山區農村小水電站設計因素探析

□何永光（貴州畢節地區機械化施工隊）

結合多年來從事的農村水電規劃、設計、建設、管理等方面的工作，對農村小水電站的電氣測量、同期裝置、保護裝置設計等方面存在的問題，以及對山區農村小水電站在設計方面的影響作一初步探討。

1.農村小水電及其特點

1.1 農村小水電

現階段我國所謂的“農村小水電”，一般是指分布在廣大農村地區，依靠自然水資源，在中小河流上，借助自然落差或人工增加的落差，由地方政府或集體、或個人集資興建與經營管理的水電站，其規模一般在5萬kW以下，屬配套地方供電電網系統。

1.2 農村小水電特點

農村小水電站，以水網密布、自然雨水充沛的中南、華南和西南部居多，且多分布在人煙稀少的山區，東北和西北地區、華北平原相對較少。在這些山區，人稀地廣，居民用電負荷分散，如果用大電網覆蓋，一是財力上很難實現，二是資源上嚴重浪費。而且，如果擬采用大電網供電，其長距離的輸送線路，也給電力供應部門在資金籌措及線路架設、維護等方面帶來很多困難，實現的難度可想而知。所以，山區農村小水電，可以有效補充大電網的這一不足。

農村小水電資源具有如下特點：建設規?？梢虻刂埔?、因環境制宜、因條件制宜，投資省、工期短、見效快。供電系統僅服務于本地區，可就地成網、就近供電，供電成本低，適合國家、地方、集體、企業甚至個人等以各種投資形式進行開發。小水電站分散在廣大山區或農村，可吸收廣大山區和農村的剩余勞動力就業，帶動和促進落后地區經濟發展。作為全國水電資源的后備力量，在電力整體結構調整和規劃中，具有不可忽視的戰略地位。小水電在生產過程中，不排放溫室氣體和有害氣體，符合可持續利用和可持續發展原則。

2.裝機容量確定

由于小水電站規模較小，位置分散，工程比較簡單，因此具有因地制宜，就地取材，經濟實用的特點。小型調節水庫的引水渠道，電站前池，壓力水管，電站廠房水輪發電機等建筑物，多選擇當地材料修建，以降低工程造價。例如小型攔河壩多采用土壩、堆石壩、漿砌石壩、砌石拱壩、雙曲拱壩、碾壓混凝土壩等當地建壩材料易于獲得的壩型。壓力水管常采用木制水管、鋼筋混凝土管、預應力鋼筋混凝土管、鋼管等。對于小水電的裝機容量問題，行內持不同看法的頗多，各個國家、各個地區，不同的人文歷史、不同的發展時期、不同的科技背景，甚至不同的地域經濟條件等，都可能在裝機容量上有不同的要求，所以，總的來說，應視國情和實情而定。

因此，實施小水電代燃料工程的關鍵是低廉的電價。實施小水電代燃料工程的難點在于合理的體制。為保證代燃料電站能夠持續穩定地為廣大山區用戶和農民用戶提供廉價的電力，切實為農民的生活、農村的建設、農業的發展服務，那么，就需要從根本上采取有效措施，如：實行小水電的所有權、使用權、經營權分立，建立相互制約體制，就是一種行之有效的辦法。這種體制的核心點有3個：第一，所有權屬于國家。國家授權給省級水行政主管部門作為國家出資人代表，行使相關的責任，承擔相關的義務。第二，使用權屬于使用電能的農民，農民有用電的權利和按代燃料電價繳交電費的義務，但對電站及其資產沒有所有權和處置權。第三，經營權屬于通過市場招聘的經營者。經營者負責電站的經營管理，只能享有合同約定的勞務收入，此外的任何經濟的和物質的攫取，都是非法的。為了使這種體制切實有效運轉，應相應地組建有地方政府、水行政主管部門、用戶代表等組成的管理機構，負責協調和監督并處理出現的問題。

3.水輪發電機組選擇

在小水電發達地區，有20%的農產，可以用季節性電能做飯燒水。照此計算，每人每年需要用電約200°，每人需要電源100W，可按照國標GB／T15659-1995確定水輪發電機組并組織實施。實施時要注意和考慮的問題包括電源布點、網絡布局、負荷發展、電力電量平衡、人均年用電量、戶均年生活用電量、通電面、用電保證率、以電代柴、水土保持、降損節能、科技進步、生態保護等多項技術經濟指標和要求，由此，農村的電氣化建設，結合小水電的開發利用，就既可以解決用電問題，又能把資源優勢轉變為經濟優勢。

確定水輪機的安裝高程，是一項技術性很強的工作，但原則只有一條，即不能超過水輪機允許的最大吸出高度。

4.農村小水電站的設計

4.1 規劃流域規劃內容包括對大江大河，重要支流，特定河段的規劃和本地區的綜合發展規劃(戒以發電為重點的規劃)。在規劃工作中，一定要做到統籌兼顧，全面安排，統一開發的方針，經過技術經濟論證，確定總體規劃布局，并擬定近遠期工程目標。4.2項目建議書對推廣的建設項目，進一步從技術經濟和建設條件等方面，研究并論證其可行性，提出項目建議書，經有關主管部門批準后，才能進行下一步工作。

4.3 設計任務書在批準的項目建設書基礎上，深入進行可行性研究，對工程建設的目的、任務、原則、規模、資料依據、經濟社會效益、投資和建設期限等進行闡述。待批準后才能進行下一步工作。

4.4 設計包括初步設計、技術設計和施工設計3個階段。初步設計主要對工程總體布置，主要建筑物的型式、尺寸的確定，對裝機容量、機型、機組數目、電氣主接線和電氣設備進行選擇，確定施工方案，主要建筑物施工方法，工程總進度，施工總平面圖，對外交通方式，所需施工機械設備，建筑材料數量，勞動力數量，施工供水、供電，提出工程總概算。

4.4.1 預測建筑物使用過程中可能發生的問題，以便在設計中采取適當的技術措施，使建筑物在運轉中安全可靠，對于小型水電站，工程地質勘察的方法是野外觀測和挖試坑。通過野外對巖石的天然露頭、地貌等現象的觀測，并挖坑、挖槽、挖平洞等，人可直接下坑觀察各種地質現象，如巖層分界線、斷層破碎帶的位置和風化裂隙帶的深度等。在有條件的情況下，可選取原狀巖樣進行試驗，從而獲得設計有關數據，壩址主要是防止壩基的不均勻沉陷和滑動的問題，不均勻沉陷將會導致建筑物的破壞或運轉不正常。不均勻沉陷的原因往往是建筑物的地基不是巖石基礎，或是破碎的巖基和幾種不同種類的巖石構成的地基。如某攔河壩原擬修建條石單拱壩，經地質勘察發現壩址右岸為頁巖，左岸為土基，故改為兩孔條石連拱壩，并將左岸土基挖深，以便加深基礎，并將支墩中部沿水流方向(即頁巖與土基交界處)設通縫，以適應可能發生的不均勻沉陷。壩沿地基滑動的原因，一般說來兩種土壤的結合面是最易滑動的，或地基中夾有粘土層、流砂層及其他易滑夾層。

4.4.2 渠道及前池主要是邊坡穩定及滲漏問題。引水渠道和前池往往修建在山坡上，當山坡陡峻或山坡有易滑的夾層，或巖石很破碎時，在其上如又開挖了渠道斷面，這時就易發生塌方或滑坡。這個土斜坡由不同種類的傾斜土層組成，又由于土層是向外傾斜的，當遇雨水后，斜向的粘土層(不透水土層)就成了一個滑動體，都是沿這個滑動面滑下去的，如果土層是向內側傾斜的，就比較穩定。當坡陡時，就應削坡或修擋土墻；對于易滑的夾層，應盡量避開或修擋土墻擋住易滑的斜坡。

[1]王恩潤.小水電站[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2]張洪楚.水電站[M].北京：水利電力出版社，1994.

[3]趙福祥.中小型電站電氣設備運行[M].北京：水利電力出版社，2005.

[4]顏竹丘.水能利用[M].北京：水利電力出版社，1986.