湖北省小型水电站增效扩容改造前期调查分析

尹 刚

（湖北省地方水电公司，湖北 武汉 430070）

中国是世界上最早利用水能发电的国家之一。在我国电力发展初期，水电起到了举足轻重的作用，特别是在山区，小型水电站的建设促进了山区县域经济的发展。几十年来，小型水电站不仅帮助国家电网解决了大电网延伸不到的区域的用电问题，还为山区县提供了大量的税收和就业，但自身的发展却没有得到应有的重视。小型水电站缺乏必要的维护和易损易耗件的定期更新、更换，很多电站长期带病运行至被迫退出运行。

目前，我国已建成小型水电站有4万5千余座，急需改造的有5千7百座，由于建设时间的不同，机电设备的生产水平和分配制度的差异，存在的问题也各不一样。为了科学地进行改造，合理地使用国家有限的资金，实现增效、节能、安全、环保的目的，笔者在全国各地做了大量的调查研究工作，本文仅以湖北省的调研成果作为分析依据。

1 小型水电站考察

根据《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》（中发［2011］1号）、《中华人民共和国可再生能源法》、《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》（财建[2006]237号），财政部从可再生能源发展专项资金中专门安排部分资金支持农村水电增效扩容改造工作，在水利部和财政部的主导下，小型水电站增效扩容改造工作正式启动。

为保证小型水电站增效扩容改造工作取得理想效果，湖北省在试点工作启动前专门组织对部分电站进行了实地考察和调研，取得了第一手资料。按水利部要求，1995年以前投产的电站方可列入增效扩容改造，湖北省符合水利部增效扩容改造年代要求的电站有600余座，且多为80年代以前建设，运行时间大部分已达30年。由于中华人民共和国成立后，湖北省建设小型水电站是从黄冈地区麻城县（大坳电站）开始，本次调研重点考察鄂东地区。共考察英山县占河三级水电站（70年代）、红花水电站（80年代），罗田县天堂二级水电站（70年代）、天堂三级水电站（80年代）、天堂四级水电站（80年代），团风县响水潭一级水电站（2009年改造）、张家河水电站（80年代），通山县的九宫山五级水电站（80年代）、六级水电站（70年代）、七级水电站（70年代）、望江岭水电站（80年代）和新桥水电站（90年代）。

被考察的电站按形式分为坝后式、河床式和引水式，按机组的形式分为混流式、轴流式、水斗式和斜击式，按发电机机端电压分为高压机组和低压机组，基本涵盖了各种类型的小型水电站，具有较完整的代表性。

2 小型水电站现状

上世纪50年代制订的《全国农业发展纲要》提出：“凡是能够发电的水利工程，应当尽可能同时进行中小型的水电建设，以逐步解决农村用电要求”。根据当时的需求，湖北省各地结合兴建水利工程，建造了一大批小型水电站。

湖北省鄂东地区是《全国农业发展纲要》最早的受益区，其小型水电站多建于上世纪90年代以前，电站运行大多超过30年。由于体制和管理思想的约束，设备配置差异较大，运行管理水平参差不齐。由于维护经费很难到位，设备得不到应有的维护，使得机电设备过早老化，安全事故频繁发生，部分电站已退出运行。

2.1 主机部分

我国上世纪80年代前投运的水电站，不仅受建设资金短缺的影响，还受整体机械制造水平和机电设备设计能力的制约，小型水电站水轮机、发电机使用不合理和配套不完善的事件经常发生，很多电站的实际出力一开始就达不到设计要求。在被考察的电站中，主机设备出力不足、发电用水浪费现象普遍存在，而且十分严重。当年在电站的建设设计中力求设备简单、造价低廉，给电站后期的运行留下了许多安全隐患，有些简化严重制约了电站效率的提高和自动化技术的实现。

改革开放以来，为了解决电站主机设备出力不足、效率不高的问题，在近20年的时间里，一些地方的水利主管部门通过自筹资金，对上世纪建设的部分电站进行了局部改造。遗憾的是在这一轮的改造过程中，由于管理观念问题，重点放在更换转轮和自动化改造方面，而对主机已经存在多年的跑、冒、滴、漏问题，特别是对机组温度过高、噪音过大等问题没有加以重视，对自动化元件的改造也未能同步进行。

2.2 调速器部分

上世纪80年代前投运的水电站，调速方式多种多样，主要有全手动调速器（俗称手动操作器）、手动电动调速器（俗称手电操）、机械和电液常油压全自动调速器、微机常油压调速器（多为对电液转换部分进行局部改造）。在对全国的水电站考察中发现，全手动调速器和手动电动调速器使用较多，常油压全自动机械调速器、常油压全自动电液转换调速器、常油压微机调速器和微机高油压调速器使用较少。而在湖北省东部地区的水电站中，常油压全自动机械调速器、常油压全自动电液转换调速器、微机常油压调速器和微机高油压调速器使用较多，这在全国是不多见的，从这点也可以看出，鄂东地区小型水电站过去对电网的重要支撑作用。

2.3 自动化元件部分

自动化元件是水电站自动控制的关键基础设备，也是实现现代化管理的必备设备。在被考察的水电站中，普遍存在自动化元件配置不完善现象，单机500kW以下的低压机组水电站基本不配自动化元件，只有少数水电站配有示流或温度传感器，但机组已配套的测温元件大都不能正常使用。

一些配置了基本自动化元件的高压机组水电站，由于水工建筑物质量低劣，水工建筑物和主机都存在渗漏水问题，在此恶劣的运行环境下，自动化元件根本无法正常运行，形同虚设。这些现象在新建的小型水电站也同样存在。

2.4 辅助设备部分

由于考察的基本是国有水电站，高压机组在辅助设备的投入比较大，设备配置一般比较完善，但也都年久失修，不能可靠运行，能耗也较大。而低压机组则不尽人意，辅助设备的配置十分简单，刹车多采用手油泵制动器，很多电站甚至不装刹车制动器，习惯自然停机或靠木棍刹车；进水阀多以手动操作为主，在已做局部改造的水电站一般都加装了阀门电动机构，但由于阀门电动机构选型不合理，容易造成阀门的过关和过开，威胁阀体的安全。有不少水电站在阀门厂的误导下，以为问题的原因是电动机构设计不合理，从而选择采用液压机构，加大了能耗和管理成本。

2.5 控制保护部分

除罗田天堂二级、四级水电站和团风响水潭一级水电站已对控制保护设备进行了微机化改造外，其它水电站仍继续采用常规电磁式控制、保护装置，有相当一部分电站还在使用阿城继电器厂生产的仿苏产品——最老式的黑壳继电器，这种产品已根本无法采购到配件。

2.6 操作电源部分

操作电源是为控制、信号、测量回路、继电保护装置、安全自动装置和断路器的运行和操作提供可靠的工作电源。在小型水电站设计中，对厂用电的设计并没有要求十分可靠，操作电源的选配也一直都是遵循可有可无的原则，其配备更是多种多样。但这次被考察的电站基本都配有完善的直流操作电源。

2.7 安全及安全自动化部分

在小型水电站设计过程中，电站安全运行问题从未得到足够的重视，这里面既有设备安全问题，也有人身安全问题。小型水电站的安全设备技术研发一直十分落后，例如：没有专用的具有一定防护等级的控制、保护屏，电站使用的常规控制柜至今还大量采用无安全防护等级的开启式结构，低压机组水电站的新、老低压成套控制设备均未经过国家3C认证。

在安全自动化方面，电站的设计基本没有认真的考虑过。例如：手电动调速器取代手动调速器，虽然解决了自动开停机问题，但人身安全防护和机组的过调问题却没有得到有效解决。这些电站自动刹装置的应用都不在设计应考虑之列，电站的安全自动化设计几乎就是空白。

2.8 通信部分

通信手段十分落后，很多电站设计时就没有考虑专用的电力通信，特别是10千伏上网的电站，没有专业的通信设备。由于电站与调度的交流是利用电信公网市话作为通信手段，所以电力调度命令难以及时到达。

3 小型水电站存在的安全隐患

3.1 水工建筑物的安全监测

我国水工建筑物的安全监测起步较晚。上世纪建设的水电站，由于没有配套的相关规范，电站在建设时都没有考虑在水工建筑物中埋设安全监测设备。本世纪建设的水电站，因为建设管理缺失，虽然在水工建筑物中埋设了安全监测设备，但埋设方法不正确，已埋设的很多传感器在施工中就已经损坏，保留的大多不能正常工作。虽然国内曾发生过多起水电站垮坝事故，因小型水电站电站库容小，造成的危害不大，并没有引起管理部门对电站水工建筑物的安全监测真正重视。

3.2 主机及辅助设备

上世纪80年代前建设的水电站，主机及辅助设备经过几十年的运行，在陈旧的管理理念和资金问题的约束下，设备长期得不到科学的维护和保养，连续使用寿命在50年以上的主设备，实际运行不到30年就不堪重负。设备不仅效率下降，而且基本都有安全隐患存在，主机的发热、噪音和绝缘下降更是普遍现象。

调速器和励磁设备受数字技术快速发展的影响，设备的技术更新速度加快，造成原有的设备无配件更换，维护十分困难，加之更新资金短缺，不能得到及时维护的设备已危及到电站正常运行。

3.3 安全管理与安全自动化

小型水电站受管理体制所困，一直缺乏有效的安全管理手段，电站安全自动化设备配置存在不到位问题，在过去的几十年里，我国有几万座这样的电站长期运行在不安全的环境下。水电站存在的安全隐患主要表现为：

1）低压机组控制柜无防护措施，带电导体随处裸露，直接威胁人身安全；

2）手电动调速器无安全防护措施，电动操作时极易造成人员伤害；

3）同期方式简陋，电站非同期合闸事故经常发生；

4）低压机组水电站升压站防护不可靠，高压电危及人身安全；

5）低压机组水电站机组不装刹车装置，停机多靠木棍刹车；

6）为了木棍刹车方便，飞轮不设防护网罩；

7）防雷、接地措施不到位，危及设备安全；

8）缺少科学的维护方法，影响设备的使用寿命；

9）安全技术管理不到位，缺乏有效安全管理手段；

10）信息闭塞，对新技术、新材料的了解和应用接受缓慢。

4 小型水电站问题分析

4.1 安全技术和安全管理存在盲区

小型水电站装机容量一般都比较小。上世纪70年代水电部分家后，由于没有明确小型水电站运行管理的统一管理机构，全国除少数省份以外，大部分水行政部门只有水电站水能资源的管理权限，而没有水电站运行的管理权限，电站的运行安全管理没有专门的机构去监督，电站内部运行安全事故的发生没有得到管理部门应有的重视，有的地方存在电站安全技术管理的盲区。虽然每到汛期，水行政和安全管理部门都会到水电站进行检查，但其检查的重点一般侧重于大坝的安全度汛，而对大坝安全监测设备的缺失和水电站机电设备长期存在的安全隐患却未引起足够的关注。

在我国，可以参与小型水电站运行管理的还有发改委、经贸委、安监局等部门，但实际情况却不尽然。据介绍，最近几年小型水电站的事故发生率仅次于煤炭行业，水电站运行管理成为烫手的山芋，谁也不愿意管。

4.2 新技术的推广应用严重滞后

小型水电站过去在技术上的投入本来就不足，在新技术的应用方面则更为滞后。电站安全自动化技术在小型水电站得不到推广，使得电站设备效率低下，安全事故频发，既浪费了国家资源，又对运行人员的生命构成威胁。

小型水电站技术落后既有技术上的原因，也有管理上的原因，而从技术应用上对安全的漠视是影响新技术推广的主要成因。最近几年针对电站技术装备落后的问题，从中央到地方都做了大量工作，水利部还专门出台了《农村水电技术现代化指导意见》。在安全技术层面上，如大坝安全监测设备装设、坝区备用电源可靠性、电站安全自动化设备的配置等都应纳入行业管理范畴，需要认真的加以监督。

4.3 技术人员技术观念陈旧

基层技术人员技术观念陈旧问题，在农村水电行业普遍存在，也是制约小型水电站技术进步的主要原因之一。从1976年水电分家开始，小型水电站运行管理人员的技术水平呈逐年下降趋势，由于没有统一的技术管理部门，近30年小型水电站运行管理人员知识更新没有实现与水电技术发展同步，造成基层管理人员技术观念陈旧，知识面狭窄，对现代技术的了解严重滞后。加上农村水电行业信息不对称，缺乏新技术交流互动平台，必然对新技术的了解和接受存在一定的障碍。

在考察中经面对面交流，现任的小型水电站技术负责人普遍认为新技术不好掌握，微机自动化设备没有常规设备可靠。基层技术人员技术观念的陈旧和一些微机自动化设备厂家生产的产品存在不可靠、不稳定的问题，使得新技术在小型水电站推广应用经常受到抵制。

小型水电站技术人员虽然也同样工作在缺乏安全保障的环境中，但他们对此视而不见，习以为常，自我保护意识淡薄。作为县级水电行业的中坚力量，市、县级农村水电技术人员是一庞大的技术群体，他们的技术观念对行业的影响是巨大的。

4.4 潜在优势未引起重视

上世纪90年代以前建设的电站非生产用地面积较大，都建有完善的办公区和生活区，比如天堂二级水电站占地面积约7万多平方米。如何合理地利用这一潜在的优势，被考察电站的负责者并没有对此引起重视。

5 水电站改造的思考与建议

1）中央和省级农村水电主管部门应有计划的分期、分批组织对市、县水电技术管理人员及水电站运行和管理人员进行必要的技术培训，组织考察、相互交流学习，更新知识、开拓眼界，推广先进管理理念、先进技术、先进设备和先进设计方法。

2） 组织专业技术力量，根据各省的特点认真编制小型水电站增效扩容改造技术文本（参考用），统一设计思想、统一技术标准、统一设备配置，统一改造方法，尽量减少不必要的浪费。

3）加大对小型水电站技术改造的安全技术应用方面的审查力度，不符合安全生产标准的设计坚决不予通过。

4）加大对小型水电站的设备安全检查力度。

5） 建立设备安全淘汰机制，对存在危及人身安全隐患的设备要强制淘汰。

6）大力推广新技术、新设备，对已不符合安全要求的设备可通过行政手段强制更换。

7）水电行业和安全主管部门要加大对设备生产厂家和电站的监督力度，本着对人民负责的态度，对不具备安全可靠性的设备不容许生产，如：无安全防护措施的手动电动调速器、未通过3C认证的控制柜。对未配置具有安全性能的刹车装置和安全自动化设计不完善的电站，应坚决不容许其投入运行。

8）在被考察的电站大多数职工是高中学历和中专学历，人员素质普遍偏低，要尽快推广智能水电站技术，减少人为事故的发生，保障水电站的安全运行。

9）建立激励机制，促进良性循环，对通过技术改造并提取足够电站维护资金的电站，经水行政主管部门验收合格的，发给电站使用证，可享受新电新价，并可获得财政给予的适当经济补助。

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