擺式調速器，而這兩種調速器也都存在著各自的問題。

第一，電液調速器問題。此調速器在使用過程當中對于工作環境的清潔度要求很高，對液壓油的油質清潔度的要求不能有絲毫的水分和雜志，否則將會造成調速器失靈，水輪發電機組失控，嚴重的甚至造成機組事故，造成嚴重的經濟損失和人身安全。另一方面，電液調速器在工作當中為了提高速動性，從而處于動平衡狀態，調速器的工作油壓會被電液轉換器消耗，這種狀況導致的直接結果就是極大地增加了設備的維護量和能源的消耗，這也成為了此種調速器最大的缺點。模擬電液調速器，在如今已經步入了信息時代的同時，但卻并沒有計算機通訊接口，從而不能和計算機之間進行通訊控制，也不能進行計算機自動控制，在步入“無人化、自動化”的過程中遇到了很大的阻礙。

第二，機械離心飛擺式調速器問題。此類調速器具備機械式工具的固有缺點，由于機械零件的數量很多，所以在運轉當中便需要機器內部的機械杠桿的配合、轉動套和針塞間隙的存在，由于大量機械設備的延時和磨損，所以導致其反應速度偏慢、靈敏度不夠等，此外，在開關機的時候，此類調速器浪費的時間也比較長，而且易造成機組過速飛車，給水輪發電機組造成危害。

三、相關技術改造發展方向

1.水輪發電機組的設計和優化

眾所周知，在水輪機組的工作過程當中，最為常見的問題就是各種機械設備的磨損和腐蝕問題，而導致這些問題的原因當中，水輪機組的不合理設計往往是第一因素，因此，在最初步的設計規劃當中如何完善水電站的機電設計成為了保證后續工作平穩運行的重要因素。

由于各地的實際情況不同，所以在最初的機電設計環節應當更加著重于對實際情況的調研，重點考慮的因素有水流、季候變化和水輪機組的適配問題。水輪機的氣蝕問題一直是不可避免的問題，而其中則設計到機組并網的問題。因此，在最初設計的時候，應該將水電站所處的環境進行分析，考慮到春秋兩季進入汛期的原因，所以應該制定水輪機轉輪的更換適配規定，在汛期來臨之際，更換導葉，同時調整導葉的開度，一般一般水輪機的最高效率在85%-95%導葉開度之間，導葉開度在85%-95% 之間時機組振動最小，同時水輪機的氣蝕最小。遵循更換水輪機轉換的更換設計原則，一方面可以延長水輪機組的工作壽命，同時也可以避免水力資源的浪費，提高發電效率。

2.制定應急方案，完善預警機制

在水電機組的運行當中，因為各種復雜因素的影響會出現各種緊急情況，在傳統的機電設計當中，往往忽視了對于緊急情況的處理，這也導致一旦水電站出現異常狀況而只能停機檢查的狀況，預警機制和應急方案的缺乏，是傳統水電站機電設計一直存在的弊端。

水電機組的機電設計是一項復雜而龐大的工程，不僅關系到工程本身，而且還關聯著日后的問題解決和水電站的維修升級。在機電設計當紅補充和完善預警機制和應急方案是必須要解決的問題，這也為日后的緊急情況提供強有力的支撐和解決方案。

3.水電站輔助部分技術改造

水電站輔助部分的技術改造要嚴格遵守相應配套的設備，不能隨意更換，更不能因為價格、材料等問題置之不理，而如何進行對設備的維修則要遵循以下原則。

在中小型水電站當中，很多電液轉換器式電液調速器（如DT1600、T3500等等）及離心飛擺式機械調速器（如ST100、YT1000、CT40等等），這兩大種類調速器，均存在前面所談到調速器所存在的問題。

在部分地區當中，測頻、檢測、計算、控制部分有的是單片機，有的是PLC可編程控制器；機械部分控制，有的是步進電機、有的是組合閥、有的是數字閥。我們以遼寧地區的部分中小型水電站為例， 2000年以前調速器改造微機的電站有：遼寧省觀音閣水庫電廠、桓仁縣西江電站等。從這幾年的運行情況來看，幾種微機調速器的穩定性、靈敏性、可靠性、都是比較好的，在實際運行過程中，在其它運行指標一樣的前題下，機組正常發電過程中調速器耗油最少的，即壓油泵啟動次數最少的為數字閥PCC（program computer control）可編程智能調速器，針對不是雙調的該種調速器壓油泵的啟動時間間隔可以達到5h以上，是其它微機調速器所做不到的。

四、結語

在國家經濟建設速度日益加速的前提之下，對于電力的需求和穩定供應都提出了新的要求，在這種形式下，高效、節能同時污染小的水力發電正日漸成為主流發電方法，而中小型水電工程規模雖然比較小，但是其涉及到的設備類型和零件數量卻異常繁雜，這給機電設備改造設計帶來了不小的難度，所以在前期的機電設計當中應更加細致謹慎，同時在后續的工作流程當中堅持遵守和執行相應的計劃，只有這樣才能為中小型水電設備提供更有力的支持，同時為國家的電力供應提供更為可靠的保障。

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