湖北省小型水電站增效擴(kuò)容改造前期調(diào)查分析

尹 剛

（湖北省地方水電公司，湖北 武漢 430070）

中國(guó)是世界上最早利用水能發(fā)電的國(guó)家之一。在我國(guó)電力發(fā)展初期，水電起到了舉足輕重的作用，特別是在山區(qū)，小型水電站的建設(shè)促進(jìn)了山區(qū)縣域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。幾十年來，小型水電站不僅幫助國(guó)家電網(wǎng)解決了大電網(wǎng)延伸不到的區(qū)域的用電問題，還為山區(qū)縣提供了大量的稅收和就業(yè)，但自身的發(fā)展卻沒有得到應(yīng)有的重視。小型水電站缺乏必要的維護(hù)和易損易耗件的定期更新、更換，很多電站長(zhǎng)期帶病運(yùn)行至被迫退出運(yùn)行。

目前，我國(guó)已建成小型水電站有4萬5千余座，急需改造的有5千7百座，由于建設(shè)時(shí)間的不同，機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)水平和分配制度的差異，存在的問題也各不一樣。為了科學(xué)地進(jìn)行改造，合理地使用國(guó)家有限的資金，實(shí)現(xiàn)增效、節(jié)能、安全、環(huán)保的目的，筆者在全國(guó)各地做了大量的調(diào)查研究工作，本文僅以湖北省的調(diào)研成果作為分析依據(jù)。

1 小型水電站考察

根據(jù)《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》（中發(fā)［2011］1號(hào)）、《中華人民共和國(guó)可再生能源法》、《可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金管理暫行辦法》（財(cái)建[2006]237號(hào)），財(cái)政部從可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金中專門安排部分資金支持農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造工作，在水利部和財(cái)政部的主導(dǎo)下，小型水電站增效擴(kuò)容改造工作正式啟動(dòng)。

為保證小型水電站增效擴(kuò)容改造工作取得理想效果，湖北省在試點(diǎn)工作啟動(dòng)前專門組織對(duì)部分電站進(jìn)行了實(shí)地考察和調(diào)研，取得了第一手資料。按水利部要求，1995年以前投產(chǎn)的電站方可列入增效擴(kuò)容改造，湖北省符合水利部增效擴(kuò)容改造年代要求的電站有600余座，且多為80年代以前建設(shè)，運(yùn)行時(shí)間大部分已達(dá)30年。由于中華人民共和國(guó)成立后，湖北省建設(shè)小型水電站是從黃岡地區(qū)麻城縣（大坳電站）開始，本次調(diào)研重點(diǎn)考察鄂東地區(qū)。共考察英山縣占河三級(jí)水電站（70年代）、紅花水電站（80年代），羅田縣天堂二級(jí)水電站（70年代）、天堂三級(jí)水電站（80年代）、天堂四級(jí)水電站（80年代），團(tuán)風(fēng)縣響水潭一級(jí)水電站（2009年改造）、張家河水電站（80年代），通山縣的九宮山五級(jí)水電站（80年代）、六級(jí)水電站（70年代）、七級(jí)水電站（70年代）、望江嶺水電站（80年代）和新橋水電站（90年代）。

被考察的電站按形式分為壩后式、河床式和引水式，按機(jī)組的形式分為混流式、軸流式、水斗式和斜擊式，按發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓分為高壓機(jī)組和低壓機(jī)組，基本涵蓋了各種類型的小型水電站，具有較完整的代表性。

2 小型水電站現(xiàn)狀

上世紀(jì)50年代制訂的《全國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展綱要》提出：“凡是能夠發(fā)電的水利工程，應(yīng)當(dāng)盡可能同時(shí)進(jìn)行中小型的水電建設(shè)，以逐步解決農(nóng)村用電要求”。根據(jù)當(dāng)時(shí)的需求，湖北省各地結(jié)合興建水利工程，建造了一大批小型水電站。

湖北省鄂東地區(qū)是《全國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展綱要》最早的受益區(qū)，其小型水電站多建于上世紀(jì)90年代以前，電站運(yùn)行大多超過30年。由于體制和管理思想的約束，設(shè)備配置差異較大，運(yùn)行管理水平參差不齊。由于維護(hù)經(jīng)費(fèi)很難到位，設(shè)備得不到應(yīng)有的維護(hù)，使得機(jī)電設(shè)備過早老化，安全事故頻繁發(fā)生，部分電站已退出運(yùn)行。

2.1 主機(jī)部分

我國(guó)上世紀(jì)80年代前投運(yùn)的水電站，不僅受建設(shè)資金短缺的影響，還受整體機(jī)械制造水平和機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)能力的制約，小型水電站水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)使用不合理和配套不完善的事件經(jīng)常發(fā)生，很多電站的實(shí)際出力一開始就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。在被考察的電站中，主機(jī)設(shè)備出力不足、發(fā)電用水浪費(fèi)現(xiàn)象普遍存在，而且十分嚴(yán)重。當(dāng)年在電站的建設(shè)設(shè)計(jì)中力求設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，給電站后期的運(yùn)行留下了許多安全隱患，有些簡(jiǎn)化嚴(yán)重制約了電站效率的提高和自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

改革開放以來，為了解決電站主機(jī)設(shè)備出力不足、效率不高的問題，在近20年的時(shí)間里，一些地方的水利主管部門通過自籌資金，對(duì)上世紀(jì)建設(shè)的部分電站進(jìn)行了局部改造。遺憾的是在這一輪的改造過程中，由于管理觀念問題，重點(diǎn)放在更換轉(zhuǎn)輪和自動(dòng)化改造方面，而對(duì)主機(jī)已經(jīng)存在多年的跑、冒、滴、漏問題，特別是對(duì)機(jī)組溫度過高、噪音過大等問題沒有加以重視，對(duì)自動(dòng)化元件的改造也未能同步進(jìn)行。

2.2 調(diào)速器部分

上世紀(jì)80年代前投運(yùn)的水電站，調(diào)速方式多種多樣，主要有全手動(dòng)調(diào)速器（俗稱手動(dòng)操作器）、手動(dòng)電動(dòng)調(diào)速器（俗稱手電操）、機(jī)械和電液常油壓全自動(dòng)調(diào)速器、微機(jī)常油壓調(diào)速器（多為對(duì)電液轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行局部改造）。在對(duì)全國(guó)的水電站考察中發(fā)現(xiàn)，全手動(dòng)調(diào)速器和手動(dòng)電動(dòng)調(diào)速器使用較多，常油壓全自動(dòng)機(jī)械調(diào)速器、常油壓全自動(dòng)電液轉(zhuǎn)換調(diào)速器、常油壓微機(jī)調(diào)速器和微機(jī)高油壓調(diào)速器使用較少。而在湖北省東部地區(qū)的水電站中，常油壓全自動(dòng)機(jī)械調(diào)速器、常油壓全自動(dòng)電液轉(zhuǎn)換調(diào)速器、微機(jī)常油壓調(diào)速器和微機(jī)高油壓調(diào)速器使用較多，這在全國(guó)是不多見的，從這點(diǎn)也可以看出，鄂東地區(qū)小型水電站過去對(duì)電網(wǎng)的重要支撐作用。

2.3 自動(dòng)化元件部分

自動(dòng)化元件是水電站自動(dòng)控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理的必備設(shè)備。在被考察的水電站中，普遍存在自動(dòng)化元件配置不完善現(xiàn)象，單機(jī)500kW以下的低壓機(jī)組水電站基本不配自動(dòng)化元件，只有少數(shù)水電站配有示流或溫度傳感器，但機(jī)組已配套的測(cè)溫元件大都不能正常使用。

一些配置了基本自動(dòng)化元件的高壓機(jī)組水電站，由于水工建筑物質(zhì)量低劣，水工建筑物和主機(jī)都存在滲漏水問題，在此惡劣的運(yùn)行環(huán)境下，自動(dòng)化元件根本無法正常運(yùn)行，形同虛設(shè)。這些現(xiàn)象在新建的小型水電站也同樣存在。

2.4 輔助設(shè)備部分

由于考察的基本是國(guó)有水電站，高壓機(jī)組在輔助設(shè)備的投入比較大，設(shè)備配置一般比較完善，但也都年久失修，不能可靠運(yùn)行，能耗也較大。而低壓機(jī)組則不盡人意，輔助設(shè)備的配置十分簡(jiǎn)單，剎車多采用手油泵制動(dòng)器，很多電站甚至不裝剎車制動(dòng)器，習(xí)慣自然停機(jī)或靠木棍剎車；進(jìn)水閥多以手動(dòng)操作為主，在已做局部改造的水電站一般都加裝了閥門電動(dòng)機(jī)構(gòu)，但由于閥門電動(dòng)機(jī)構(gòu)選型不合理，容易造成閥門的過關(guān)和過開，威脅閥體的安全。有不少水電站在閥門廠的誤導(dǎo)下，以為問題的原因是電動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，從而選擇采用液壓機(jī)構(gòu)，加大了能耗和管理成本。

2.5 控制保護(hù)部分

除羅田天堂二級(jí)、四級(jí)水電站和團(tuán)風(fēng)響水潭一級(jí)水電站已對(duì)控制保護(hù)設(shè)備進(jìn)行了微機(jī)化改造外，其它水電站仍繼續(xù)采用常規(guī)電磁式控制、保護(hù)裝置，有相當(dāng)一部分電站還在使用阿城繼電器廠生產(chǎn)的仿蘇產(chǎn)品——最老式的黑殼繼電器，這種產(chǎn)品已根本無法采購(gòu)到配件。

2.6 操作電源部分

操作電源是為控制、信號(hào)、測(cè)量回路、繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置和斷路器的運(yùn)行和操作提供可靠的工作電源。在小型水電站設(shè)計(jì)中，對(duì)廠用電的設(shè)計(jì)并沒有要求十分可靠，操作電源的選配也一直都是遵循可有可無的原則，其配備更是多種多樣。但這次被考察的電站基本都配有完善的直流操作電源。

2.7 安全及安全自動(dòng)化部分

在小型水電站設(shè)計(jì)過程中，電站安全運(yùn)行問題從未得到足夠的重視，這里面既有設(shè)備安全問題，也有人身安全問題。小型水電站的安全設(shè)備技術(shù)研發(fā)一直十分落后，例如：沒有專用的具有一定防護(hù)等級(jí)的控制、保護(hù)屏，電站使用的常規(guī)控制柜至今還大量采用無安全防護(hù)等級(jí)的開啟式結(jié)構(gòu)，低壓機(jī)組水電站的新、老低壓成套控制設(shè)備均未經(jīng)過國(guó)家3C認(rèn)證。

在安全自動(dòng)化方面，電站的設(shè)計(jì)基本沒有認(rèn)真的考慮過。例如：手電動(dòng)調(diào)速器取代手動(dòng)調(diào)速器，雖然解決了自動(dòng)開停機(jī)問題，但人身安全防護(hù)和機(jī)組的過調(diào)問題卻沒有得到有效解決。這些電站自動(dòng)剎裝置的應(yīng)用都不在設(shè)計(jì)應(yīng)考慮之列，電站的安全自動(dòng)化設(shè)計(jì)幾乎就是空白。

2.8 通信部分

通信手段十分落后，很多電站設(shè)計(jì)時(shí)就沒有考慮專用的電力通信，特別是10千伏上網(wǎng)的電站，沒有專業(yè)的通信設(shè)備。由于電站與調(diào)度的交流是利用電信公網(wǎng)市話作為通信手段，所以電力調(diào)度命令難以及時(shí)到達(dá)。

3 小型水電站存在的安全隱患

3.1 水工建筑物的安全監(jiān)測(cè)

我國(guó)水工建筑物的安全監(jiān)測(cè)起步較晚。上世紀(jì)建設(shè)的水電站，由于沒有配套的相關(guān)規(guī)范，電站在建設(shè)時(shí)都沒有考慮在水工建筑物中埋設(shè)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備。本世紀(jì)建設(shè)的水電站，因?yàn)榻ㄔO(shè)管理缺失，雖然在水工建筑物中埋設(shè)了安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，但埋設(shè)方法不正確，已埋設(shè)的很多傳感器在施工中就已經(jīng)損壞，保留的大多不能正常工作。雖然國(guó)內(nèi)曾發(fā)生過多起水電站垮壩事故，因小型水電站電站庫容小，造成的危害不大，并沒有引起管理部門對(duì)電站水工建筑物的安全監(jiān)測(cè)真正重視。

3.2 主機(jī)及輔助設(shè)備

上世紀(jì)80年代前建設(shè)的水電站，主機(jī)及輔助設(shè)備經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，在陳舊的管理理念和資金問題的約束下，設(shè)備長(zhǎng)期得不到科學(xué)的維護(hù)和保養(yǎng)，連續(xù)使用壽命在50年以上的主設(shè)備，實(shí)際運(yùn)行不到30年就不堪重負(fù)。設(shè)備不僅效率下降，而且基本都有安全隱患存在，主機(jī)的發(fā)熱、噪音和絕緣下降更是普遍現(xiàn)象。

調(diào)速器和勵(lì)磁設(shè)備受數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展的影響，設(shè)備的技術(shù)更新速度加快，造成原有的設(shè)備無配件更換，維護(hù)十分困難，加之更新資金短缺，不能得到及時(shí)維護(hù)的設(shè)備已危及到電站正常運(yùn)行。

3.3 安全管理與安全自動(dòng)化

小型水電站受管理體制所困，一直缺乏有效的安全管理手段，電站安全自動(dòng)化設(shè)備配置存在不到位問題，在過去的幾十年里，我國(guó)有幾萬座這樣的電站長(zhǎng)期運(yùn)行在不安全的環(huán)境下。水電站存在的安全隱患主要表現(xiàn)為：

1）低壓機(jī)組控制柜無防護(hù)措施，帶電導(dǎo)體隨處裸露，直接威脅人身安全；

2）手電動(dòng)調(diào)速器無安全防護(hù)措施，電動(dòng)操作時(shí)極易造成人員傷害；

3）同期方式簡(jiǎn)陋，電站非同期合閘事故經(jīng)常發(fā)生；

4）低壓機(jī)組水電站升壓站防護(hù)不可靠，高壓電危及人身安全；

5）低壓機(jī)組水電站機(jī)組不裝剎車裝置，停機(jī)多靠木棍剎車；

6）為了木棍剎車方便，飛輪不設(shè)防護(hù)網(wǎng)罩；

7）防雷、接地措施不到位，危及設(shè)備安全；

8）缺少科學(xué)的維護(hù)方法，影響設(shè)備的使用壽命；

9）安全技術(shù)管理不到位，缺乏有效安全管理手段；

10）信息閉塞，對(duì)新技術(shù)、新材料的了解和應(yīng)用接受緩慢。

4 小型水電站問題分析

4.1 安全技術(shù)和安全管理存在盲區(qū)

小型水電站裝機(jī)容量一般都比較小。上世紀(jì)70年代水電部分家后，由于沒有明確小型水電站運(yùn)行管理的統(tǒng)一管理機(jī)構(gòu)，全國(guó)除少數(shù)省份以外，大部分水行政部門只有水電站水能資源的管理權(quán)限，而沒有水電站運(yùn)行的管理權(quán)限，電站的運(yùn)行安全管理沒有專門的機(jī)構(gòu)去監(jiān)督，電站內(nèi)部運(yùn)行安全事故的發(fā)生沒有得到管理部門應(yīng)有的重視，有的地方存在電站安全技術(shù)管理的盲區(qū)。雖然每到汛期，水行政和安全管理部門都會(huì)到水電站進(jìn)行檢查，但其檢查的重點(diǎn)一般側(cè)重于大壩的安全度汛，而對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)備的缺失和水電站機(jī)電設(shè)備長(zhǎng)期存在的安全隱患卻未引起足夠的關(guān)注。

在我國(guó)，可以參與小型水電站運(yùn)行管理的還有發(fā)改委、經(jīng)貿(mào)委、安監(jiān)局等部門，但實(shí)際情況卻不盡然。據(jù)介紹，最近幾年小型水電站的事故發(fā)生率僅次于煤炭行業(yè)，水電站運(yùn)行管理成為燙手的山芋，誰也不愿意管。

4.2 新技術(shù)的推廣應(yīng)用嚴(yán)重滯后

小型水電站過去在技術(shù)上的投入本來就不足，在新技術(shù)的應(yīng)用方面則更為滯后。電站安全自動(dòng)化技術(shù)在小型水電站得不到推廣，使得電站設(shè)備效率低下，安全事故頻發(fā)，既浪費(fèi)了國(guó)家資源，又對(duì)運(yùn)行人員的生命構(gòu)成威脅。

小型水電站技術(shù)落后既有技術(shù)上的原因，也有管理上的原因，而從技術(shù)應(yīng)用上對(duì)安全的漠視是影響新技術(shù)推廣的主要成因。最近幾年針對(duì)電站技術(shù)裝備落后的問題，從中央到地方都做了大量工作，水利部還專門出臺(tái)了《農(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導(dǎo)意見》。在安全技術(shù)層面上，如大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)備裝設(shè)、壩區(qū)備用電源可靠性、電站安全自動(dòng)化設(shè)備的配置等都應(yīng)納入行業(yè)管理范疇，需要認(rèn)真的加以監(jiān)督。

4.3 技術(shù)人員技術(shù)觀念陳舊

基層技術(shù)人員技術(shù)觀念陳舊問題，在農(nóng)村水電行業(yè)普遍存在，也是制約小型水電站技術(shù)進(jìn)步的主要原因之一。從1976年水電分家開始，小型水電站運(yùn)行管理人員的技術(shù)水平呈逐年下降趨勢(shì)，由于沒有統(tǒng)一的技術(shù)管理部門，近30年小型水電站運(yùn)行管理人員知識(shí)更新沒有實(shí)現(xiàn)與水電技術(shù)發(fā)展同步，造成基層管理人員技術(shù)觀念陳舊，知識(shí)面狹窄，對(duì)現(xiàn)代技術(shù)的了解嚴(yán)重滯后。加上農(nóng)村水電行業(yè)信息不對(duì)稱，缺乏新技術(shù)交流互動(dòng)平臺(tái)，必然對(duì)新技術(shù)的了解和接受存在一定的障礙。

在考察中經(jīng)面對(duì)面交流，現(xiàn)任的小型水電站技術(shù)負(fù)責(zé)人普遍認(rèn)為新技術(shù)不好掌握，微機(jī)自動(dòng)化設(shè)備沒有常規(guī)設(shè)備可靠?；鶎蛹夹g(shù)人員技術(shù)觀念的陳舊和一些微機(jī)自動(dòng)化設(shè)備廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品存在不可靠、不穩(wěn)定的問題，使得新技術(shù)在小型水電站推廣應(yīng)用經(jīng)常受到抵制。

小型水電站技術(shù)人員雖然也同樣工作在缺乏安全保障的環(huán)境中，但他們對(duì)此視而不見，習(xí)以為常，自我保護(hù)意識(shí)淡薄。作為縣級(jí)水電行業(yè)的中堅(jiān)力量，市、縣級(jí)農(nóng)村水電技術(shù)人員是一龐大的技術(shù)群體，他們的技術(shù)觀念對(duì)行業(yè)的影響是巨大的。

4.4 潛在優(yōu)勢(shì)未引起重視

上世紀(jì)90年代以前建設(shè)的電站非生產(chǎn)用地面積較大，都建有完善的辦公區(qū)和生活區(qū)，比如天堂二級(jí)水電站占地面積約7萬多平方米。如何合理地利用這一潛在的優(yōu)勢(shì)，被考察電站的負(fù)責(zé)者并沒有對(duì)此引起重視。

5 水電站改造的思考與建議

1）中央和省級(jí)農(nóng)村水電主管部門應(yīng)有計(jì)劃的分期、分批組織對(duì)市、縣水電技術(shù)管理人員及水電站運(yùn)行和管理人員進(jìn)行必要的技術(shù)培訓(xùn)，組織考察、相互交流學(xué)習(xí)，更新知識(shí)、開拓眼界，推廣先進(jìn)管理理念、先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備和先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。

2） 組織專業(yè)技術(shù)力量，根據(jù)各省的特點(diǎn)認(rèn)真編制小型水電站增效擴(kuò)容改造技術(shù)文本（參考用），統(tǒng)一設(shè)計(jì)思想、統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)備配置，統(tǒng)一改造方法，盡量減少不必要的浪費(fèi)。

3）加大對(duì)小型水電站技術(shù)改造的安全技術(shù)應(yīng)用方面的審查力度，不符合安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)堅(jiān)決不予通過。

4）加大對(duì)小型水電站的設(shè)備安全檢查力度。

5） 建立設(shè)備安全淘汰機(jī)制，對(duì)存在危及人身安全隱患的設(shè)備要強(qiáng)制淘汰。

6）大力推廣新技術(shù)、新設(shè)備，對(duì)已不符合安全要求的設(shè)備可通過行政手段強(qiáng)制更換。

7）水電行業(yè)和安全主管部門要加大對(duì)設(shè)備生產(chǎn)廠家和電站的監(jiān)督力度，本著對(duì)人民負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)不具備安全可靠性的設(shè)備不容許生產(chǎn)，如：無安全防護(hù)措施的手動(dòng)電動(dòng)調(diào)速器、未通過3C認(rèn)證的控制柜。對(duì)未配置具有安全性能的剎車裝置和安全自動(dòng)化設(shè)計(jì)不完善的電站，應(yīng)堅(jiān)決不容許其投入運(yùn)行。

8）在被考察的電站大多數(shù)職工是高中學(xué)歷和中專學(xué)歷，人員素質(zhì)普遍偏低，要盡快推廣智能水電站技術(shù)，減少人為事故的發(fā)生，保障水電站的安全運(yùn)行。

9）建立激勵(lì)機(jī)制，促進(jìn)良性循環(huán)，對(duì)通過技術(shù)改造并提取足夠電站維護(hù)資金的電站，經(jīng)水行政主管部門驗(yàn)收合格的，發(fā)給電站使用證，可享受新電新價(jià)，并可獲得財(cái)政給予的適當(dāng)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助。

[1]水利部農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)督察工作組. 農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)工作調(diào)研報(bào)告[J]. 中國(guó)水能及電氣化, 2012(9): 1-6.

[2]SL193-1997 小型水電站技術(shù)改造規(guī)程[S]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 1998.

[3]陳錫芳. 水輪發(fā)電機(jī)改造增容與優(yōu)化運(yùn)行[M]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 2010.

[4]穆建軍. 小型水電站增效擴(kuò)容電氣設(shè)計(jì)問題探討[J]. 中國(guó)水能及電氣化, 2012(9): 7-11.

[5]章文裕. 低壓機(jī)組水電站現(xiàn)代化改造的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)水能及電氣化, 2012(1/2): 54-58, 63.

[6]李經(jīng)祿. 接地裝置的運(yùn)行與改造[M]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 2005.