中小型水电站机电设备改造设计项目若干问题探讨

金莉

摘要：随着我国社会经济的不断发展，对电力的需求已经变得愈发紧张，随着火力发电、风力发电相继投入使用，水电站的开发也在加快发展当中，而在这其中，中小型水电站逐渐成为水力发电的重要部分。中小型水电站是区域电力供应的重要基础，在这一过程当中，机电设备改造设计直接关系到整个水电站的正常运行。在中小型水电站机电设备改造设计项目中，必须本着实事求是的原则，兼顾经济性与合理性，优化水电站的机电设计方案，最终保证整个水电站的正常、稳定运行。

关键词：水电站；机电设备；改造；设计

一、概述

水电站机电设备在实际运行当中会面临很多复杂的问题，而且设备的技术指标与复杂程度也不容忽视，因此在水电站机电设计过程当中，一方面必须严格遵守国家相关技术规范，遵守国家法律，另一方面要综合考虑水电站的实际情况，结合水头、流量、出力保证率等参数，经过方案比选后选择出最适合的机电设备，最终保证整个水电站的正常、稳定运行。

二、水电站机电设备改造中存在的问题

1.水轮发电机组部分

由于中小型水电站盈利能力较差，因此在最初建设的时候，往往会面对资金不足的问题，导致选择的机电设备并不匹配，很多水轮机长期不能在最优工况下运行，水轮机组转轮叶片遭到很严重的磨损；而部分水轮机导叶间隙过大，在正常停机的时候漏水很严重，结果导致宝贵的水资源白白浪费，直接影响到了水电机组的发电量。

2.调速器部分

水轮机调速器问题。在中小型水电建造的过程当中，大多使用的调速器为以下两种，即电液调速器和机械离心飞摆式调速器，而这两种调速器也都存在着各自的问题。

第一，电液调速器问题。此调速器在使用过程当中对于工作环境的清洁度要求很高，对液压油的油质清洁度的要求不能有丝毫的水分和杂志，否则将会造成调速器失灵，水轮发电机组失控，严重的甚至造成机组事故，造成严重的经济损失和人身安全。另一方面，电液调速器在工作当中为了提高速动性，从而处于动平衡状态，调速器的工作油压会被电液转换器消耗，这种状况导致的直接结果就是极大地增加了设备的维护量和能源的消耗，这也成为了此种调速器最大的缺点。模拟电液调速器，在如今已经步入了信息时代的同时，但却并没有计算机通讯接口，从而不能和计算机之间进行通讯控制，也不能进行计算机自动控制，在步入“无人化、自动化”的过程中遇到了很大的阻碍。

第二，机械离心飞摆式调速器问题。此类调速器具备机械式工具的固有缺点，由于机械零件的数量很多，所以在运转当中便需要机器内部的机械杠杆的配合、转动套和针塞间隙的存在，由于大量机械设备的延时和磨损，所以导致其反应速度偏慢、灵敏度不够等，此外，在开关机的时候，此类调速器浪费的时间也比较长，而且易造成机组过速飞车，给水轮发电机组造成危害。

三、相关技术改造发展方向

1.水轮发电机组的设计和优化

众所周知，在水轮机组的工作过程当中，最为常见的问题就是各种机械设备的磨损和腐蚀问题，而导致这些问题的原因当中，水轮机组的不合理设计往往是第一因素，因此，在最初步的设计规划当中如何完善水电站的机电设计成为了保证后续工作平稳运行的重要因素。

由于各地的实际情况不同，所以在最初的机电设计环节应当更加着重于对实际情况的调研，重点考虑的因素有水流、季候变化和水轮机组的适配问题。水轮机的气蚀问题一直是不可避免的问题，而其中则设计到机组并网的问题。因此，在最初设计的时候，应该将水电站所处的环境进行分析，考虑到春秋两季进入汛期的原因，所以应该制定水轮机转轮的更换适配规定，在汛期来临之际，更换导叶，同时调整导叶的开度，一般一般水轮机的最高效率在85%-95%导叶开度之间，导叶开度在85%-95% 之间时机组振动最小，同时水轮机的气蚀最小。遵循更换水轮机转换的更换设计原则，一方面可以延长水轮机组的工作寿命，同时也可以避免水力资源的浪费，提高发电效率。

2.制定应急方案，完善预警机制

在水电机组的运行当中，因为各种复杂因素的影响会出现各种紧急情况，在传统的机电设计当中，往往忽视了对于紧急情况的处理，这也导致一旦水电站出现异常状况而只能停机检查的状况，预警机制和应急方案的缺乏，是传统水电站机电设计一直存在的弊端。

水电机组的机电设计是一项复杂而庞大的工程，不仅关系到工程本身，而且还关联着日后的问题解决和水电站的维修升级。在机电设计当红补充和完善预警机制和应急方案是必须要解决的问题，这也为日后的紧急情况提供强有力的支撑和解决方案。

3.水电站辅助部分技术改造

水电站辅助部分的技术改造要严格遵守相应配套的设备，不能随意更换，更不能因为价格、材料等问题置之不理，而如何进行对设备的维修则要遵循以下原则。

在中小型水电站当中，很多电液转换器式电液调速器（如DT1600、T3500等等）及离心飞摆式机械调速器（如ST100、YT1000、CT40等等），这两大种类调速器，均存在前面所谈到调速器所存在的问题。

在部分地区当中，测频、检测、计算、控制部分有的是单片机，有的是PLC可编程控制器；机械部分控制，有的是步进电机、有的是组合阀、有的是数字阀。我们以辽宁地区的部分中小型水电站为例， 2000年以前调速器改造微机的电站有：辽宁省观音阁水库电厂、桓仁县西江电站等。从这几年的运行情况来看，几种微机调速器的稳定性、灵敏性、可靠性、都是比较好的，在实际运行过程中，在其它运行指标一样的前题下，机组正常发电过程中调速器耗油最少的，即压油泵启动次数最少的为数字阀PCC（program computer control）可编程智能调速器，针对不是双调的该种调速器压油泵的启动时间间隔可以达到5h以上，是其它微机调速器所做不到的。

四、结语

在国家经济建设速度日益加速的前提之下，对于电力的需求和稳定供应都提出了新的要求，在这种形式下，高效、节能同时污染小的水力发电正日渐成为主流发电方法，而中小型水电工程规模虽然比较小，但是其涉及到的设备类型和零件数量却异常繁杂，这给机电设备改造设计带来了不小的难度，所以在前期的机电设计当中应更加细致谨慎，同时在后续的工作流程当中坚持遵守和执行相应的计划，只有这样才能为中小型水电设备提供更有力的支持，同时为国家的电力供应提供更为可靠的保障。

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