尹 剛

（湖北省地方水電公司，湖北 武漢 430070）

中國是世界上最早利用水能發(fā)電的國家之一。在我國電力發(fā)展初期，水電起到了舉足輕重的作用，特別是在山區(qū)，小型水電站的建設促進了山區(qū)縣域經濟的發(fā)展。幾十年來，小型水電站不僅幫助國家電網解決了大電網延伸不到的區(qū)域的用電問題，還為山區(qū)縣提供了大量的稅收和就業(yè)，但自身的發(fā)展卻沒有得到應有的重視。小型水電站缺乏必要的維護和易損易耗件的定期更新、更換，很多電站長期帶病運行至被迫退出運行。

目前，我國已建成小型水電站有4萬5千余座，急需改造的有5千7百座，由于建設時間的不同，機電設備的生產水平和分配制度的差異，存在的問題也各不一樣。為了科學地進行改造，合理地使用國家有限的資金，實現增效、節(jié)能、安全、環(huán)保的目的，筆者在全國各地做了大量的調查研究工作，本文僅以湖北省的調研成果作為分析依據。

1 小型水電站考察

根據《中共中央國務院關于加快水利改革發(fā)展的決定》（中發(fā)［2011］1號）、《中華人民共和國可再生能源法》、《可再生能源發(fā)展專項資金管理暫行辦法》（財建[2006]237號），財政部從可再生能源發(fā)展專項資金中專門安排部分資金支持農村水電增效擴容改造工作，在水利部和財政部的主導下，小型水電站增效擴容改造工作正式啟動。

為保證小型水電站增效擴容改造工作取得理想效果，湖北省在試點工作啟動前專門組織對部分電站進行了實地考察和調研，取得了第一手資料。按水利部要求，1995年以前投產的電站方可列入增效擴容改造，湖北省符合水利部增效擴容改造年代要求的電站有600余座，且多為80年代以前建設，運行時間大部分已達30年。由于中華人民共和國成立后，湖北省建設小型水電站是從黃岡地區(qū)麻城縣（大坳電站）開始，本次調研重點考察鄂東地區(qū)。共考察英山縣占河三級水電站（70年代）、紅花水電站（80年代），羅田縣天堂二級水電站（70年代）、天堂三級水電站（80年代）、天堂四級水電站（80年代），團風縣響水潭一級水電站（2009年改造）、張家河水電站（80年代），通山縣的九宮山五級水電站（80年代）、六級水電站（70年代）、七級水電站（70年代）、望江嶺水電站（80年代）和新橋水電站（90年代）。

被考察的電站按形式分為壩后式、河床式和引水式，按機組的形式分為混流式、軸流式、水斗式和斜擊式，按發(fā)電機機端電壓分為高壓機組和低壓機組，基本涵蓋了各種類型的小型水電站，具有較完整的代表性。

2 小型水電站現狀

上世紀50年代制訂的《全國農業(yè)發(fā)展綱要》提出：“凡是能夠發(fā)電的水利工程，應當盡可能同時進行中小型的水電建設，以逐步解決農村用電要求”。根據當時的需求，湖北省各地結合興建水利工程，建造了一大批小型水電站。

湖北省鄂東地區(qū)是《全國農業(yè)發(fā)展綱要》最早的受益區(qū)，其小型水電站多建于上世紀90年代以前，電站運行大多超過30年。由于體制和管理思想的約束，設備配置差異較大，運行管理水平參差不齊。由于維護經費很難到位，設備得不到應有的維護，使得機電設備過早老化，安全事故頻繁發(fā)生，部分電站已退出運行。

2.1 主機部分

我國上世紀80年代前投運的水電站，不僅受建設資金短缺的影響，還受整體機械制造水平和機電設備設計能力的制約，小型水電站水輪機、發(fā)電機使用不合理和配套不完善的事件經常發(fā)生，很多電站的實際出力一開始就達不到設計要求。在被考察的電站中，主機設備出力不足、發(fā)電用水浪費現象普遍存在，而且十分嚴重。當年在電站的建設設計中力求設備簡單、造價低廉，給電站后期的運行留下了許多安全隱患，有些簡化嚴重制約了電站效率的提高和自動化技術的實現。

改革開放以來，為了解決電站主機設備出力不足、效率不高的問題，在近20年的時間里，一些地方的水利主管部門通過自籌資金，對上世紀建設的部分電站進行了局部改造。遺憾的是在這一輪的改造過程中，由于管理觀念問題，重點放在更換轉輪和自動化改造方面，而對主機已經存在多年的跑、冒、滴、漏問題，特別是對機組溫度過高、噪音過大等問題沒有加以重視，對自動化元件的改造也未能同步進行。

2.2 調速器部分

上世紀80年代前投運的水電站，調速方式多種多樣，主要有全手動調速器（俗稱手動操作器）、手動電動調速器（俗稱手電操）、機械和電液常油壓全自動調速器、微機常油壓調速器（多為對電液轉換部分進行局部改造）。在對全國的水電站考察中發(fā)現，全手動調速器和手動電動調速器使用較多，常油壓全自動機械調速器、常油壓全自動電液轉換調速器、常油壓微機調速器和微機高油壓調速器使用較少。而在湖北省東部地區(qū)的水電站中，常油壓全自動機械調速器、常油壓全自動電液轉換調速器、微機常油壓調速器和微機高油壓調速器使用較多，這在全國是不多見的，從這點也可以看出，鄂東地區(qū)小型水電站過去對電網的重要支撐作用。

2.3 自動化元件部分

自動化元件是水電站自動控制的關鍵基礎設備，也是實現現代化管理的必備設備。在被考察的水電站中，普遍存在自動化元件配置不完善現象，單機500kW以下的低壓機組水電站基本不配自動化元件，只有少數水電站配有示流或溫度傳感器，但機組已配套的測溫元件大都不能正常使用。

一些配置了基本自動化元件的高壓機組水電站，由于水工建筑物質量低劣，水工建筑物和主機都存在滲漏水問題，在此惡劣的運行環(huán)境下，自動化元件根本無法正常運行，形同虛設。這些現象在新建的小型水電站也同樣存在。

2.4 輔助設備部分

由于考察的基本是國有水電站，高壓機組在輔助設備的投入比較大，設備配置一般比較完善，但也都年久失修，不能可靠運行，能耗也較大。而低壓機組則不盡人意，輔助設備的配置十分簡單，剎車多采用手油泵制動器，很多電站甚至不裝剎車制動器，習慣自然停機或靠木棍剎車；進水閥多以手動操作為主，在已做局部改造的水電站一般都加裝了閥門電動機構，但由于閥門電動機構選型不合理，容易造成閥門的過關和過開，威脅閥體的安全。有不少水電站在閥門廠的誤導下，以為問題的原因是電動機構設計不合理，從而選擇采用液壓機構，加大了能耗和管理成本。

2.5 控制保護部分

除羅田天堂二級、四級水電站和團風響水潭一級水電站已對控制保護設備進行了微機化改造外，其它水電站仍繼續(xù)采用常規(guī)電磁式控制、保護裝置，有相當一部分電站還在使用阿城繼電器廠生產的仿蘇產品——最老式的黑殼繼電器，這種產品已根本無法采購到配件。

2.6 操作電源部分

操作電源是為控制、信號、測量回路、繼電保護裝置、安全自動裝置和斷路器的運行和操作提供可靠的工作電源。在小型水電站設計中，對廠用電的設計并沒有要求十分可靠，操作電源的選配也一直都是遵循可有可無的原則，其配備更是多種多樣。但這次被考察的電站基本都配有完善的直流操作電源。

2.7 安全及安全自動化部分

在小型水電站設計過程中，電站安全運行問題從未得到足夠的重視，這里面既有設備安全問題，也有人身安全問題。小型水電站的安全設備技術研發(fā)一直十分落后，例如：沒有專用的具有一定防護等級的控制、保護屏，電站使用的常規(guī)控制柜至今還大量采用無安全防護等級的開啟式結構，低壓機組水電站的新、老低壓成套控制設備均未經過國家3C認證。

在安全自動化方面，電站的設計基本沒有認真的考慮過。例如：手電動調速器取代手動調速器，雖然解決了自動開停機問題，但人身安全防護和機組的過調問題卻沒有得到有效解決。這些電站自動剎裝置的應用都不在設計應考慮之列，電站的安全自動化設計幾乎就是空白。

2.8 通信部分

通信手段十分落后，很多電站設計時就沒有考慮專用的電力通信，特別是10千伏上網的電站，沒有專業(yè)的通信設備。由于電站與調度的交流是利用電信公網市話作為通信手段，所以電力調度命令難以及時到達。

3 小型水電站存在的安全隱患

3.1 水工建筑物的安全監(jiān)測

我國水工建筑物的安全監(jiān)測起步較晚。上世紀建設的水電站，由于沒有配套的相關規(guī)范，電站在建設時都沒有考慮在水工建筑物中埋設安全監(jiān)測設備。本世紀建設的水電站，因為建設管理缺失，雖然在水工建筑物中埋設了安全監(jiān)測設備，但埋設方法不正確，已埋設的很多傳感器在施工中就已經損壞，保留的大多不能正常工作。雖然國內曾發(fā)生過多起水電站垮壩事故，因小型水電站電站庫容小，造成的危害不大，并沒有引起管理部門對電站水工建筑物的安全監(jiān)測真正重視。

3.2 主機及輔助設備

上世紀80年代前建設的水電站，主機及輔助設備經過幾十年的運行，在陳舊的管理理念和資金問題的約束下，設備長期得不到科學的維護和保養(yǎng)，連續(xù)使用壽命在50年以上的主設備，實際運行不到30年就不堪重負。設備不僅效率下降，而且基本都有安全隱患存在，主機的發(fā)熱、噪音和絕緣下降更是普遍現象。

調速器和勵磁設備受數字技術快速發(fā)展的影響，設備的技術更新速度加快，造成原有的設備無配件更換，維護十分困難，加之更新資金短缺，不能得到及時維護的設備已危及到電站正常運行。

3.3 安全管理與安全自動化

小型水電站受管理體制所困，一直缺乏有效的安全管理手段，電站安全自動化設備配置存在不到位問題，在過去的幾十年里，我國有幾萬座這樣的電站長期運行在不安全的環(huán)境下。水電站存在的安全隱患主要表現為：

1）低壓機組控制柜無防護措施，帶電導體隨處裸露，直接威脅人身安全；

2）手電動調速器無安全防護措施，電動操作時極易造成人員傷害；

3）同期方式簡陋，電站非同期合閘事故經常發(fā)生；

4）低壓機組水電站升壓站防護不可靠，高壓電危及人身安全；

5）低壓機組水電站機組不裝剎車裝置，停機多靠木棍剎車；

6）為了木棍剎車方便，飛輪不設防護網罩；

7）防雷、接地措施不到位，危及設備安全；

8）缺少科學的維護方法，影響設備的使用壽命；

9）安全技術管理不到位，缺乏有效安全管理手段；

10）信息閉塞，對新技術、新材料的了解和應用接受緩慢。

4 小型水電站問題分析

4.1 安全技術和安全管理存在盲區(qū)

小型水電站裝機容量一般都比較小。上世紀70年代水電部分家后，由于沒有明確小型水電站運行管理的統(tǒng)一管理機構，全國除少數省份以外，大部分水行政部門只有水電站水能資源的管理權限，而沒有水電站運行的管理權限，電站的運行安全管理沒有專門的機構去監(jiān)督，電站內部運行安全事故的發(fā)生沒有得到管理部門應有的重視，有的地方存在電站安全技術管理的盲區(qū)。雖然每到汛期，水行政和安全管理部門都會到水電站進行檢查，但其檢查的重點一般側重于大壩的安全度汛，而對大壩安全監(jiān)測設備的缺失和水電站機電設備長期存在的安全隱患卻未引起足夠的關注。

在我國，可以參與小型水電站運行管理的還有發(fā)改委、經貿委、安監(jiān)局等部門，但實際情況卻不盡然。據介紹，最近幾年小型水電站的事故發(fā)生率僅次于煤炭行業(yè)，水電站運行管理成為燙手的山芋，誰也不愿意管。

4.2 新技術的推廣應用嚴重滯后

小型水電站過去在技術上的投入本來就不足，在新技術的應用方面則更為滯后。電站安全自動化技術在小型水電站得不到推廣，使得電站設備效率低下，安全事故頻發(fā)，既浪費了國家資源，又對運行人員的生命構成威脅。

小型水電站技術落后既有技術上的原因，也有管理上的原因，而從技術應用上對安全的漠視是影響新技術推廣的主要成因。最近幾年針對電站技術裝備落后的問題，從中央到地方都做了大量工作，水利部還專門出臺了《農村水電技術現代化指導意見》。在安全技術層面上，如大壩安全監(jiān)測設備裝設、壩區(qū)備用電源可靠性、電站安全自動化設備的配置等都應納入行業(yè)管理范疇，需要認真的加以監(jiān)督。

4.3 技術人員技術觀念陳舊

基層技術人員技術觀念陳舊問題，在農村水電行業(yè)普遍存在，也是制約小型水電站技術進步的主要原因之一。從1976年水電分家開始，小型水電站運行管理人員的技術水平呈逐年下降趨勢，由于沒有統(tǒng)一的技術管理部門，近30年小型水電站運行管理人員知識更新沒有實現與水電技術發(fā)展同步，造成基層管理人員技術觀念陳舊，知識面狹窄，對現代技術的了解嚴重滯后。加上農村水電行業(yè)信息不對稱，缺乏新技術交流互動平臺，必然對新技術的了解和接受存在一定的障礙。

在考察中經面對面交流，現任的小型水電站技術負責人普遍認為新技術不好掌握，微機自動化設備沒有常規(guī)設備可靠?；鶎蛹夹g人員技術觀念的陳舊和一些微機自動化設備廠家生產的產品存在不可靠、不穩(wěn)定的問題，使得新技術在小型水電站推廣應用經常受到抵制。

小型水電站技術人員雖然也同樣工作在缺乏安全保障的環(huán)境中，但他們對此視而不見，習以為常，自我保護意識淡薄。作為縣級水電行業(yè)的中堅力量，市、縣級農村水電技術人員是一龐大的技術群體，他們的技術觀念對行業(yè)的影響是巨大的。

4.4 潛在優(yōu)勢未引起重視

上世紀90年代以前建設的電站非生產用地面積較大，都建有完善的辦公區(qū)和生活區(qū)，比如天堂二級水電站占地面積約7萬多平方米。如何合理地利用這一潛在的優(yōu)勢，被考察電站的負責者并沒有對此引起重視。

5 水電站改造的思考與建議

1）中央和省級農村水電主管部門應有計劃的分期、分批組織對市、縣水電技術管理人員及水電站運行和管理人員進行必要的技術培訓，組織考察、相互交流學習，更新知識、開拓眼界，推廣先進管理理念、先進技術、先進設備和先進設計方法。

2） 組織專業(yè)技術力量，根據各省的特點認真編制小型水電站增效擴容改造技術文本（參考用），統(tǒng)一設計思想、統(tǒng)一技術標準、統(tǒng)一設備配置，統(tǒng)一改造方法，盡量減少不必要的浪費。

3）加大對小型水電站技術改造的安全技術應用方面的審查力度，不符合安全生產標準的設計堅決不予通過。

4）加大對小型水電站的設備安全檢查力度。

5） 建立設備安全淘汰機制，對存在危及人身安全隱患的設備要強制淘汰。

6）大力推廣新技術、新設備，對已不符合安全要求的設備可通過行政手段強制更換。

7）水電行業(yè)和安全主管部門要加大對設備生產廠家和電站的監(jiān)督力度，本著對人民負責的態(tài)度，對不具備安全可靠性的設備不容許生產，如：無安全防護措施的手動電動調速器、未通過3C認證的控制柜。對未配置具有安全性能的剎車裝置和安全自動化設計不完善的電站，應堅決不容許其投入運行。

8）在被考察的電站大多數職工是高中學歷和中專學歷，人員素質普遍偏低，要盡快推廣智能水電站技術，減少人為事故的發(fā)生，保障水電站的安全運行。

9）建立激勵機制，促進良性循環(huán)，對通過技術改造并提取足夠電站維護資金的電站，經水行政主管部門驗收合格的，發(fā)給電站使用證，可享受新電新價，并可獲得財政給予的適當經濟補助。

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