山區(qū)農(nóng)村小水電站設計因素探析

□何永光（貴州畢節(jié)地區(qū)機械化施工隊）

結合多年來從事的農(nóng)村水電規(guī)劃、設計、建設、管理等方面的工作，對農(nóng)村小水電站的電氣測量、同期裝置、保護裝置設計等方面存在的問題，以及對山區(qū)農(nóng)村小水電站在設計方面的影響作一初步探討。

1.農(nóng)村小水電及其特點

1.1 農(nóng)村小水電

現(xiàn)階段我國所謂的“農(nóng)村小水電”，一般是指分布在廣大農(nóng)村地區(qū)，依靠自然水資源，在中小河流上，借助自然落差或人工增加的落差，由地方政府或集體、或個人集資興建與經(jīng)營管理的水電站，其規(guī)模一般在5萬kW以下，屬配套地方供電電網(wǎng)系統(tǒng)。

1.2 農(nóng)村小水電特點

農(nóng)村小水電站，以水網(wǎng)密布、自然雨水充沛的中南、華南和西南部居多，且多分布在人煙稀少的山區(qū)，東北和西北地區(qū)、華北平原相對較少。在這些山區(qū)，人稀地廣，居民用電負荷分散，如果用大電網(wǎng)覆蓋，一是財力上很難實現(xiàn)，二是資源上嚴重浪費。而且，如果擬采用大電網(wǎng)供電，其長距離的輸送線路，也給電力供應部門在資金籌措及線路架設、維護等方面帶來很多困難，實現(xiàn)的難度可想而知。所以，山區(qū)農(nóng)村小水電，可以有效補充大電網(wǎng)的這一不足。

農(nóng)村小水電資源具有如下特點：建設規(guī)?？梢虻刂埔?、因環(huán)境制宜、因條件制宜，投資省、工期短、見效快。供電系統(tǒng)僅服務于本地區(qū)，可就地成網(wǎng)、就近供電，供電成本低，適合國家、地方、集體、企業(yè)甚至個人等以各種投資形式進行開發(fā)。小水電站分散在廣大山區(qū)或農(nóng)村，可吸收廣大山區(qū)和農(nóng)村的剩余勞動力就業(yè)，帶動和促進落后地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。作為全國水電資源的后備力量，在電力整體結構調(diào)整和規(guī)劃中，具有不可忽視的戰(zhàn)略地位。小水電在生產(chǎn)過程中，不排放溫室氣體和有害氣體，符合可持續(xù)利用和可持續(xù)發(fā)展原則。

2.裝機容量確定

由于小水電站規(guī)模較小，位置分散，工程比較簡單，因此具有因地制宜，就地取材，經(jīng)濟實用的特點。小型調(diào)節(jié)水庫的引水渠道，電站前池，壓力水管，電站廠房水輪發(fā)電機等建筑物，多選擇當?shù)夭牧闲藿?，以降低工程造價。例如小型攔河壩多采用土壩、堆石壩、漿砌石壩、砌石拱壩、雙曲拱壩、碾壓混凝土壩等當?shù)亟▔尾牧弦子讷@得的壩型。壓力水管常采用木制水管、鋼筋混凝土管、預應力鋼筋混凝土管、鋼管等。對于小水電的裝機容量問題，行內(nèi)持不同看法的頗多，各個國家、各個地區(qū)，不同的人文歷史、不同的發(fā)展時期、不同的科技背景，甚至不同的地域經(jīng)濟條件等，都可能在裝機容量上有不同的要求，所以，總的來說，應視國情和實情而定。

因此，實施小水電代燃料工程的關鍵是低廉的電價。實施小水電代燃料工程的難點在于合理的體制。為保證代燃料電站能夠持續(xù)穩(wěn)定地為廣大山區(qū)用戶和農(nóng)民用戶提供廉價的電力，切實為農(nóng)民的生活、農(nóng)村的建設、農(nóng)業(yè)的發(fā)展服務，那么，就需要從根本上采取有效措施，如：實行小水電的所有權、使用權、經(jīng)營權分立，建立相互制約體制，就是一種行之有效的辦法。這種體制的核心點有3個：第一，所有權屬于國家。國家授權給省級水行政主管部門作為國家出資人代表，行使相關的責任，承擔相關的義務。第二，使用權屬于使用電能的農(nóng)民，農(nóng)民有用電的權利和按代燃料電價繳交電費的義務，但對電站及其資產(chǎn)沒有所有權和處置權。第三，經(jīng)營權屬于通過市場招聘的經(jīng)營者。經(jīng)營者負責電站的經(jīng)營管理，只能享有合同約定的勞務收入，此外的任何經(jīng)濟的和物質(zhì)的攫取，都是非法的。為了使這種體制切實有效運轉，應相應地組建有地方政府、水行政主管部門、用戶代表等組成的管理機構，負責協(xié)調(diào)和監(jiān)督并處理出現(xiàn)的問題。

3.水輪發(fā)電機組選擇

在小水電發(fā)達地區(qū)，有20%的農(nóng)產(chǎn)，可以用季節(jié)性電能做飯燒水。照此計算，每人每年需要用電約200°，每人需要電源100W，可按照國標GB／T15659-1995確定水輪發(fā)電機組并組織實施。實施時要注意和考慮的問題包括電源布點、網(wǎng)絡布局、負荷發(fā)展、電力電量平衡、人均年用電量、戶均年生活用電量、通電面、用電保證率、以電代柴、水土保持、降損節(jié)能、科技進步、生態(tài)保護等多項技術經(jīng)濟指標和要求，由此，農(nóng)村的電氣化建設，結合小水電的開發(fā)利用，就既可以解決用電問題，又能把資源優(yōu)勢轉變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢。

確定水輪機的安裝高程，是一項技術性很強的工作，但原則只有一條，即不能超過水輪機允許的最大吸出高度。

4.農(nóng)村小水電站的設計

4.1 規(guī)劃流域規(guī)劃內(nèi)容包括對大江大河，重要支流，特定河段的規(guī)劃和本地區(qū)的綜合發(fā)展規(guī)劃(戒以發(fā)電為重點的規(guī)劃)。在規(guī)劃工作中，一定要做到統(tǒng)籌兼顧，全面安排，統(tǒng)一開發(fā)的方針，經(jīng)過技術經(jīng)濟論證，確定總體規(guī)劃布局，并擬定近遠期工程目標。4.2項目建議書對推廣的建設項目，進一步從技術經(jīng)濟和建設條件等方面，研究并論證其可行性，提出項目建議書，經(jīng)有關主管部門批準后，才能進行下一步工作。

4.3 設計任務書在批準的項目建設書基礎上，深入進行可行性研究，對工程建設的目的、任務、原則、規(guī)模、資料依據(jù)、經(jīng)濟社會效益、投資和建設期限等進行闡述。待批準后才能進行下一步工作。

4.4 設計包括初步設計、技術設計和施工設計3個階段。初步設計主要對工程總體布置，主要建筑物的型式、尺寸的確定，對裝機容量、機型、機組數(shù)目、電氣主接線和電氣設備進行選擇，確定施工方案，主要建筑物施工方法，工程總進度，施工總平面圖，對外交通方式，所需施工機械設備，建筑材料數(shù)量，勞動力數(shù)量，施工供水、供電，提出工程總概算。

4.4.1 預測建筑物使用過程中可能發(fā)生的問題，以便在設計中采取適當?shù)募夹g措施，使建筑物在運轉中安全可靠，對于小型水電站，工程地質(zhì)勘察的方法是野外觀測和挖試坑。通過野外對巖石的天然露頭、地貌等現(xiàn)象的觀測，并挖坑、挖槽、挖平洞等，人可直接下坑觀察各種地質(zhì)現(xiàn)象，如巖層分界線、斷層破碎帶的位置和風化裂隙帶的深度等。在有條件的情況下，可選取原狀巖樣進行試驗，從而獲得設計有關數(shù)據(jù)，壩址主要是防止壩基的不均勻沉陷和滑動的問題，不均勻沉陷將會導致建筑物的破壞或運轉不正常。不均勻沉陷的原因往往是建筑物的地基不是巖石基礎，或是破碎的巖基和幾種不同種類的巖石構成的地基。如某攔河壩原擬修建條石單拱壩，經(jīng)地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)壩址右岸為頁巖，左岸為土基，故改為兩孔條石連拱壩，并將左岸土基挖深，以便加深基礎，并將支墩中部沿水流方向(即頁巖與土基交界處)設通縫，以適應可能發(fā)生的不均勻沉陷。壩沿地基滑動的原因，一般說來兩種土壤的結合面是最易滑動的，或地基中夾有粘土層、流砂層及其他易滑夾層。

4.4.2 渠道及前池主要是邊坡穩(wěn)定及滲漏問題。引水渠道和前池往往修建在山坡上，當山坡陡峻或山坡有易滑的夾層，或巖石很破碎時，在其上如又開挖了渠道斷面，這時就易發(fā)生塌方或滑坡。這個土斜坡由不同種類的傾斜土層組成，又由于土層是向外傾斜的，當遇雨水后，斜向的粘土層(不透水土層)就成了一個滑動體，都是沿這個滑動面滑下去的，如果土層是向內(nèi)側傾斜的，就比較穩(wěn)定。當坡陡時，就應削坡或修擋土墻；對于易滑的夾層，應盡量避開或修擋土墻擋住易滑的斜坡。

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