浅议农村小水电技改

袁廉生

(重庆市江津区四面山水电有限责任公司，重庆402200)

0 引言

农村小水电是我国重点支持发展的清洁能源建设项目，它为地方经济的发展作出过重要的贡献，也为缓解当前的能源短缺尽了应尽之责。但长期以来，我国的许多水电站，特别是农村小水电站的管理效率不高，安全隐患多，可靠性差。随着小水电管理概念的普及，综合管理自动化技术的发展，特别是机组状态检修概念的提出与完善，机组负荷优化，经济运行逐渐成为小水电站管理工作的改进方向。建立对水轮发电机组的实时监测并进一步建立综合管理系统的研究工作显得日益重要。因此，农村小水电技术改造势在必行。

1 农村小水电的现状

农村小水电多数都建于上世纪七、八十年代，当时多数是乡镇企业，为节约投资，设计标准较低，在当时的年代多数都有自己的供电区域，是乡镇重要的支柱产业。但随着农村电力体制的改革，供区都收归了各县的电网公司，这些乡镇电站的命运从此转变。由于上网电价偏低，普遍都经营困难，政府随着职能的转变，纷纷将小水电转让给了私营业主。经营管理不善，安全隐患多，技术改造滞后，水力资源没有得到合理的利用，是当前农村小水电的现状。目前一般新投产的水轮机组最高效率可达90%～95%(含发电机)，而早期投产的水轮机组最高效率在80% ～86%范围，随着机组的老化、磨损的增加效率逐渐降低。为了挖掘水轮机组的内在潜力，提高发电效率，降低发电成本，延长机组寿命，必然要对早期投产的小水电进行技术改造，将效率提高到88% ～92.5%以上的标准。

2 双凤电站技改重点启示

2.1 优先选择低压机组

发电机端电压的选择直接决定着电站的投资和日常维护及运行成本。目前，国内生产的低压发电机的容量已达到1000kW，从近几年我们使用过的单机630kW、800kW发电机组来看，运行是可靠的。而高压电机不仅高压电气设备投资大，而且厂房占地大，运行值班和技术维护力量要求高。低压发电机不仅节省投资，运行值班和技术维护力量要求也相应降低，因此建议单机1000kW及以下机组选择低压机组。试举二例，合江县河上埂电站单机630kW，赤水市杨思岩电站单机800kW，均运行6年以上，设备正常。

2.2 优先选用两支点水轮发电机

两支点与四支点比较，它不仅是缩短了水轮机组的长度，(机组轴向尺寸缩小0.5～0.8m)，而且减少了传动损失，使机组效率提高0.5%左右，还提高了机组的稳定性，延长水轮机组使用寿命，减少厂房使用面积。早期投产的水轮机组多数都是四支点机组，如选用两支点机组，即使技改加大了容量，原有厂房还基本可以利用。如不增加容量，选用两支点机组后，则厂房更宽阔，有利于机组的检修和改善劳动条件。双凤电站原是四支点的机组，技改后选用了两支点机组，窄小的厂房变得宽敞。江津区白沙高洞电站，1994年改造时由于厂房的限制，选用了三台单机250kW的两支点机组，已运行17年，效果良好。

2.3 优先选用滚动轴承

早期的水轮机组多是滑动轴承，不仅多用润滑油增加了发电运行成本，而且还很容易出现高温和烧瓦事故。滑动轴承合金的浇注和加工，往往自身电站的力量不能解决，送到厂家加工不仅路途远、时间长、而且价格高。运行人员值班也很紧张，害怕因缺冷却水、缺润滑油等发生烧瓦事故。如选用了滚动轴承，不但寿命长、维护简单、值班人员特别轻松，而且厂房无漏油漏水现象，看到的是一个清洁、干燥的文明生产厂房。双凤过去两台机组都是滑动轴承，轴承经常发热带不满负荷，技改时选择了滚动轴承机组，运行情况良好。江津区白沙高洞电站也是用的滚动轴承，经17年检验，运行效果显著。

2.4 推荐选用手电两用调速器

农村小水电装机容量都比较小，手电两用调速器才几千元一台，相较液压微机调速器价格相差10倍左右。单机几百千瓦的电站中使用手电两用调速器完全能够满足开机并网、跳闸关机、运行调功方面的性能，能够达到综合自动化要求。液压微机调速器技术含量高，一般的小水电都没有技术能力维护微机液压调速器。手电两用调速器维护简单，适合农村小水电推广使用。双凤电站过去是手动调速器，技改中选择了手电两用调速器，经运行检验效果良好。

2.5 推荐选用无刷励磁发电机

无刷励磁系统与可控硅励磁系统比较，维护要简单些。早期的机组大多数是励磁发电机自励方式，整流子、滑环容易烧伤、跳弧、发热，这种励磁方式已经淘汰。但可控硅励磁在滑环上引入励磁电流较大，也容易跳弧、发热。而选用无刷励磁发电机就没有跳弧、发热这个问题，因为它没有碳刷。双凤电站过去是直流发电机自励方式，本次技改选用无刷励磁发电机，运行维护就格外轻松。

2.6 优先选用不锈钢转轮

水轮机最容易磨损，寿命最短的部件当然是转轮，它是水轮机的心脏，又是最昂贵的部件。径流电站的泥沙、酸碱和水轮机不在效率最高区运行等，都使转轮的磨损和气蚀加快。农村小水电多数都是径流电站，来多少水发多少电，多数时间都处于低效率区运行。我们通过多年的观察分析，发现转轮叶片的气蚀和磨损最严重。因此建议在技改时，为了降低造价，可选用叶片是不锈钢的转轮，价格高60%左右，但运行使用寿命则可延长3至5倍。例如新双凤电站2005年投运，两台机组原都是碳钢转轮，运行三年后大修发现转轮气蚀非常严重。我们将一台更换为不锈钢叶片转轮，另一台运到厂家修复后运行，平时水少时就开不锈钢转轮那台机，让碳钢转轮那台机长期处于满负荷运行。经几年的运行，现在的情况是不锈钢转轮那台机基本没有气蚀，碳钢转轮那台也大大放慢了气蚀的程度。这次双凤电站技改借鉴新双凤电站的经验，两台机都选择的是不锈钢叶片转轮，与全不锈钢转轮相比价格低得多，而使用寿命差不多。

2.7 小机组也应选用综合自动化

大中型水电站综合自动化使用多年技术相当成熟，江津红英桥电站2×6000kW、双凤电站 2×2000kW水轮机组，从2005年开始就使用了综合自动化，已运行7年多时间，运行稳定。现在各厂家已经开发出了用于低压水轮机组的综合自动化软件，而且价格已大大降低，各农村小水电完全可以选择使用。它将使小水电机组的操作时间缩短，可靠性增加，监测手段完善，人员编制减少，效益和效率明显提高。双凤电站就选用了综合自动化和一次电气设备同屏的一体化屏，两台机组总共才增加了九万元左右投资。

2.8 水位调功推荐使用

农村小水电大多数水头都不很高，前池水位高低对发电出力影响较大，过去多是采用浮子水位报警或电视探头等手段观测水位的高低来进行手动调节以获得最高效率。在技改中可以增加一台水位传感器，价格不高，才4000元左右，即可实现水轮机根据水位高低的自动调节，获得较高效益。双凤电站技改时就选用了水位调功，使用效果显著。

2.9 建议采用增大转轮过水流量的方式提高水轮机出力

农村小水电大多数都是径流电站，丰水期的几个月弃水较多，如采用加大机组利用洪水多发电的方式，设备投资大，利用率低，从经济角度看得不偿失。如采用增大转轮过水量增加出力的方式则效益是最好的，即在技改定货时要求生产厂家增大转轮过水量，以提高转轮出力，有些机型最高可获得20%的增长。这种方式增加技改投资少而达到增加发电量的目的，同样能达到水利部的增效20%以上要求。现在技改的电站大多采用增容的方式以达到增效目标，这种方式未必都可取。双凤电站采用的是增大转轮过水量的方式同样达到增效20%以上的目标。

2.10 技改中推荐增加手动行车

早期建设的小水电为了节约投资，多数都没有起重设备，在设备检修时极不方便，临时搭建三角架既不安全、又不方便移动使用。因此在技改中建议增加手动行车，选择手动行车与电动行车相比有几个优点:一是手动比电动价格低，节约投资;二是电站检修时间少，手动能满足使用;三是速度慢，检修使用安全;四是无证人员都可操作;五是手动不在强制检测范围，适合农村小水电使用。双凤电站技改中就增加了一台五吨的手动行车，并且在厂房一端与防洪墙等高地势地方增加了检修平台，行车延伸到检修平台上方，给水轮机组安装起吊和以后的维护检修将带来极大方便。

3 农村小水电技改的现实意义

农村小水电技改后它能让处于半死不活状态的小水电获得重生，在应对能源危机中再现活力，为节能减碳、净化人类生存条件再立新功，主要体现在几个方面。

3.1 设备生产厂家获得新生

通过技改淘汰旧的、落后的设备，让处于经营困难的水轮发电机及设备生产厂家获得生机，既为国家增加了税收，同时增加了就业机会，又积累了资本为以后的创新转型打下了基础。

3.2 提高了效率和效益

小水电通过技改选用了效率高的新机组，淘汰了效率低的旧机组，解决了过去效益低下的问题，通过选择高效率的机组和增大转轮过水量或增容等改造，普遍都增加发电量20%以上，由此带来了较好的经济效益。

3.3 延长了设备的使用寿命

早期投产的水轮发电机组，运行寿命多数都临近或结束，经过技改后大大延长了设备的使用寿命，解决了长期潜在的安全问题。

3.4 有限的水资源得到了合理的利用

通过技改，提高了小水电的水资源利用，随着上网电价的提高、发电量的增加，不仅让小水摆脱了困境，而且让小水电有能力、也愿意进行一些环境治理，适当下泄一定流量让干枯的河流润泽，让绿水长流。

3.5 可以减少值班人员编制

综合自动化的使用和设备可靠性的提高，随着定期检修向状态检修的过渡，运行值班人员编制完全可以按水利部的农村小水电站编制落实。由于人员的缩编，职工的收入可以大幅提高，养老保险等福利可以实现。

4 结语

江津老双凤电站建于70年代，装机1×320+1×200kW，经多年运行后，由投产时的250万kW时左右发电量，到技改前只有150万kW时左右发电量，2011年底开始进行技术改造，技改完成后发电量将达到250万kW时左右，增效30%左右。

通过技术改造，实现了在投资最省的原则下，提高电站的技术含量、且设备简单实用、监控完备、设备可靠、效率较高、效益较好。目前重庆市等几个省市正在进行第一批农村小水电的增效扩容改造试点，以后还要推广到全国小水电。这次技改经验将其他同行提供借鉴和帮助作用。

［1］刘天寿.官塘水电站生产效率管理系统的应用研究［D］.重庆:重庆大学，2007.