小型水電站的自動化改造

陳代勇

【摘 要】經濟的發展，城市化進程的加快，促進水利工程建設項目的增多。小型水電站在我國水電行業中占有重要的地位，其可以為社會生產及生活提供高質量的電力供應，具有較好的發電效率。在科技不斷發展的背景下，自動化系統在小型水電站中也得到了良好的推廣，對小型水電站進行自動化系統改造，可以有效提升水電站運行的標準化、規范化水平，并節省了水電站中的人力資源。從自動化系統在小型水電站中的應用情況可以看出其設計與實施所具備的綜合價值，為此必須根據水電站的運行情況，采取適當的措施對自動化系統進行改造。本文就小型水電站的自動化改造展開探討。

【關鍵詞】小型水電站;自動化;改造

引言

要想有針對性地解決關鍵性的技術問題，就必須明確改造小型水電站的基本原則，針對技術缺陷進行改造，這樣才能提高改造的效益，進而提高小型水電站運作的經濟性能與安全性能。

1小型水電站存在的問題

在眾多建成的農村小型水電站中，存在著一大批總裝機容量從幾百千瓦到兩幾千千瓦的小型水電站。這些小型水電站大多數建成于20世紀八九十年代，已經運行30多年，機組設備接近使用壽命，亟待改造。這種類型小型水電站很多依據地形情況修建，電站規模較小，引水系統比較簡單，設備單一，接線較為簡單，整體具有以下幾點共性：①出線電壓低。裝機容量小，出線路不長，T接于附近的10kV農村電網，不敷設單獨的送電線路。②單機容量小。為了充分的利用引水量，提高利用小時，充分利用水能，均設置多臺機組，在總裝機容量較小的情況下，單機容量必然會更小。③機組額定電壓低。為了降低成本，采用低壓機組，機組額定電壓多數采用400V。小規模的小型水電站在經過多年的運行，已經在運行過程中凸顯眾多問題，而且問題越來越嚴重，影響正常生產，甚至難以滿足現場安全運行的要求。綜合目前的情況，主要存在下列幾個問題：①運行人員不足。經濟發展的浪潮下，小型水電站已經難覓年輕人的身影，留下的一些運行人員已經瀕臨退休，運行人員面臨青黃不接的狀況。②機組老化嚴重。小規模的小型水電站建造年代久遠。大多數機電設備制造于20世紀八九十年代，機組老化嚴重、效率低下、影響電站發電效益，且存在眾多的安全隱患。③自動化水平低。眾多的小型水電站還停留在手動操作的水平，手動開機、停機，手動投切勵磁，手動剎車等等，自動化水平極其低下，電能質量不高。④繼電保護水平低。大量的小型機組使用繼電器組成的繼電保護，這種類型的繼電保護接線復雜、故障率高、維修工作量大，遠遠跟不上時代的發展。

2小型水電站技術改造的基本原則

小型水電站在水電資源的利用上，發揮著重要作用，其技術改造應以水電資源的發展需要為原則：第一，應以提高經濟效益為原則。小水電站的技術改造需要投入一定的成本，這就需要對其改造后的經濟利潤空間做出正確分析，在制定改造計劃的過程中，充分考慮改造成本的回收期限，以最少的改造成本，創造出最大的利潤。第二，應針對薄弱環節進行改造。各地的小型水電站中，存在的技術問題有著很大差異，在實施小型水電站的技術改造中，應結合當地的生產條件與運行要求，針對電站設備運行的薄弱環節，有針對性地采取最直接的技術手段，使技術升級最有效、經濟效益最高。第三，應采用可行性的技術改造策略。每一座小型水電站的運行都有其特有的特點，電站技術人員對其操作最為熟悉，因此，小型水電站的技術改造應積極征求電站技術人員的意見，邀請他們參與電站的技術改造。在改造過程中，針對電站技術人員無法解決的技術難題，提供積極的幫助。同時，組織相關技術人員觀摩技術改造，參與技術改造研究，以提升設備維修和養護的水平。第四，強調技術改造的適用性原則。不同的電站設備廠商，在設備的技術設計上也不同，功能要求同樣的設備，在實際運行中的技術狀態也有所不同，技術判斷的標準也存在一定差異。因此，電站設備的選擇，應從電站的實際出發，以安全為宗旨，選擇與實際情況最適合的設備和技術，以保證電站技術改造獲得最高經濟效益。

3小型水電站自動化系統改造的分析

3.1機械設備技術改造

采用新技術、新材料、新設備，代替原有陳舊老化的設備。對水電站的水頭和流量進行準確的核定，從河流的實際水文情況出發，選擇技術成熟、適合流域特點的轉輪，保障水輪機工作效率達到最優。根據汛期，河流泥沙增多這一普遍現象，選用新型轉輪，在合理范圍內調整導葉型線，加大導葉分布圓直徑，采用有效地抗磨措施，減少砂石對機械設備的磨損，例如在轉輪葉片正面涂抹環氧金剛砂，葉片背面采用抗磨焊條堆焊，采用改性聚氨酯抗磨板等措施，延長設備運行壽命，最終達到更新改造或增容改造的目的。

3.2完善基礎設施建設

科技進步在推動經濟發展的同時，也不斷提高對電力資源的需求，技術更新、設備更換是小型水電站的發展趨勢。而新設備的投入，需要對基礎設施進行相應的改造，新技術作用的發揮，需要對原有系統進行升級改造，因此，新設備的選擇，需要結合小型水電站的實際情況，在保證新技術能夠充分滿足水電站運作的基礎上，進一步提升整套機組設備的工作效率，同時，在汛期能夠較好地應對污物與泥沙的阻塞，保證設備的良好運行。為最大限度減小泥沙對機械設備的磨損，在選擇設備時還應考慮機械設備的耐磨性能是否良好。

3.3計算機監控系統

監控系統是小型水電站自動化系統的核心，計算機監控系統可以根據水電站的實際情況，對輔助功能進行優化及改造，可以使計算機監控系統在實際應用的過程中發揮更好的控制功能。但是需要根據實際情況對水電站的計算機監控系統進行選擇，一般情況下新建的水電站主要是以全自動化的計算機監控系統為主，但是在對相對老舊水電站進行改造的過程中，通常需要使計算機和常規控制設備相結合，進而實現水電站的計算機監控功能。計算機監控系統主要包括遙測、遙控、通信以及遙調4個功能。

3.4改造引水系統和水工建筑物

在進行水電站技術改造的過程中，我們應該針對水利工程建筑物的實際情況，制定出科學合理的方案，特別是對引水渠道、壓力管道、渠壩等存在一定的危險，會影響到周圍村莊居民和土地安全，所以我們必須按照設計方案對壩體進行加固處理，對引水渠進行防滲處理以及其他影響到水電站發展的問題都應該處理好。在引水渠出口位置安裝清污設備，這樣就可以減少汛期水中的植物、石子等雜物進入到電站內，影響電站的正常工作。此外，我們也可以在溢洪道上設置閘門，在不影響汛期的時候泄洪工作，可以結合相應的水情，達到蓄水的目的，進而增加發電量。

3.5消防監控系統

消防監控系統主要是對水電站進行火情監測，常設置在水電站的主廠房、副廠房以及主變區等重要部位。消防監控系統通常采用火情探測器，當有火情出現時，探測器就會發出一種信號，該信號經過一定的處理，進而產生相應的報警信號，并將處理的信息通過串行通信接口與水電站的計算機監視系統進行通信，確定火災的具體位置及火災處理措施，這種異步通信的方式對于火情的及時發現和解決有一定的積極作用。總之，水電站消防監控系統不僅具有一定的監控作用，同時在一定程度上實現了對水電站的通風以及滅火系統的控制。

結語

小型水電站的改造是一項急需進行的工程，通過對小型水電站的自動化改造，在提高水電站發電效率的同時有效提高電站的運行管理水平，減少運行人員數量，解決人員短缺的問題。

參考文獻：

[1]許珍玲.小水電站機組綜合自動化系統改造[J].山東工業技術，2016（9）：292.

[2]郭婷.小型水電站自動化系統的設計與實現[J].山東工業技術，2017（24）：194.

（作者單位：貴州萬峰電力股份有限公司）