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探討農村中小水電站機電設備發展狀況
0、引言
我國是一個農業大國，農村經濟的發展對整個國民經濟的發展起著很重要的作用，而農村能源是農村經濟發展的重要方面。在農村能源中，電力對促進農村經濟發展、改善人民生活水平起著尤為重要的作用。在農村興建一些水電站，既有利于水土治理和保護生態環境，又能夠解決農村的用電問題，是一條切實可行的道路。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，為國民經濟的發展和人民生活水平的提高做出的巨大貢獻。隨著中小水電農村電氣化建設的發展，我國在機電設備建設科技進展方面取得了非常突出的成績，成功地研發出了一些適應性強、專業技術硬的設備，促進了中小電器農村化的發展。
1、中小水電主機及輔機設備發展狀況
1.1 中小型水輪發電機組中小型水輪發現機組目前已經比較成熟，實現了系列化、標準化和普及化。但隨著機電設備的飛速發展，也存在一些轉輪應及時更新換代的問題，以便有效地填補型譜。發電機具有本身效率高的特點，其改進的潛能不是很多，而水輪機卻恰好不同，它具有相當大的研發空間，能夠較大程度地改進。近年來，一些省市的機電廠研發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 輔助設備以及自動控制設備以前，中小水電機組的進水閥大部分采用點手動或球動控制閥，當發生突發事件時，由于用電的缺陷，往往不能及時地自動關閉閥門，造成不必要的損失。為了解決這一缺點，近年來研制出一些自動閥，如重錘式蝶閥、球閥，這樣不僅實現了自動關閥，而且可以做到管閥時間可以調控，能分段關閉，以此避免水壓過高造成的機組運行不正常，收到了良好的效益。對于在電網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、價格低廉、維護簡單的Tc型操作器，其性價比相當高，能夠利用彈簧自動關閉水輪機，也可分段關閉，可進行頻率調節。
水電站長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，一般工期較長，建設采點較難。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點，即在機組電負荷快速關閉時，調壓閥及時快速開啟，將原通過機組的流量從調壓閥中排出;在機組關閉后，調壓閥可以自動地慢慢關閉，使得水的流動呈現連續的線性變化，防止水壓的突然升高，同時機組快速關閉，防止飛車。
機組自動控制系統也有很突出的改進。機組智能自動控制調節保護系統能夠更進一步地確保機組的完善，提高機組的運行水平，使之能安全自動關閉，不僅保護種類齊全，而且質量很高。除此之外，操作維護所需空間小、工作量低，實現無人自動控制，是值班的理想設備，同時也很大程度改良了老式機電站技術。機組自動控制系統的具體功能有：單機運行方式可使機組按給定頻率和給定電壓運行，并網運行方式可使機組按給定功率和功率因數運行;機組可進行自動準同期并網或手動準同期并網;可按前池水位運行;機組具有過電流、過負荷、過電壓、欠電壓、過速、低頻、技術供水中斷、軸承溫度過高、軸承油位過低氣壓下降、導葉剪斷銷剪斷等保護，且事故停機還可無線報警。對于0.4 kV低壓機組智能型自動控制調節保護系統，可與低壓一次屏組合在一起，也可分開用于老電站技術改造。6.3 kV高壓機組智能型自動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改造。
2、電網輸配電設備及控制設備
2.1 節能變壓器目前，農村電網中高損耗變壓器占了農村地區的一半以上。近幾年經科研人員及有關專家的不懈努力，相繼開發出了一系列的節能變壓器。有的主要性能指標已經接近或達到了國際同類市場所要求的指標。為了滿足農村電網調壓需要，還開發出了一系列的有載調壓變壓器，進行分級調壓，以達到穩定次級電壓的目的，不僅提高了供電的質量，還保證了用電設備的安全高速運行。
2.2 微電腦無功補償屏對于感性負荷重的線路，其缺點非常明顯，即無功電流偏大，從而引起線損增加，為了解決這一問題，需要進行無功補償，減少線路無功電流，減少線損。現在較普遍采用的是負荷端用電力電容屏進行無功補償。較先進的無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，同時還具有過電第19卷第6期2012年流、過電壓保護等功能，在同類產品中性能卓越。
2.3 六氰化硫斷路器在農村電網中，六氰化硫開關電器是目前性能較好的電器之一，也是最有前途的發展方向之一。斷路器采用六氰化硫氣體作為絕緣和滅弧介質，其特點是性能優異、額定參數高、電壽命和不檢修周期長，且沒有水災危險，結構簡單可靠，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、可降低工程造價的特點。它的缺點是六氰化硫斷路器本身價格要高于油重合器。
2.4 模式化變電站隨著農村中小水電及電網的發展和新技術、新設備的開發應用，原有變電站模式及設計技術已漸顯過時。其主要缺點是設計計算復雜繁瑣，設計周期長，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。模式化變電站以戶外型為主，一次設備采用小型商l生能開關電器設備、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，減少戶內、戶外設備的占地面積，可節省土建投資。由于集控臺等為成套設備，其二次設計非常簡單，僅提供接口設計即可，由工廠完成整套設計制作，相應地在現場安裝調試時間也很短，維護工作量小，自動化程度高，運行可靠，運行費用低。因此，小型化戶外模式變電站是今后發展方向。
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I/O口采集斷路器和隔離開關的狀態及變電站運行參數，進行處理，并輸出有關指令，通過通訊接口實現遙測、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點開關量輸入信號，128點模擬量輸入信號，64點脈沖量輸入信號及128點開關量輸出信號，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，進行聲光報警。對線路可進行過電流、電流速斷、過負荷、低電壓閉鎖保護，對主變壓器有差動保護、過電流保護、電流速斷保護、零序保護、重瓦斯、輕瓦斯、超溫等保護動作，并跳閘或信號可測量電流、電壓、有功功率、無功功率 頃率、功率因數等模擬量及有功電量、無功電量計量，具有報表及事故打印功能，是農村變電站戶外式、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的高壓水輪發電機組單元、容量小于500 kW的低壓水輪發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控制調節保護系統，電站應配置具有優化運行功能的監控裝置。實現無人值班或少人值班。對于具有縣調自動化系統的農電網，骨干電站應配置遠方控制單元RTU。其中，容量大于800 kW的高壓水輪機發電機組近期配置模式為： 自動關閉進水口閥門(閘門)、高效率水輪機、高教率發電機、水輪機調速器、高壓開關柜、高壓機組智能型自動控制調節保護系統及同電站監控系統相連的接口，可實現無人值班或少人值班。容量小于500 kW的低壓水輪發電機組近期配置模式為： 自動關閉進水口閥門(閘門)、高效率水輪機、高效率發電機、水輪機電手動操作器或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控制調節保護系統，及同電站監控系統相連的接口，可實現無人值班或少人值班。
4、結語
隨著社會的不斷發展進步，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保、便于管理的特點，它在農村的普及已成必然，在以后的設備研發中，必須不斷加強機器的靈活性和可操控性，只有這樣，才能跟上時代的進步，電機設備才能在整個水電工程中發揮出應有貢獻。
參考文獻：
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