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(zé)任公司，重慶402200)

0 引言

農(nóng)村小水電是我國重點(diǎn)支持發(fā)展的清潔能源建設(shè)項(xiàng)目，它為地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出過重要的貢獻(xiàn)，也為緩解當(dāng)前的能源短缺盡了應(yīng)盡之責(zé)。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(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是機(jī)組狀態(tài)檢修概念的提出與完善，機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行逐漸成為小水電站管理工作的改進(jìn)方向。建立對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)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(shì)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(jì)七、八十年代，當(dāng)時(shí)多數(shù)是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為節(jié)約投資，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，在當(dāng)時(shí)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(yùn)從此轉(zhuǎn)變。由于上網(wǎng)電價(jià)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(dāng)前農(nóng)村小水電的現(xiàn)狀。目前一般新投產(chǎn)的水輪機(jī)組最高效率可達(dá)90%～95%(含發(fā)電機(jī))，而早期投產(chǎn)的水輪機(jī)組最高效率在80% ～86%范圍，隨著機(jī)組的老化、磨損的增加效率逐漸降低。為了挖掘水輪機(jī)組的內(nèi)在潛力，提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本，延長機(jī)組壽命，必然要對(duì)早期投產(chǎn)的小水電進(jìn)行技術(shù)改造，將效率提高到88% ～92.5%以上的標(biāo)準(zhǔn)。

2 雙鳳電站技改重點(diǎn)啟示

2.1 優(yōu)先選擇低壓機(jī)組

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

2.2 優(yōu)先選用兩支點(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)

兩支點(diǎn)與四支點(diǎn)比較，它不僅是縮短了水輪機(jī)組的長度，(機(jī)組軸向尺寸縮小0.5～0.8m)，而且減少了傳動(dòng)損失，使機(jī)組效率提高0.5%左右，還提高了機(jī)組的穩(wěn)定性，延長水輪機(jī)組使用壽命，減少廠房使用面積。早期投產(chǎn)的水輪機(jī)組多數(shù)都是四支點(diǎn)機(jī)組，如選用兩支點(diǎn)機(jī)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(diǎn)機(jī)組后，則廠房更寬闊，有利于機(jī)組的檢修和改善勞動(dòng)條件。雙鳳電站原是四支點(diǎn)的機(jī)組，技改后選用了兩支點(diǎn)機(jī)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(shí)由于廠房的限制，選用了三臺(tái)單機(jī)250kW的兩支點(diǎn)機(jī)組，已運(yùn)行17年，效果良好。

2.3 優(yōu)先選用滾動(dòng)軸承

早期的水輪機(jī)組多是滑動(dòng)軸承，不僅多用潤滑油增加了發(fā)電運(yùn)行成本，而且還很容易出現(xiàn)高溫和燒瓦事故?；瑒?dòng)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(yuǎn)、時(shí)間長、而且價(jià)格高。運(yùn)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(dòng)軸承，不但壽命長、維護(hù)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(gè)清潔、干燥的文明生產(chǎn)廠房。雙鳳過去兩臺(tái)機(jī)組都是滑動(dòng)軸承，軸承經(jīng)常發(fā)熱帶不滿負(fù)荷，技改時(shí)選擇了滾動(dòng)軸承機(jī)組，運(yùn)行情況良好。江津區(qū)白沙高洞電站也是用的滾動(dòng)軸承，經(jīng)17年檢驗(yàn)，運(yùn)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(jī)容量都比較小，手電兩用調(diào)速器才幾千元一臺(tái)，相較液壓微機(jī)調(diào)速器價(jià)格相差10倍左右。單機(jī)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(jī)并網(wǎng)、跳閘關(guān)機(jī)、運(yùn)行調(diào)功方面的性能，能夠達(dá)到綜合自動(dòng)化要求。液壓微機(jī)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(hù)微機(jī)液壓調(diào)速器。手電兩用調(diào)速器維護(hù)簡單，適合農(nóng)村小水電推廣使用。雙鳳電站過去是手動(dòng)調(diào)速器，技改中選擇了手電兩用調(diào)速器，經(jīng)運(yùn)行檢驗(yàn)效果良好。

2.5 推薦選用無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)

無刷勵(lì)磁系統(tǒng)與可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)比較，維護(hù)要簡單些。早期的機(jī)組大多數(shù)是勵(lì)磁發(fā)電機(jī)自勵(lì)方式，整流子、滑環(huán)容易燒傷、跳弧、發(fā)熱，這種勵(lì)磁方式已經(jīng)淘汰。但可控硅勵(lì)磁在滑環(huán)上引入勵(lì)磁電流較大，也容易跳弧、發(fā)熱。而選用無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)就沒有跳弧、發(fā)熱這個(gè)問題，因?yàn)樗鼪]有碳刷。雙鳳電站過去是直流發(fā)電機(jī)自勵(lì)方式，本次技改選用無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，運(yùn)行維護(hù)就格外輕松。

2.6 優(yōu)先選用不銹鋼轉(zhuǎn)輪

水輪機(jī)最容易磨損，壽命最短的部件當(dāng)然是轉(zhuǎn)輪，它是水輪機(jī)的心臟，又是最昂貴的部件。徑流電站的泥沙、酸堿和水輪機(jī)不在效率最高區(qū)運(yùn)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(shí)間都處于低效率區(qū)運(yùn)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(yán)重。因此建議在技改時(shí)，為了降低造價(jià)，可選用葉片是不銹鋼的轉(zhuǎn)輪，價(jià)格高60%左右，但運(yùn)行使用壽命則可延長3至5倍。例如新雙鳳電站2005年投運(yùn)，兩臺(tái)機(jī)組原都是碳鋼轉(zhuǎn)輪，運(yùn)行三年后大修發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪氣蝕非常嚴(yán)重。我們將一臺(tái)更換為不銹鋼葉片轉(zhuǎn)輪，另一臺(tái)運(yùn)到廠家修復(fù)后運(yùn)行，平時(shí)水少時(shí)就開不銹鋼轉(zhuǎn)輪那臺(tái)機(jī)，讓碳鋼轉(zhuǎn)輪那臺(tái)機(jī)長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行。經(jīng)幾年的運(yùn)行，現(xiàn)在的情況是不銹鋼轉(zhuǎn)輪那臺(tái)機(jī)基本沒有氣蝕，碳鋼轉(zhuǎn)輪那臺(tái)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(yàn)，兩臺(tái)機(jī)都選擇的是不銹鋼葉片轉(zhuǎn)輪，與全不銹鋼轉(zhuǎn)輪相比價(jià)格低得多，而使用壽命差不多。

2.7 小機(jī)組也應(yīng)選用綜合自動(dòng)化

大中型水電站綜合自動(dòng)化使用多年技術(shù)相當(dāng)成熟，江津紅英橋電站2×6000kW、雙鳳電站 2×2000kW水輪機(jī)組，從2005年開始就使用了綜合自動(dòng)化，已運(yùn)行7年多時(shí)間，運(yùn)行穩(wěn)定?，F(xiàn)在各廠家已經(jīng)開發(fā)出了用于低壓水輪機(jī)組的綜合自動(dòng)化軟件，而且價(jià)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(jī)組的操作時(shí)間縮短，可靠性增加，監(jiān)測(cè)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(dòng)化和一次電氣設(shè)備同屏的一體化屏，兩臺(tái)機(jī)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(duì)發(fā)電出力影響較大，過去多是采用浮子水位報(bào)警或電視探頭等手段觀測(cè)水位的高低來進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)以獲得最高效率。在技改中可以增加一臺(tái)水位傳感器，價(jià)格不高，才4000元左右，即可實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)根據(jù)水位高低的自動(dòng)調(diào)節(jié)，獲得較高效益。雙鳳電站技改時(shí)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(jī)出力

農(nóng)村小水電大多數(shù)都是徑流電站，豐水期的幾個(gè)月棄水較多，如采用加大機(jī)組利用洪水多發(fā)電的方式，設(shè)備投資大，利用率低，從經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jī)型最高可獲得20%的增長。這種方式增加技改投資少而達(dá)到增加發(fā)電量的目的，同樣能達(dá)到水利部的增效20%以上要求?，F(xiàn)在技改的電站大多采用增容的方式以達(dá)到增效目標(biāo)，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(dá)到增效20%以上的目標(biāo)。

2.10 技改中推薦增加手動(dòng)行車

早期建設(shè)的小水電為了節(jié)約投資，多數(shù)都沒有起重設(shè)備，在設(shè)備檢修時(shí)極不方便，臨時(shí)搭建三角架既不安全、又不方便移動(dòng)使用。因此在技改中建議增加手動(dòng)行車，選擇手動(dòng)行車與電動(dòng)行車相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是手動(dòng)比電動(dòng)價(jià)格低，節(jié)約投資;二是電站檢修時(shí)間少，手動(dòng)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(dòng)不在強(qiáng)制檢測(cè)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(tái)五噸的手動(dòng)行車，并且在廠房一端與防洪墻等高地勢(shì)地方增加了檢修平臺(tái)，行車延伸到檢修平臺(tái)上方，給水輪機(jī)組安裝起吊和以后的維護(hù)檢修將帶來極大方便。

3 農(nóng)村小水電技改的現(xiàn)實(shí)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(yīng)對(duì)能源危機(jī)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(gè)方面。

3.1 設(shè)備生產(chǎn)廠家獲得新生

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

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(jī)組，淘汰了效率低的舊機(jī)組，解決了過去效益低下的問題，通過選擇高效率的機(jī)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(jì)效益。

3.3 延長了設(shè)備的使用壽命

早期投產(chǎn)的水輪發(fā)電機(jī)組，運(yùn)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(shè)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(jià)的提高、發(fā)電量的增加，不僅讓小水?dāng)[脫了困境，而且讓小水電有能力、也愿意進(jìn)行一些環(huán)境治理，適當(dāng)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(dòng)化的使用和設(shè)備可靠性的提高，隨著定期檢修向狀態(tài)檢修的過渡，運(yùn)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(shí)。由于人員的縮編，職工的收入可以大幅提高，養(yǎng)老保險(xiǎn)等福利可以實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語

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

通過技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了在投資最省的原則下，提高電站的技術(shù)含量、且設(shè)備簡單實(shí)用、監(jiān)控完備、設(shè)備可靠、效率較高、效益較好。目前重慶市等幾個(gè)省市正在進(jìn)行第一批農(nóng)村小水電的增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)，以后還要推廣到全國小水電。這次技改經(jīng)驗(yàn)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(yīng)用研究［D］.重慶:重慶大學(xué)，2007.