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探討農村中小水電站機電設備發(fā)展狀況
0、引言
我國是一個(gè)農業(yè)大國，農村經(jīng)濟的發(fā)展對整個(gè)國民經(jīng)濟的發(fā)展起著(zhù)很重要的作用，而農村能源是農村經(jīng)濟發(fā)展的重要方面。在農村能源中，電力對促進(jìn)農村經(jīng)濟發(fā)展、改善人民生活水平起著(zhù)尤為重要的作用。在農村興建一些水電站，既有利于水土治理和保護生態(tài)環(huán)境，又能夠解決農村的用電問(wèn)題，是一條切實(shí)可行的道路。新中國成立以來(lái)，我國修建了大量的中小水電站，取得了顯著(zhù)的成績(jì)，為國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高做出的巨大貢獻。隨著(zhù)中小水電農村電氣化建設的發(fā)展，我國在機電設備建設科技進(jìn)展方面取得了非常突出的成績(jì)，成功地研發(fā)出了一些適應性強、專(zhuān)業(yè)技術(shù)硬的設備，促進(jìn)了中小電器農村化的發(fā)展。
1、中小水電主機及輔機設備發(fā)展狀況
1.1 中小型水輪發(fā)電機組中小型水輪發(fā)現機組目前已經(jīng)比較成熟，實(shí)現了系列化、標準化和普及化。但隨著(zhù)機電設備的飛速發(fā)展，也存在一些轉輪應及時(shí)更新?lián)Q代的問(wèn)題，以便有效地填補型譜。發(fā)電機具有本身效率高的特點(diǎn)，其改進(jìn)的潛能不是很多，而水輪機卻恰好不同，它具有相當大的研發(fā)空間，能夠較大程度地改進(jìn)。近年來(lái)，一些省市的機電廠(chǎng)研發(fā)出了效率高的模型轉輪，取代了原型譜中的部分轉輪，收到了很好的效果。
1.2 輔助設備以及自動(dòng)控制設備以前，中小水電機組的進(jìn)水閥大部分采用點(diǎn)手動(dòng)或球動(dòng)控制閥，當發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，由于用電的缺陷，往往不能及時(shí)地自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)，造成不必要的損失。為了解決這一缺點(diǎn)，近年來(lái)研制出一些自動(dòng)閥，如重錘式蝶閥、球閥，這樣不僅實(shí)現了自動(dòng)關(guān)閥，而且可以做到管閥時(shí)間可以調控，能分段關(guān)閉，以此避免水壓過(guò)高造成的機組運行不正常，收到了良好的效益。對于在電網(wǎng)中負荷工作的中小型電機組，由于不需要調節頻率，可以換掉結構復雜、費用高昂、維護困難的機械液壓調速器，而采用易操作控制、價(jià)格低廉、維護簡(jiǎn)單的Tc型操作器，其性?xún)r(jià)比相當高，能夠利用彈簧自動(dòng)關(guān)閉水輪機，也可分段關(guān)閉，可進(jìn)行頻率調節。
水電站長(cháng)壓力引水隧道一般需要設置調壓井，但調壓井的建設具有工作量大、工作繁重的特點(diǎn)，一般工期較長(cháng)，建設采點(diǎn)較難。針對這一難題，中小型水電站采用了調壓閥，將調壓井改成調壓閥，這樣節約了資金，縮短了工期，而且調壓閥還有獨特的優(yōu)點(diǎn)，即在機組電負荷快速關(guān)閉時(shí)，調壓閥及時(shí)快速開(kāi)啟，將原通過(guò)機組的流量從調壓閥中排出;在機組關(guān)閉后，調壓閥可以自動(dòng)地慢慢關(guān)閉，使得水的流動(dòng)呈現連續的線(xiàn)性變化，防止水壓的突然升高，同時(shí)機組快速關(guān)閉，防止飛車(chē)。
機組自動(dòng)控制系統也有很突出的改進(jìn)。機組智能自動(dòng)控制調節保護系統能夠更進(jìn)一步地確保機組的完善，提高機組的運行水平，使之能安全自動(dòng)關(guān)閉，不僅保護種類(lèi)齊全，而且質(zhì)量很高。除此之外，操作維護所需空間小、工作量低，實(shí)現無(wú)人自動(dòng)控制，是值班的理想設備，同時(shí)也很大程度改良了老式機電站技術(shù)。機組自動(dòng)控制系統的具體功能有：?jiǎn)螜C運行方式可使機組按給定頻率和給定電壓運行，并網(wǎng)運行方式可使機組按給定功率和功率因數運行;機組可進(jìn)行自動(dòng)準同期并網(wǎng)或手動(dòng)準同期并網(wǎng);可按前池水位運行;機組具有過(guò)電流、過(guò)負荷、過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)速、低頻、技術(shù)供水中斷、軸承溫度過(guò)高、軸承油位過(guò)低氣壓下降、導葉剪斷銷(xiāo)剪斷等保護，且事故停機還可無(wú)線(xiàn)報警。對于0.4 kV低壓機組智能型自動(dòng)控制調節保護系統，可與低壓一次屏組合在一起，也可分開(kāi)用于老電站技術(shù)改造。6.3 kV高壓機組智能型自動(dòng)控制調節保護系統單獨成柜，取代了保護屏、繼電器屏、控制屏等屏柜，適用于新建電站及老電站技術(shù)改造。
2、電網(wǎng)輸配電設備及控制設備
2.1 節能變壓器目前，農村電網(wǎng)中高損耗變壓器占了農村地區的一半以上。近幾年經(jīng)科研人員及有關(guān)專(zhuān)家的不懈努力，相繼開(kāi)發(fā)出了一系列的節能變壓器。有的主要性能指標已經(jīng)接近或達到了國際同類(lèi)市場(chǎng)所要求的指標。為了滿(mǎn)足農村電網(wǎng)調壓需要，還開(kāi)發(fā)出了一系列的有載調壓變壓器，進(jìn)行分級調壓，以達到穩定次級電壓的目的，不僅提高了供電的質(zhì)量，還保證了用電設備的安全高速運行。
2.2 微電腦無(wú)功補償屏對于感性負荷重的線(xiàn)路，其缺點(diǎn)非常明顯，即無(wú)功電流偏大，從而引起線(xiàn)損增加，為了解決這一問(wèn)題，需要進(jìn)行無(wú)功補償，減少線(xiàn)路無(wú)功電流，減少線(xiàn)損�，F在較普遍采用的是負荷端用電力電容屏進(jìn)行無(wú)功補償。較先進(jìn)的無(wú)功補償屏的電力電容的投切采用微電腦控制可保持功率因數恒定，同時(shí)還具有過(guò)電第19卷第6期2012年流、過(guò)電壓保護等功能，在同類(lèi)產(chǎn)品中性能卓越。
2.3 六氰化硫斷路器在農村電網(wǎng)中，六氰化硫開(kāi)關(guān)電器是目前性能較好的電器之一，也是最有前途的發(fā)展方向之一。斷路器采用六氰化硫氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，其特點(diǎn)是性能優(yōu)異、額定參數高、電壽命和不檢修周期長(cháng)，且沒(méi)有水災危險，結構簡(jiǎn)單可靠，可大大提高電力系統可靠性。除此之外還有體積小、減少占地面積、可降低工程造價(jià)的特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是六氰化硫斷路器本身價(jià)格要高于油重合器。
2.4 模式化變電站隨著(zhù)農村中小水電及電網(wǎng)的發(fā)展和新技術(shù)、新設備的開(kāi)發(fā)應用，原有變電站模式及設計技術(shù)已漸顯過(guò)時(shí)。其主要缺點(diǎn)是設計計算復雜繁瑣，設計周期長(cháng)，變電站的安裝、調試、運行、維護、檢修工作量大，占地面積大，自動(dòng)化水平相對較低，且運行人員多，運行費用高。在這種情況下，小型化、模式化變電站應運而生。模式化變電站以戶(hù)外型為主，一次設備采用小型商l生能開(kāi)關(guān)電器設備、節能變壓器等。一次設備以微機集控臺為主，改變了傳統屏柜模式，減少戶(hù)內、戶(hù)外設備的占地面積，可節省土建投資。由于集控臺等為成套設備，其二次設計非常簡(jiǎn)單，僅提供接口設計即可，由工廠(chǎng)完成整套設計制作，相應地在現場(chǎng)安裝調試時(shí)間也很短，維護工作量小，自動(dòng)化程度高，運行可靠，運行費用低。因此，小型化戶(hù)外模式變電站是今后發(fā)展方向。
2.5 35 kV、l10 kV變電站“四合一”微機集控臺農村35 kV、110 kV變電站“四合一”微機集控臺將控制、保護、中央信號和測量匯成一體，改變了傳統的電磁式屏柜拼裝結構。WBKC以微機為核心的控制臺通過(guò)I/O口采集斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)及變電站運行參數，進(jìn)行處理，并輸出有關(guān)指令，通過(guò)通訊接口實(shí)現遙測、遙信、遙控。微機系統采用了一系列增加可靠性的措施，具有診斷自恢復能力及非常強的系統生成功能，可離線(xiàn)生成數據庫、各種模擬流程圖和各種報表。“四合一”集控臺可采集52點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入信號，128點(diǎn)模擬量輸入信號，64點(diǎn)脈沖量輸入信號及128點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出信號，可控~1J32臺斷路器的分、合，并可完成32臺斷路器的一次重合閘，對32臺斷路器及保護模板連續監視，進(jìn)行聲光報警。對線(xiàn)路可進(jìn)行過(guò)電流、電流速斷、過(guò)負荷、低電壓閉鎖保護，對主變壓器有差動(dòng)保護、過(guò)電流保護、電流速斷保護、零序保護、重瓦斯、輕瓦斯、超溫等保護動(dòng)作，并跳閘或信號可測量電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率 頃率、功率因數等模擬量及有功電量、無(wú)功電量計量，具有報表及事故打印功能，是農村變電站戶(hù)外式、小型化的首選控制、測量、保護設備。
3、中小水電站機電設備近期配置模式
農村中小水電站機電設備近期配置模式可從容量大于800 kW的高壓水輪發(fā)電機組單元、容量小于500 kW的低壓水輪發(fā)電機組單元和電站等方面考慮。近期配置模式原則上應采用高效率水輪發(fā)電機組，特別是高效率水輪機轉輪，機組單元應配置智能型自動(dòng)控制調節保護系統，電站應配置具有優(yōu)化運行功能的監控裝置。實(shí)現無(wú)人值班或少人值班。對于具有縣調自動(dòng)化系統的農電網(wǎng)，骨干電站應配置遠方控制單元RTU。其中，容量大于800 kW的高壓水輪機發(fā)電機組近期配置模式為： 自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水口閥門(mén)(閘門(mén))、高效率水輪機、高教率發(fā)電機、水輪機調速器、高壓開(kāi)關(guān)柜、高壓機組智能型自動(dòng)控制調節保護系統及同電站監控系統相連的接口，可實(shí)現無(wú)人值班或少人值班。容量小于500 kW的低壓水輪發(fā)電機組近期配置模式為： 自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水口閥門(mén)(閘門(mén))、高效率水輪機、高效率發(fā)電機、水輪機電手動(dòng)操作器或TC型彈簧蓄能操作器與低壓屏組合為一體的低壓機組智能型自動(dòng)控制調節保護系統，及同電站監控系統相連的接口，可實(shí)現無(wú)人值班或少人值班。
4、結語(yǔ)
隨著(zhù)社會(huì )的不斷發(fā)展進(jìn)步，中小水電機電設備的更新日新月異。由于水電機具有節能環(huán)保、便于管理的特點(diǎn)，它在農村的普及已成必然，在以后的設備研發(fā)中，必須不斷加強機器的靈活性和可操控性，只有這樣，才能跟上時(shí)代的進(jìn)步，電機設備才能在整個(gè)水電工程中發(fā)揮出應有貢獻。
參考文獻：
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