小型水電站的自動(dòng)化改造

陳代勇

【摘 要】經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，促進(jìn)水利工程建設(shè)項(xiàng)目的增多。小型水電站在我國水電行業(yè)中占有重要的地位，其可以為社會(huì)生產(chǎn)及生活提供高質(zhì)量的電力供應(yīng)，具有較好的發(fā)電效率。在科技不斷發(fā)展的背景下，自動(dòng)化系統(tǒng)在小型水電站中也得到了良好的推廣，對小型水電站進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)改造，可以有效提升水電站運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化水平，并節(jié)省了水電站中的人力資源。從自動(dòng)化系統(tǒng)在小型水電站中的應(yīng)用情況可以看出其設(shè)計(jì)與實(shí)施所具備的綜合價(jià)值，為此必須根據(jù)水電站的運(yùn)行情況，采取適當(dāng)?shù)拇胧ψ詣?dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文就小型水電站的自動(dòng)化改造展開探討。

【關(guān)鍵詞】小型水電站;自動(dòng)化;改造

引言

要想有針對性地解決關(guān)鍵性的技術(shù)問題，就必須明確改造小型水電站的基本原則，針對技術(shù)缺陷進(jìn)行改造，這樣才能提高改造的效益，進(jìn)而提高小型水電站運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)性能與安全性能。

1小型水電站存在的問題

在眾多建成的農(nóng)村小型水電站中，存在著一大批總裝機(jī)容量從幾百千瓦到兩幾千千瓦的小型水電站。這些小型水電站大多數(shù)建成于20世紀(jì)八九十年代，已經(jīng)運(yùn)行30多年，機(jī)組設(shè)備接近使用壽命，亟待改造。這種類型小型水電站很多依據(jù)地形情況修建，電站規(guī)模較小，引水系統(tǒng)比較簡單，設(shè)備單一，接線較為簡單，整體具有以下幾點(diǎn)共性：①出線電壓低。裝機(jī)容量小，出線路不長，T接于附近的10kV農(nóng)村電網(wǎng)，不敷設(shè)單獨(dú)的送電線路。②單機(jī)容量小。為了充分的利用引水量，提高利用小時(shí)，充分利用水能，均設(shè)置多臺(tái)機(jī)組，在總裝機(jī)容量較小的情況下，單機(jī)容量必然會(huì)更小。③機(jī)組額定電壓低。為了降低成本，采用低壓機(jī)組，機(jī)組額定電壓多數(shù)采用400V。小規(guī)模的小型水電站在經(jīng)過多年的運(yùn)行，已經(jīng)在運(yùn)行過程中凸顯眾多問題，而且問題越來越嚴(yán)重，影響正常生產(chǎn)，甚至難以滿足現(xiàn)場安全運(yùn)行的要求。綜合目前的情況，主要存在下列幾個(gè)問題：①運(yùn)行人員不足。經(jīng)濟(jì)發(fā)展的浪潮下，小型水電站已經(jīng)難覓年輕人的身影，留下的一些運(yùn)行人員已經(jīng)瀕臨退休，運(yùn)行人員面臨青黃不接的狀況。②機(jī)組老化嚴(yán)重。小規(guī)模的小型水電站建造年代久遠(yuǎn)。大多數(shù)機(jī)電設(shè)備制造于20世紀(jì)八九十年代，機(jī)組老化嚴(yán)重、效率低下、影響電站發(fā)電效益，且存在眾多的安全隱患。③自動(dòng)化水平低。眾多的小型水電站還停留在手動(dòng)操作的水平，手動(dòng)開機(jī)、停機(jī)，手動(dòng)投切勵(lì)磁，手動(dòng)剎車等等，自動(dòng)化水平極其低下，電能質(zhì)量不高。④繼電保護(hù)水平低。大量的小型機(jī)組使用繼電器組成的繼電保護(hù)，這種類型的繼電保護(hù)接線復(fù)雜、故障率高、維修工作量大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上時(shí)代的發(fā)展。

2小型水電站技術(shù)改造的基本原則

小型水電站在水電資源的利用上，發(fā)揮著重要作用，其技術(shù)改造應(yīng)以水電資源的發(fā)展需要為原則：第一，應(yīng)以提高經(jīng)濟(jì)效益為原則。小水電站的技術(shù)改造需要投入一定的成本，這就需要對其改造后的經(jīng)濟(jì)利潤空間做出正確分析，在制定改造計(jì)劃的過程中，充分考慮改造成本的回收期限，以最少的改造成本，創(chuàng)造出最大的利潤。第二，應(yīng)針對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改造。各地的小型水電站中，存在的技術(shù)問題有著很大差異，在實(shí)施小型水電站的技術(shù)改造中，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)條件與運(yùn)行要求，針對電站設(shè)備運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性地采取最直接的技術(shù)手段，使技術(shù)升級(jí)最有效、經(jīng)濟(jì)效益最高。第三，應(yīng)采用可行性的技術(shù)改造策略。每一座小型水電站的運(yùn)行都有其特有的特點(diǎn)，電站技術(shù)人員對其操作最為熟悉，因此，小型水電站的技術(shù)改造應(yīng)積極征求電站技術(shù)人員的意見，邀請他們參與電站的技術(shù)改造。在改造過程中，針對電站技術(shù)人員無法解決的技術(shù)難題，提供積極的幫助。同時(shí)，組織相關(guān)技術(shù)人員觀摩技術(shù)改造，參與技術(shù)改造研究，以提升設(shè)備維修和養(yǎng)護(hù)的水平。第四，強(qiáng)調(diào)技術(shù)改造的適用性原則。不同的電站設(shè)備廠商，在設(shè)備的技術(shù)設(shè)計(jì)上也不同，功能要求同樣的設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中的技術(shù)狀態(tài)也有所不同，技術(shù)判斷的標(biāo)準(zhǔn)也存在一定差異。因此，電站設(shè)備的選擇，應(yīng)從電站的實(shí)際出發(fā)，以安全為宗旨，選擇與實(shí)際情況最適合的設(shè)備和技術(shù)，以保證電站技術(shù)改造獲得最高經(jīng)濟(jì)效益。

3小型水電站自動(dòng)化系統(tǒng)改造的分析

3.1機(jī)械設(shè)備技術(shù)改造

采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備，代替原有陳舊老化的設(shè)備。對水電站的水頭和流量進(jìn)行準(zhǔn)確的核定，從河流的實(shí)際水文情況出發(fā)，選擇技術(shù)成熟、適合流域特點(diǎn)的轉(zhuǎn)輪，保障水輪機(jī)工作效率達(dá)到最優(yōu)。根據(jù)汛期，河流泥沙增多這一普遍現(xiàn)象，選用新型轉(zhuǎn)輪，在合理范圍內(nèi)調(diào)整導(dǎo)葉型線，加大導(dǎo)葉分布圓直徑，采用有效地抗磨措施，減少砂石對機(jī)械設(shè)備的磨損，例如在轉(zhuǎn)輪葉片正面涂抹環(huán)氧金剛砂，葉片背面采用抗磨焊條堆焊，采用改性聚氨酯抗磨板等措施，延長設(shè)備運(yùn)行壽命，最終達(dá)到更新改造或增容改造的目的。

3.2完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

科技進(jìn)步在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也不斷提高對電力資源的需求，技術(shù)更新、設(shè)備更換是小型水電站的發(fā)展趨勢。而新設(shè)備的投入，需要對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行相應(yīng)的改造，新技術(shù)作用的發(fā)揮，需要對原有系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，因此，新設(shè)備的選擇，需要結(jié)合小型水電站的實(shí)際情況，在保證新技術(shù)能夠充分滿足水電站運(yùn)作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升整套機(jī)組設(shè)備的工作效率，同時(shí)，在汛期能夠較好地應(yīng)對污物與泥沙的阻塞，保證設(shè)備的良好運(yùn)行。為最大限度減小泥沙對機(jī)械設(shè)備的磨損，在選擇設(shè)備時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)械設(shè)備的耐磨性能是否良好。

3.3計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)是小型水電站自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)水電站的實(shí)際情況，對輔助功能進(jìn)行優(yōu)化及改造，可以使計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的過程中發(fā)揮更好的控制功能。但是需要根據(jù)實(shí)際情況對水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行選擇，一般情況下新建的水電站主要是以全自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主，但是在對相對老舊水電站進(jìn)行改造的過程中，通常需要使計(jì)算機(jī)和常規(guī)控制設(shè)備相結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括遙測、遙控、通信以及遙調(diào)4個(gè)功能。

3.4改造引水系統(tǒng)和水工建筑物

在進(jìn)行水電站技術(shù)改造的過程中，我們應(yīng)該針對水利工程建筑物的實(shí)際情況，制定出科學(xué)合理的方案，特別是對引水渠道、壓力管道、渠壩等存在一定的危險(xiǎn)，會(huì)影響到周圍村莊居民和土地安全，所以我們必須按照設(shè)計(jì)方案對壩體進(jìn)行加固處理，對引水渠進(jìn)行防滲處理以及其他影響到水電站發(fā)展的問題都應(yīng)該處理好。在引水渠出口位置安裝清污設(shè)備，這樣就可以減少汛期水中的植物、石子等雜物進(jìn)入到電站內(nèi)，影響電站的正常工作。此外，我們也可以在溢洪道上設(shè)置閘門，在不影響汛期的時(shí)候泄洪工作，可以結(jié)合相應(yīng)的水情，達(dá)到蓄水的目的，進(jìn)而增加發(fā)電量。

3.5消防監(jiān)控系統(tǒng)

消防監(jiān)控系統(tǒng)主要是對水電站進(jìn)行火情監(jiān)測，常設(shè)置在水電站的主廠房、副廠房以及主變區(qū)等重要部位。消防監(jiān)控系統(tǒng)通常采用火情探測器，當(dāng)有火情出現(xiàn)時(shí)，探測器就會(huì)發(fā)出一種信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過一定的處理，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，并將處理的信息通過串行通信接口與水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行通信，確定火災(zāi)的具體位置及火災(zāi)處理措施，這種異步通信的方式對于火情的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決有一定的積極作用?？傊?，水電站消防監(jiān)控系統(tǒng)不僅具有一定的監(jiān)控作用，同時(shí)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對水電站的通風(fēng)以及滅火系統(tǒng)的控制。

結(jié)語

小型水電站的改造是一項(xiàng)急需進(jìn)行的工程，通過對小型水電站的自動(dòng)化改造，在提高水電站發(fā)電效率的同時(shí)有效提高電站的運(yùn)行管理水平，減少運(yùn)行人員數(shù)量，解決人員短缺的問題。

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（作者單位：貴州萬峰電力股份有限公司）