深圳市国电旭振电气技术有限公司2014-7-1
一、农村水电发展状况分析
1 农村水电发展现状
据水利部的统计,2006年,我国农村水电总装机已达到5000万kW,约占全国水电总装机的37%,年发电量1500多亿kW?h,成为国家电力供应的重要组成部分。尽管农村水电取得了长足发展,为农村经济和社会的发展做出了巨大贡献,但农村水电技术现状令人担忧。据有关资料统计分析,全国已建成投产的小水电电站中,有70%左右是20世纪90年代以前建成的。由于受当时的设计理念和设备制造工艺水平的限制,这些小水电站的特点是:出力达不到铭牌出力、保护经常误动或拒动、自动化水平不高、制造质量差、安全生产隐患多,并且运行人员的技术水平比较低;为了保证安全生产,急需进行技术改造。农村水电的技术现状不能适应现代新技术的发展要求,也不能充分发挥农村水电应有的经济效益和社会效益。自90年代中期开始,小型水电站陆续实施计算机监控和自动化改造。目前,全国1000～50000kW的电站近6000座,实现无人(少人)值班的不到300座,仅占5%。2003年4月,水利部颁布了《农村水电技术现代化指导意见》,目的是“明确今后一段时间农村水电行业技术发展的方向,规范、指导农村水电行业做好技术进步工作”,以加快农村水电现代化建设步伐。该文件对农村水电技术现代化的指导思想、基本原则和总体目标都作了具体的、详细的规定。
2 机组运行中存在的问题
许多电站所用的机电设备甚至是五六十年代的产品,同现在的设备相比,普遍存在性能差、运行效率低、噪音大等特点,有的还是国家明令禁止使用的淘汰设备。
211水轮机的选型有问题
我国早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供选择的转轮型号少,不少中小型水电站只能“套用”相近转轮,因而机组性能参数偏离电站实际运行参数。对中小型水电站水轮机选型设计,有的地方管理部门不太重视,有的设计单位不够认真或水平不够,使得一些水电站的水轮机转轮直径、额定水头或额定转速选择不当,造成机组性能参数与电站实际运行参数不匹配。有些水电站建成后,其实际的来水量或水头等水文数据与设计资料不符,以致选用的水轮机性能参数与电站实际运行参数不适应。
这些情况都会导致水轮机偏出最优工况区运行,造成机组运行效率低、耗水量多、振动、噪声大及发电损失大,使水轮机使用寿命大大缩短。
212水轮机设计水平较差,制造加工工艺达不到要求我国1964年颁布的水轮机模型转轮系列型谱中ZZ460、ZZ560、ZZ587、ZZ600、HL123、HL263、HL365、HL638、HL702等型号的水轮机转轮,有的至今仍在使用。这些转轮相当于国外三四十年代的技术水平,其主要性能指标(单位流量Q11、单位转速n11及模型效率ηm)都比较低。有些小型水电站的水轮机加工质量差、缺陷多、长期带病运行、出力不足、安全可靠性差。
213水轮发电机绝缘老化,推力轴承和水导轴承可靠性低有些中小型水电站的水轮发电机因运行年代长,定子、转子的绝缘已严重老化,容易引发接地故障,威胁机组安全运行。由于制造或安装质量较技术改造SMALLHYDROPOWER2007No3,TotalNo135差,水轮发电机的推力轴承和水导轴承可靠性低,常发生烧瓦事故。
214多泥沙河流上的水轮机磨损和气蚀破坏严重据不完全统计,我国中小型水电站中,约有1Π3的水轮机存在空蚀和泥沙磨损问题,导水叶和水轮机进水阀严重漏水,有的甚至难以正常开、停机。有的水轮机转轮叶片发生严重裂纹或断裂,不能保证安全运行。
215水轮机与发电机不配套有些中小型水电站水轮机的输出功率大于发电机额定容量,形成“大马拉小车”,大大限制了机组出力。也有的水电站发电机容量大于水轮机出力,形成“小马拉大车”,既浪费了设备容量,也增大了运行损耗。
216保护装置比较落后,自动化水平不高早期建成的小水电,由于受当时二次保护发展的技术水平限制和资金的不足,导致发生故障或事故的时候保护误动或拒动,这对安全生产造成威胁;有时还会损坏设备,造成巨大的经济损失。另外,小水电的运行人员技术水平比较低,经常会误操作。
217水轮机调速器性能比较落后水轮机调速器性能比较落后,静特性差,磨损严重,运行死区大,动作不灵活,无法保证机组安全稳定运行。
二、中小型水电站改造建议方案
深圳市国电旭振电气技术有限公司技术部 曹工
1、概述：
现时很多水电站建站至今已有很长的历史，水工建筑设施和发电机组机电控制设备已经残旧老化。时至今日，电站设备出现故障时采取“头痛医头，脚痛医脚”的办法进行处理，无法从根本上解决问题，只会让问题更加严重。因故障停机维修的事经常发生，对电站造成更大的经济损失。另外，设备自动化程度低，不当操作极易引起的设备损坏。所以必须对相关设备进行更新换代，大幅度提高电站的自动水平，目的是要保证电站设备和值班人员的安全，提高经济效益。
2、水电站水工建筑设施、机电设备改造指导思想（要求）：
① 通过对水工设施的改造（尾水、引水渠道等）增加运行水头或来水量；
② 对已经淘汰的电气元件、材料不予采用；
③ 电站的配电屏的备件、材料做到通用，以减少不必要的浪费；
④ 尽量自动化元件，方便运行人员操作和检修，选用足够大容量的设备；
⑤ 发电机励磁系统应做到无人值守，全自动运行，可防止因无功搭配不当被供电部门扣罚。
⑥ 所有操作控制要求一个人在控制屏前完成（其他人作监护）。大大降低工人的劳动强度，减少误操作的发生。
3、新型水轮发电机组控制设备自动化控制解决方案：
首先最低要求机组装设“手电两用调速器”，有条件的应装设数控调速器，实现机组自动控制。
①、 并网过程全自动，不用人工调整。装设自动控制装置，并网机组启动后通全自动控制机组转速（频率）、电压，并自动将发电机并网运行。
②、 保证电网失压时电站用电正常，发电机跳闸后频率稳定，电压不变。当出现机组电气事故或电网失压时，自动控制装置能自动关小调速器，尽量维持发电机转速在50HZ左右，发电机跳闸后电压能稳定在允许范围，为自动控制装置、自动调速器及电站用电提供电源。
③、 使用按钮电动开机、停机。
4、 GDX系列微机智能励磁控制无人值守励磁系统。励磁系统全数字控制，一经启动，全程无人值守运行：
⑴、发电机起励后能自动跟踪电网电压；
⑵、并网后自动按设定的功率因数值运行；
⑶、跳闸后电压自动回复到设定值，防止过电压；
⑷、自动识别停机过程并进行灭磁控制，灭磁频率可由用户根据机组的实际情况设置；
⑸、“单机运行”运行时自动按设定电压运行，能保持发电机电压恒定；
⑹、发电机过电流时自动减少励磁，防止发电机过电流；
5、 数控保护装置：智能识别发电机单机运行或并网运行状态，对不同的运行状态进行不同的处理。
单机运行：过电压保护功能、防止飞车保护功能
并网运行：过电压保护功能、高频或低频保护功能、过电流保护功能、短路保护功能。
孤立小电网并机运行：电压恒定功能、无功负荷合理分配。
国电旭振研发生产的无人值守励磁装置、微机准同期控制器、微机保护装置、GDXZ系列微机综合自动化控制屏和小水电自动化改造解决方案，将一如既往的保质保量，为国家农村小水电站提供优质的服务。
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