摘要：農(nóng)村水電綜合能效較低，應(yīng)通過科學(xué)設(shè)計選型，優(yōu)化調(diào)度運行，修訂提高并網(wǎng)功率因數(shù)考核標準，做好無功功率就地平衡等措施，使電能損耗降低5%～10%，提高水能資源利用率，發(fā)揮出小水電的應(yīng)有效益。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)村 小水電 選型 設(shè)計

　　Abstract: rural hydropower low comprehensive energy efficiency, should through the scientific design selection of optimal scheduling operation, the revision improve grid power factor assessment standards, completes the reactive power balance and other measures to make electric power reduce by 5% ~ 10%, improve water resources utilization, and displays the small hydropower stations should have benefits.

　　Keywords: small rural hydropower type design

　　中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1水輪機選型與節(jié)能

　　水輪機的節(jié)能，最大方面是注重轉(zhuǎn)輪的最高效率和實際運行區(qū)的效率，現(xiàn)在水輪機轉(zhuǎn)輪的品種和規(guī)格很多，可以通過選擇轉(zhuǎn)輪型號和直徑，使水輪機在最優(yōu)工況運行，還可以在一個電站內(nèi)選擇不同型號和直徑的轉(zhuǎn)輪，甚至可選用不同類型的水輪機，如徑流引水式中水頭水電站，采用斜擊式與混流式水輪機混用，以保證兼顧流量變化的運行工況外仍具有較高的效率，而以前不注意能效，都按電站同一種轉(zhuǎn)輪考慮，臺數(shù)也盡量少選，更不考慮使用兩種類型水輪機。小水電的水輪機如能滿足并網(wǎng)運行時的穩(wěn)定性，就不宜配飛輪，而應(yīng)盡可能用兩支點形式，效率至少可提高1%。低水頭機組的安裝吸出高程應(yīng)盡量低，理論上雖有相應(yīng)規(guī)定，但實際上正吸出高程段尾水管的能量回收是很有限的，經(jīng)常產(chǎn)生低水頭機組的效率達不到，基本上都把尾水管的吸出高度計入設(shè)計水頭。另外就是要購買效率高質(zhì)量好的水輪機，雖好的廠家水輪機價格可能高10%，甚至20%，但水能轉(zhuǎn)換效率可提高3%～5%，以HL220-WJ-50型水輪機工作在52m水頭為例，效率差3%(好的水輪機效率可達89%，差的則達不到86%)也就是27kW， 發(fā)電裝機的綜合造價按5500元/kW計算，價值近15萬元，而水輪機出廠價相差不到3萬元，按機組年利用小時4000h計算，約1年就可收回增加的投資，質(zhì)量好的水輪機使用壽命也長，維修費用少，影響發(fā)電少，效益明顯。有的電站甚至購買舊水輪機使用，或老舊差的水輪機一直不進行更新改造，不僅經(jīng)濟上不合算，同時也浪費大量水能資源。

　　1.1 機組安裝高程的確定

　　水輪機的安裝高程不能超過水輪機允許的最大吸出高度，否則會引起水輪機轉(zhuǎn)輪的汽蝕、振動等不良現(xiàn)象，因而縮短機組的運行壽命。

　　(1) 臥式機組：▽安= Z下 + hs -▽/900 - D/2

　　(2)立式機組：▽安= Z下 + hs - ▽/900

　　式中 Z下——尾水渠最低水位(m);

　　hs——水輪機理論吸出高度(m)，查水輪機應(yīng)用

　　范圍圖及hs = f (H)曲線;

　　D——水輪機轉(zhuǎn)輪直徑(m);

　　▽——水電站廠房所在地的海拔高程(m)。

　　為了消除或減輕水輪機汽蝕，可將計算出的▽安降低0.2～0.3m確定安裝高程。

　　2 電氣主接線的擬定

　　小水電站的電氣主接線是運行人員進行各種操作和事故處理的重要依據(jù)之一。農(nóng)村小水電站裝機容量往往有限，一般裝機臺數(shù)不超過4臺，相應(yīng)電站的電壓等級和回路數(shù)以及主變的臺數(shù)都應(yīng)較少。考慮到小水電站(尤其是單機100 kW以下的微型電站)的機電 設(shè)備供應(yīng)比較困難，運行和管理人員的文化、業(yè)務(wù)素質(zhì)普遍較差，從進站到熟練掌握操作、檢修、處理故障及優(yōu)化運行等也有一個過程。因此，農(nóng)村小水電站的電氣主接線在滿足基本要求的前提下，應(yīng)力求采用簡單、清晰而又符合實際需要的接線形式。

　　對于1臺機組，宜采用發(fā)電機—變壓器組單元接線;對于2～3臺機組，宜采用單母線不分段接線，共用1臺主變;對于4臺機組，宜采用2臺主變用隔離開關(guān)進行單母線分段，以提高運行的靈活性。

　　3 電氣測量及同期裝置

　　并入電網(wǎng)運行的小水電站電氣測量應(yīng)包括：三相交流電流、三相交流電壓(使用換相斷路器和1只電壓表測量三相電壓)、有功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無功電能、勵磁電流和勵磁電壓等的監(jiān)視和測量。發(fā)電機的測量、監(jiān)視表計、斷路器、互感器及保護裝置等裝在控制屏上(發(fā)電機控制屏);電網(wǎng)的表計、斷路器、同期裝置等裝在同期屏上(總屏)。

　　4 提高水工設(shè)施能效

　　低水頭大流量的河床式、壩后式水電站，應(yīng)減少進水口和攔污柵水頭損失，進水口應(yīng)力求順暢，攔污柵應(yīng)采用寬面布置，不要太密，尾水渠要盡量寬深，調(diào)節(jié)水庫應(yīng)充分注意保持高水位運行。中高水頭的引水式水電站，盡量采用有壓引水，力求采用優(yōu)化調(diào)節(jié)運行，壓力管道截面要從節(jié)能降耗方面比較確定，特別是較長的管道，以等徑變管厚為宜。如某電站設(shè)計水頭220m，有壓引水鋼管長760m，額定引用流量0.63m3/s，在初步設(shè)計時選擇下段管徑為0.5m，厚度為10mm，上段管徑為0.6m，厚度為6mm，計算重量為82t，計算水頭損失為11.4m，最大損失功率55kW，年平均損失電能15萬kW·h，施工時采用上下段管徑均為0.63m，厚度為5-6-8-10mm，計算重量為86.5t，計算水頭損失減少為6m，最大損失功率為30kW，年平均損失電能為8萬kW·h，增加4.5t的鋼管，年減少電能損失7萬kW·h，一年半就可收回投資。

　　5 機組配套和運行節(jié)能措施

　　水輪機宜工作在最佳效率區(qū)，偏離該工況效率將大幅度下降，尤其是軸流式、貫流式和混流式，只有沖擊式水輪機最高效率區(qū)較寬，發(fā)電機則工作在額定功率(容量)的70%～90%范圍效率較多，綜合水輪機和發(fā)電機工作效率的特點，一般以水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線中最高效率點對應(yīng)的出力(如水頭變化范圍較大，按最大工作水頭計算)乘以電機效率，按發(fā)電機最佳負荷率0.9計，節(jié)能效果最好。有的設(shè)計人員經(jīng)常把電機配小，使之處于超負荷運行，被業(yè)主誤認為機組好，設(shè)計水平高，而實際卻是浪費資源，要么電機在高損耗區(qū)運行，要么水輪機在低效率區(qū)運行，始終沒有一個最佳效率區(qū)。就運行方式而言，日調(diào)節(jié)以上(有壓引水)的電站容易做到優(yōu)化高效運行，如是徑流(引水式)水電站，則應(yīng)通過選擇開大小容量的機組，適應(yīng)流量(發(fā)電出力)較多的變化，流量小到機組進入嚴重低效率區(qū)運行時，則應(yīng)利用前池(或修建不完全日調(diào)節(jié)池)和尾部渠道或引水壩共同短時蓄水，采用間歇開停機方式發(fā)電運行，保證機組具有一定的發(fā)電效率，尤其是反擊式水輪機組更為重要。另外還應(yīng)在值班廠房裝設(shè)水位落差觀測裝置，使水庫或前池在合理的水位范圍內(nèi)運行，壓力管道、壓力隧洞較長的應(yīng)盡量按平衡負荷運行，一般少承擔調(diào)峰，以利于節(jié)能。

　　6 變壓器選擇與節(jié)能

　　配電變壓器的選擇已介紹很多，從效率理論上講，當變壓器的可變銅損和固定鐵損相等時運行效率最高，現(xiàn)在一般1000kVA左右的S9型節(jié)能變壓器，空載損耗只有負荷損耗的16%(滿載總效率已達98.8%)，即負荷率在40%時效率最高，電站升壓變也是一樣，不要經(jīng)常處于滿載甚至超載運行，電站裝2臺機組，完全可選1臺升壓變，3臺機組可選2臺或1臺，4臺機組選2臺，容量選擇應(yīng)是機組總功率的1.25倍后再加大(或高靠)一個容量等級。如某電站裝機2×320 kW+1×200kW，選擇1臺1250kVA變壓器比選擇1臺1000kVA或選400kVA+630 kVA 各1臺合算。變壓器容量選大一個等級，運行壽命和可靠性都將提高，增加投資(減少電能損耗)的回收年限一般在3～5年。另選擇升壓變的變比要適當，一般比輸電線路的額定電壓高10%，通過調(diào)整無載分接開關(guān)，使發(fā)電機保持在額定電壓運行，不應(yīng)偏離太多，電壓過高或過低對節(jié)能都不利。

　　7 電線、電纜、高壓線路的選擇與節(jié)能

　　以前有色金屬較緊缺，選擇導(dǎo)線一般偏向按安全電流、電壓降、機械強度的原則，較少顧及經(jīng)濟電流和節(jié)能。而現(xiàn)在，則應(yīng)按增加導(dǎo)線截面而增加的投資(導(dǎo)體截面增加占輸配電總造價的比例不高)及減少電能損耗5年左右能回收的原則，選定導(dǎo)體截面，雖消耗有色金屬較多，但長遠的節(jié)能效益還是較為顯著的。應(yīng)盡量減少0.4kV配電路徑長度，農(nóng)村的小水電和用電戶往往比較分散，發(fā)供用各方應(yīng)統(tǒng)一布局10kV公用配電網(wǎng)，盡量減少迂回送電，送電路徑較長的10kV線路，應(yīng)在末端裝高壓電容補償，發(fā)電站基本少送無功功率，盡量保持額定電壓運行，運行電壓偏離太多對節(jié)能不利。小水電比較集中連片的應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一聯(lián)接后架線輸電，容量達1500kW、輸送距離在8～10km以上的可選擇輕型35kV線路送電，既節(jié)省投資又可節(jié)能。

　　8 結(jié)語

　　根據(jù)筆者實踐經(jīng)驗和做法，在微小型水電設(shè)計選型和運行中，如重視搞好節(jié)能工作，使綜合能效提高5%～10%完全可以做到，但是大多數(shù)時候沒有得到真正重視，有的是業(yè)主和設(shè)計人員在建設(shè)時共同做，有的是運行上的綜合措施，小水電規(guī)劃設(shè)計單位、機電設(shè)備生產(chǎn)廠、電力生產(chǎn)和供應(yīng)企業(yè)、發(fā)供電綜合監(jiān)管部門應(yīng)攜手共同努力，提高發(fā)變電設(shè)備的效率，優(yōu)化設(shè)計選型，科學(xué)調(diào)度運行。

　　參考文獻：

　　[1]李衛(wèi)賓;中小型水電站廠內(nèi)經(jīng)濟運行關(guān)鍵問題研究[D];鄭州大學(xué);2009年

　　[2]吳廣輝;聲發(fā)射技術(shù)在水輪機組故障診斷中的應(yīng)用研究[D];西安理工大學(xué);2009年