探討農(nóng)村中小水電站機(jī)電設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r
0、引言
我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著很重要的作用，而農(nóng)村能源是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方面。在農(nóng)村能源中，電力對(duì)促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善人民生活水平起著尤為重要的作用。在農(nóng)村興建一些水電站，既有利于水土治理和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又能夠解決農(nóng)村的用電問題，是一條切實(shí)可行的道路。新中國成立以來，我國修建了大量的中小水電站，取得了顯著的成績，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高做出的巨大貢獻(xiàn)。隨著中小水電農(nóng)村電氣化建設(shè)的發(fā)展，我國在機(jī)電設(shè)備建設(shè)科技進(jìn)展方面取得了非常突出的成績，成功地研發(fā)出了一些適應(yīng)性強(qiáng)、專業(yè)技術(shù)硬的設(shè)備，促進(jìn)了中小電器農(nóng)村化的發(fā)展。
1、中小水電主機(jī)及輔機(jī)設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r
1.1 中小型水輪發(fā)電機(jī)組中小型水輪發(fā)現(xiàn)機(jī)組目前已經(jīng)比較成熟，實(shí)現(xiàn)了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和普及化。但隨著機(jī)電設(shè)備的飛速發(fā)展，也存在一些轉(zhuǎn)輪應(yīng)及時(shí)更新?lián)Q代的問題，以便有效地填補(bǔ)型譜。發(fā)電機(jī)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(jī)卻恰好不同，它具有相當(dāng)大的研發(fā)空間，能夠較大程度地改進(jìn)。近年來，一些省市的機(jī)電廠研發(fā)出了效率高的模型轉(zhuǎn)輪，取代了原型譜中的部分轉(zhuǎn)輪，收到了很好的效果。
1.2 輔助設(shè)備以及自動(dòng)控制設(shè)備以前，中小水電機(jī)組的進(jìn)水閥大部分采用點(diǎn)手動(dòng)或球動(dòng)控制閥，當(dāng)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，造成不必要的損失。為了解決這一缺點(diǎn)，近年來研制出一些自動(dòng)閥，如重錘式蝶閥、球閥，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)關(guān)閥，而且可以做到管閥時(shí)間可以調(diào)控，能分段關(guān)閉，以此避免水壓過高造成的機(jī)組運(yùn)行不正常，收到了良好的效益。對(duì)于在電網(wǎng)中負(fù)荷工作的中小型電機(jī)組，由于不需要調(diào)節(jié)頻率，可以換掉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用高昂、維護(hù)困難的機(jī)械液壓調(diào)速器，而采用易操作控制、價(jià)格低廉、維護(hù)簡單的Tc型操作器，其性價(jià)比相當(dāng)高，能夠利用彈簧自動(dòng)關(guān)閉水輪機(jī)，也可分段關(guān)閉，可進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)。
水電站長壓力引水隧道一般需要設(shè)置調(diào)壓井，但調(diào)壓井的建設(shè)具有工作量大、工作繁重的特點(diǎn)，一般工期較長，建設(shè)采點(diǎn)較難。針對(duì)這一難題，中小型水電站采用了調(diào)壓閥，將調(diào)壓井改成調(diào)壓閥，這樣節(jié)約了資金，縮短了工期，而且調(diào)壓閥還有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，即在機(jī)組電負(fù)荷快速關(guān)閉時(shí)，調(diào)壓閥及時(shí)快速開啟，將原通過機(jī)組的流量從調(diào)壓閥中排出;在機(jī)組關(guān)閉后，調(diào)壓閥可以自動(dòng)地慢慢關(guān)閉，使得水的流動(dòng)呈現(xiàn)連續(xù)的線性變化，防止水壓的突然升高，同時(shí)機(jī)組快速關(guān)閉，防止飛車。
機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)也有很突出的改進(jìn)。機(jī)組智能自動(dòng)控制調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)能夠更進(jìn)一步地確保機(jī)組的完善，提高機(jī)組的運(yùn)行水平，使之能安全自動(dòng)關(guān)閉，不僅保護(hù)種類齊全，而且質(zhì)量很高。除此之外，操作維護(hù)所需空間小、工作量低，實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)控制，是值班的理想設(shè)備，同時(shí)也很大程度改良了老式機(jī)電站技術(shù)。機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的具體功能有：單機(jī)運(yùn)行方式可使機(jī)組按給定頻率和給定電壓運(yùn)行，并網(wǎng)運(yùn)行方式可使機(jī)組按給定功率和功率因數(shù)運(yùn)行;機(jī)組可進(jìn)行自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)或手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng);可按前池水位運(yùn)行;機(jī)組具有過電流、過負(fù)荷、過電壓、欠電壓、過速、低頻、技術(shù)供水中斷、軸承溫度過高、軸承油位過低氣壓下降、導(dǎo)葉剪斷銷剪斷等保護(hù)，且事故停機(jī)還可無線報(bào)警。對(duì)于0.4 kV低壓機(jī)組智能型自動(dòng)控制調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)，可與低壓一次屏組合在一起，也可分開用于老電站技術(shù)改造。6.3 kV高壓機(jī)組智能型自動(dòng)控制調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)單獨(dú)成柜，取代了保護(hù)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(shè)備及控制設(shè)備
2.1 節(jié)能變壓器目前，農(nóng)村電網(wǎng)中高損耗變壓器占了農(nóng)村地區(qū)的一半以上。近幾年經(jīng)科研人員及有關(guān)專家的不懈努力，相繼開發(fā)出了一系列的節(jié)能變壓器。有的主要性能指標(biāo)已經(jīng)接近或達(dá)到了國際同類市場所要求的指標(biāo)。為了滿足農(nóng)村電網(wǎng)調(diào)壓需要，還開發(fā)出了一系列的有載調(diào)壓變壓器，進(jìn)行分級(jí)調(diào)壓，以達(dá)到穩(wěn)定次級(jí)電壓的.目的，不僅提高了供電的質(zhì)量，還保證了用電設(shè)備的安全高速運(yùn)行。
2.2 微電腦無功補(bǔ)償屏對(duì)于感性負(fù)荷重的線路，其缺點(diǎn)非常明顯，即無功電流偏大，從而引起線損增加，為了解決這一問題，需要進(jìn)行無功補(bǔ)償，減少線路無功電流，減少線損。現(xiàn)在較普遍采用的是負(fù)荷端用電力電容屏進(jìn)行無功補(bǔ)償。較先進(jìn)的無功補(bǔ)償屏的電力電容的投切采用微電腦控制可保持功率因數(shù)恒定，同時(shí)還具有過電第19卷第6期2012年流、過電壓保護(hù)等功能，在同類產(chǎn)品中性能卓越。
2.3 六氰化硫斷路器在農(nóng)村電網(wǎng)中，六氰化硫開關(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(shù)高、電壽命和不檢修周期長，且沒有水災(zāi)危險(xiǎn)，結(jié)構(gòu)簡單可靠，可大大提高電力系統(tǒng)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 模式化變電站隨著農(nóng)村中小水電及電網(wǎng)的發(fā)展和新技術(shù)、新設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用，原有變電站模式及設(shè)計(jì)技術(shù)已漸顯過時(shí)。其主要缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜繁瑣，設(shè)計(jì)周期長，變電站的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)、檢修工作量大，占地面積大，自動(dòng)化水平相對(duì)較低，且運(yùn)行人員多，運(yùn)行費(fèi)用高。在這種情況下，小型化、模式化變電站應(yīng)運(yùn)而生。模式化變電站以戶外型為主，一次設(shè)備采用小型商l生能開關(guān)電器設(shè)備、節(jié)能變壓器等。一次設(shè)備以微機(jī)集控臺(tái)為主，改變了傳統(tǒng)屏柜模式，減少戶內(nèi)、戶外設(shè)備的占地面積，可節(jié)省土建投資。由于集控臺(tái)等為成套設(shè)備，其二次設(shè)計(jì)非常簡單，僅提供接口設(shè)計(jì)即可，由工廠完成整套設(shè)計(jì)制作，相應(yīng)地在現(xiàn)場安裝調(diào)試時(shí)間也很短，維護(hù)工作量小，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行可靠，運(yùn)行費(fèi)用低。因此，小型化戶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(jī)集控臺(tái)農(nóng)村35 kV、110 kV變電站“四合一”微機(jī)集控臺(tái)將控制、保護(hù)、中央信號(hào)和測量匯成一體，改變了傳統(tǒng)的電磁式屏柜拼裝結(jié)構(gòu)。WBKC以微機(jī)為核心的控制臺(tái)通過I/O口采集斷路器和隔離開關(guān)的狀態(tài)及變電站運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行處理，并輸出有關(guān)指令，通過通訊接口實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙控。微機(jī)系統(tǒng)采用了一系列增加可靠性的措施，具有診斷自恢復(fù)能力及非常強(qiáng)的系統(tǒng)生成功能，可離線生成數(shù)據(jù)庫、各種模擬流程圖和各種報(bào)表。“四合一”集控臺(tái)可采集52點(diǎn)開關(guān)量輸入信號(hào)，128點(diǎn)模擬量輸入信號(hào)，64點(diǎn)脈沖量輸入信號(hào)及128點(diǎn)開關(guān)量輸出信號(hào)，可控~1J32臺(tái)斷路器的分、合，并可完成32臺(tái)斷路器的一次重合閘，對(duì)32臺(tái)斷路器及保護(hù)模板連續(xù)監(jiān)視，進(jìn)行聲光報(bào)警。對(duì)線路可進(jìn)行過電流、電流速斷、過負(fù)荷、低電壓閉鎖保護(hù)，對(duì)主變壓器有差動(dòng)保護(hù)、過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、零序保護(hù)、重瓦斯、輕瓦斯、超溫等保護(hù)動(dòng)作，并跳閘或信號(hào)可測量電流、電壓、有功功率、無功功率 頃率、功率因數(shù)等模擬量及有功電量、無功電量計(jì)量，具有報(bào)表及事故打印功能，是農(nóng)村變電站戶外式、小型化的首選控制、測量、保護(hù)設(shè)備。
3、中小水電站機(jī)電設(shè)備近期配置模式
農(nóng)村中小水電站機(jī)電設(shè)備近期配置模式可從容量大于800 kW的高壓水輪發(fā)電機(jī)組單元、容量小于500 kW的低壓水輪發(fā)電機(jī)組單元和電站等方面考慮。近期配置模式原則上應(yīng)采用高效率水輪發(fā)電機(jī)組，特別是高效率水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，機(jī)組單元應(yīng)配置智能型自動(dòng)控制調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)，電站應(yīng)配置具有優(yōu)化運(yùn)行功能的監(jiān)控裝置。實(shí)現(xiàn)無人值班或少人值班。對(duì)于具有縣調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的農(nóng)電網(wǎng)，骨干電站應(yīng)配置遠(yuǎn)方控制單元RTU。其中，容量大于800 kW的高壓水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組近期配置模式為： 自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水口閥門(閘門)、高效率水輪機(jī)、高教率發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)調(diào)速器、高壓開關(guān)柜、高壓機(jī)組智能型自動(dòng)控制調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)及同電站監(jiān)控系統(tǒng)相連的接口，可實(shí)現(xiàn)無人值班或少人值班。容量小于500 kW的低壓水輪發(fā)電機(jī)組近期配置模式為： 自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水口閥門(閘門)、高效率水輪機(jī)、高效率發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)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(jī)組智能型自動(dòng)控制調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)，及同電站監(jiān)控系統(tǒng)相連的接口，可實(shí)現(xiàn)無人值班或少人值班。
4、結(jié)語
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，中小水電機(jī)電設(shè)備的更新日新月異。由于水電機(jī)具有節(jié)能環(huán)保、便于管理的特點(diǎn)，它在農(nóng)村的普及已成必然，在以后的設(shè)備研發(fā)中，必須不斷加強(qiáng)機(jī)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(jī)設(shè)備才能在整個(gè)水電工程中發(fā)揮出應(yīng)有貢獻(xiàn)。
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