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小水电机电新技术的应用

小水电机电新技术的应用

作者：四川省峨眉山市聚能水电设备制造有限公司

经过40多年的发展，我国的中、小水电和农村电网已经形成了一个很大的产业，为地方经济和社会发展做出了巨大的贡献。同时在实践中积累了丰富的经验，取得了很大的进步，不仅在工程设计、建设、设备制造、运行和维护方面取得了新的成就，而且在新技术的应用和新设备的发展方面也取得了不少成果。为了提高中、小水电和电网的技术和运行水平，以取得最大的经济效益，农村水电和设备方面的技术革新是非常重要的。目前，小水电机电方面主要的新技术有：

——调压阀。水电站长压力引水隧洞的∑LV/H大于15-30时，一般需设置调压井，但调压井土建工程量较大，工期较长，还需有理想的地形，中小水电站采用调压阀取代调压井，可以节约投资，缩短工期。调压阀的作用是在机组甩负荷导叶快速关闭时可快速开启．将原通过机组的流量从调压阀排出，待机组关闭后，调压阀再慢慢关闭，使引水系统的流量缓慢变化，防上引水系统水压升高及机组飞车。

——导叶控制机构。对于在电网中负担基荷的中小水电机组，由于其不需要调频，可取消结构复杂、价格昂贵、维护运行费用高的机械液压调速器，用结构简单可靠、价格低廉、维护运行费用低的TC型弹簧蓄能电手动操作器或液压操作器代替。当机组操作电源消失时，可利用弹簧蓄能自动关闭水轮机，且能实现分段关闭，当与微电脑水轮机调速控制地一起使用时，还可进行调频。

——机组自动控制系统。机组自动控制调节保护系统是基于单片微型计算机构成的。系统可实现自动关机、手动关机，并具有运行可靠性高，设计、维护、安装工作量小，占地面积少的优点，是中小水电机组无人值班、少人值班的理想设备，其主要功能有按单机和并网运行方式。单机运行方式可使机组按给定的频率和给定的电压运行；机组可进行自动准同期并网或准同期并网；可按前池水位运行；机组具有过电、过负荷、过电压、欠电压、过速、低频、技术供水中断、轴承温度过高、气压下降等保护功能。

——重锤式蝶阀。过去中小水电机组的进水阀主要采用电手动蝶阀、球阀或闸阀，当机组出现意外时，由于厂用电不可靠，往往不能自动关闭。为了克服这个缺点，近年来开发了重锤式蝶阀、球阀，依靠重锤实行自动可靠关闭，且关闭时间可调，能实现分段关闭，防止引水系统压力过高，同时机组可快速关闭，防止飞车。

——节能型变压器。目前农村电网中高损耗变压器使用量还很大。近几年经科研人员及有关厂家的努力，相继开发出了S7(SL7)、S9系列节能变压器。为了满足农村电网调压需要，还开发出了SZ7(SZL7)、SZ9系列有载调压变压器，进行分级调压，以达到稳定次级电压的目的，提高供电质量，保证用电设备的安全性。

——无功补偿屏。对于电感性负荷重的线路，其无功电流往往偏大，从而引起线损增加。解决的办法就是进行无功补偿，减少线路无功电流，减少线损。现在，较先进的无功补偿屏采用微电脑控制，可维持功率因数恒定，同时还具有过电流和过电压保护。

——SF6断路器。在农村35kV、10kV电压等级的电网中，SF6开关电器是目前性能较好的电器，SF6短断器采用SF6气体绝缘和灭弧介质，其性能优异，额定参数高，使用寿命和不检修周期长（5—10年），且没有火灾危险，可大大提高电力系统可靠性。特别是10kV SF6断路器体积小巧，占地面积较少，可降低工程造价。

——10kV YCW 柱上油重合器、10kV YCW柱上油重合器是结合我国农村电网的特点而研制成功的一种无需外界操作电源、能够按照预先选定的操作程序、进行故障电流分断和重新合闸的设备。若故障属暂时的，则重新合闸成功；若故障是永久性的，则再次分闸。该重合器适应并满足我国农村电网发展和改造的需要，使农村变电站向户外式、小型化、低造价、安全可靠和技术先进等方向发展，一般安装在变电所的构架上，做10kV的出线开头，是本身具有控制和保护功能的一种特殊的高压断路器。

——微机集控台。农村35kV、110kV变电站微机集控台将控制、保护、中央信号和测量汇成一体，改变了传统的电磁式屏柜拼装结构。控制台通过I/O口采集断路器和隔离开关的状态及电站运行参数，进行处理，输出有关指令，通过通讯接口，实现遥测/远程通讯/遥控。微机系统采用了一系列增加可靠性的措施，具有诊断、自恢复能力及非常强的系统生成功能，可离线生成数据库、各种模拟流程图和各种报表。

集控台可采集512点开关量输入信号，128点模拟量输入信号，可控制32台断路器的分、合，并可完成32台断路器的一次重合闸，对32台断路器及保护模板连续监视，进行声、光报警。对线路具有过电流、电流速断、过负荷、低电压闭锁保护，对主变压器有差动保护、过电流保护、电流速断保护、零序保护、重瓦斯、轻瓦斯、超温等保护。可测量电流、电压、有功功率、频率、功率因数等模拟量及有功电度及无功电度的计量，具有报表及事故打印功能，是农村变电站户外式、小型化的首选控制、测量、保护设备。

——地方电网的SCADA系统。近年来，随着中小水电的发展，中小水电相继并网，形成了由中小水电、电网和用户组成的农村电网，农村电网需要有一个可靠的实时调度管理中心，建立以计算机监控为基础的调度自动化系统（SCADA）是实现这一目标的技术途径。调度自动化系统从硬件角度可分为主站MS，通讯传输设备，远方终端RTU等。主站是SCADA人机联系最直接的设备，完成调度指令下达、运行监控、调度日记、运行报表、数据处理、模拟电网网络、参数显示、事故故障报告。运行参数修改、电能计量、应用软件开发及系统的测试、诊断。远方终端（RTU）是与电站或与变电站联系最直接的设备，直接采集电站/变电站的开关量或通过变送器采集模拟量，并对采集的数据进行预处理。通讯传输设备是MS与RTU之间进行信息交换的通道，通过调制解调器采用载波或无线电进行MS与RTU之间的联络。

——模式化变电站。模式化变电站以户外型为主，一次设备采用小型高性能开关电器设备，节能变压器等。二次设备以微机集控台为主，改变传统柜屏模式，减少户内、户外设备的占地面积，节省土建投资。由于集控台等为成套设备，其—次设计非常简单，仅提供接口设计就行，其余均由工厂完成成套设计制作。相应在现场安装调试时间也就很短，维护工作量小。因此，小型化户外式模式化变电站是今后发展方向。

——增速器机构。在老电站的改造过程中采用增速器后。虽然可能会增加不到0.5％－1％的能量损耗，但通过使用高转速发电机，可大大降低电站费用。增速器的使用寿命一般都在十万小时到几十万小时左右，可以长期可靠地运行，为电站带来更多的经济效益。低水头电站由于通过增速器可以改变传动比，从而使水轮机保持在最优工况保持高效率运行；并能改善厂房布置结构。

——无人清污机。使用无人清污机，可以降低运行维护费用，提高电站运行的可靠性，而且造价不高，很值得推广。对于水头损失，拦污栅水位差20-30cm是很平常的事情，但对低水头水电站而言，2－3％的效率获得或提高谈何容易。

——微型机组采用水泵替代水轮机，异步发电机取代同步发电机。当机组容量在100kW以下时，采用水泵替代水轮机，异步发电机取代同步发电机将具有更大的投资效益。与同容量的机组相比，价格大约只有一半，而效率相差不多。对于孤立运行的小机组而言，发电机接入电容能够满足电网的稳定运行，并网机组由于采用了异步电机，同期并网更加简单，自动控制更加方便。

智能数显表系列。随着微机芯片的价格下降，国外智能数显表不断涌现，产品功能强大，价格相对常规表计与变送器差不多有时更低，在电站自动化系统中不仅可提高可靠性，而且减少变送器柜、输入接口和A/D转换模板。比如香港德莱动力自动化设备公司生产的3000系列电力电量监视终端具有替代脉冲电能表，电量变送器，AP转换板部分功能，就地显示多种测量电参数，实时电流，电压，功率，电度，频率参数等，既可节约表计和变送器的屏柜，又可简化水电站，变电站现地单元的处理信息量，装置柜带RS232/RS485通讯卡，易于直接与监控系统相连。且两者的价格相当。

以上新技术的推广必将形成一种参数先进、价格合理、运行可靠。维护方便的新的小水电行业技术，并将极大地促进我国小水电的进一步发展。

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