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(shè)促進了山區(qū)縣域經(jīng)濟的發(fā)展。幾十年來，小型水電站不僅幫助國家電網(wǎng)解決了大電網(wǎng)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(shè)時間的不同，機電設(shè)備的生產(chǎn)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(xiàn)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(diào)查研究工作，本文僅以湖北省的調(diào)研成果作為分析依據(jù)。

1 小型水電站考察

根據(jù)《中共中央國務院關(guān)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(nóng)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(diào)研，取得了第一手資料。按水利部要求，1995年以前投產(chǎn)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(shè)，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(shè)小型水電站是從黃岡地區(qū)麻城縣（大坳電站）開始，本次調(diào)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(xiàn)狀

上世紀50年代制訂的《全國農(nóng)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(shè)，以逐步解決農(nóng)村用電要求”。根據(jù)當時的需求，湖北省各地結(jié)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(nóng)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(shè)備配置差異較大，運行管理水平參差不齊。由于維護經(jīng)費很難到位，設(shè)備得不到應有的維護，使得機電設(shè)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(shè)資金短缺的影響，還受整體機械制造水平和機電設(shè)備設(shè)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(jīng)常發(fā)生，很多電站的實際出力一開始就達不到設(shè)計要求。在被考察的電站中，主機設(shè)備出力不足、發(fā)電用水浪費現(xiàn)象普遍存在，而且十分嚴重。當年在電站的建設(shè)設(shè)計中力求設(shè)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(shù)的實現(xiàn)。

改革開放以來，為了解決電站主機設(shè)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(shè)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(zhuǎn)輪和自動化改造方面，而對主機已經(jīng)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(diào)速器部分

上世紀80年代前投運的水電站，調(diào)速方式多種多樣，主要有全手動調(diào)速器（俗稱手動操作器）、手動電動調(diào)速器（俗稱手電操）、機械和電液常油壓全自動調(diào)速器、微機常油壓調(diào)速器（多為對電液轉(zhuǎn)換部分進行局部改造）。在對全國的水電站考察中發(fā)現(xiàn)，全手動調(diào)速器和手動電動調(diào)速器使用較多，常油壓全自動機械調(diào)速器、常油壓全自動電液轉(zhuǎn)換調(diào)速器、常油壓微機調(diào)速器和微機高油壓調(diào)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(diào)速器、常油壓全自動電液轉(zhuǎn)換調(diào)速器、微機常油壓調(diào)速器和微機高油壓調(diào)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(wǎng)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(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備，也是實現(xiàn)現(xiàn)代化管理的必備設(shè)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(xiàn)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(shù)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(zhì)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(shè)。這些現(xiàn)象在新建的小型水電站也同樣存在。

2.4 輔助設(shè)備部分

由于考察的基本是國有水電站，高壓機組在輔助設(shè)備的投入比較大，設(shè)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(shè)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(gòu)，但由于閥門電動機構(gòu)選型不合理，容易造成閥門的過關(guān)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(gòu)設(shè)計不合理，從而選擇采用液壓機構(gòu)，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(shè)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(chǎn)的仿蘇產(chǎn)品——最老式的黑殼繼電器，這種產(chǎn)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(shè)計中，對廠用電的設(shè)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(shè)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(shè)備安全問題，也有人身安全問題。小型水電站的安全設(shè)備技術(shù)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(jié)構(gòu)，低壓機組水電站的新、老低壓成套控制設(shè)備均未經(jīng)過國家3C認證。

在安全自動化方面，電站的設(shè)計基本沒有認真的考慮過。例如：手電動調(diào)速器取代手動調(diào)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(diào)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(shè)計應考慮之列，電站的安全自動化設(shè)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(shè)計時就沒有考慮專用的電力通信，特別是10千伏上網(wǎng)的電站，沒有專業(yè)的通信設(shè)備。由于電站與調(diào)度的交流是利用電信公網(wǎng)市話作為通信手段，所以電力調(diào)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(shè)的水電站，由于沒有配套的相關(guān)規(guī)范，電站在建設(shè)時都沒有考慮在水工建筑物中埋設(shè)安全監(jiān)測設(shè)備。本世紀建設(shè)的水電站，因為建設(shè)管理缺失，雖然在水工建筑物中埋設(shè)了安全監(jiān)測設(shè)備，但埋設(shè)方法不正確，已埋設(shè)的很多傳感器在施工中就已經(jīng)損壞，保留的大多不能正常工作。雖然國內(nèi)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(shè)備

上世紀80年代前建設(shè)的水電站，主機及輔助設(shè)備經(jīng)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(shè)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(shè)備，實際運行不到30年就不堪重負。設(shè)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(xiàn)象。

調(diào)速器和勵磁設(shè)備受數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展的影響，設(shè)備的技術(shù)更新速度加快，造成原有的設(shè)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(shè)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(shè)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(xiàn)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(diào)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(jīng)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(shè)防護網(wǎng)罩；

7）防雷、接地措施不到位，危及設(shè)備安全；

8）缺少科學的維護方法，影響設(shè)備的使用壽命；

9）安全技術(shù)管理不到位，缺乏有效安全管理手段；

10）信息閉塞，對新技術(shù)、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(shù)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(gòu)，全國除少數(shù)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(quán)限，而沒有水電站運行的管理權(quán)限，電站的運行安全管理沒有專門的機構(gòu)去監(jiān)督，電站內(nèi)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(shù)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(cè)重于大壩的安全度汛，而對大壩安全監(jiān)測設(shè)備的缺失和水電站機電設(shè)備長期存在的安全隱患卻未引起足夠的關(guān)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(jīng)貿(mào)委、安監(jiān)局等部門，但實際情況卻不盡然。據(jù)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(shù)的推廣應用嚴重滯后

小型水電站過去在技術(shù)上的投入本來就不足，在新技術(shù)的應用方面則更為滯后。電站安全自動化技術(shù)在小型水電站得不到推廣，使得電站設(shè)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(gòu)成威脅。

小型水電站技術(shù)落后既有技術(shù)上的原因，也有管理上的原因，而從技術(shù)應用上對安全的漠視是影響新技術(shù)推廣的主要成因。最近幾年針對電站技術(shù)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(nóng)村水電技術(shù)現(xiàn)代化指導意見》。在安全技術(shù)層面上，如大壩安全監(jiān)測設(shè)備裝設(shè)、壩區(qū)備用電源可靠性、電站安全自動化設(shè)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(shù)人員技術(shù)觀念陳舊

基層技術(shù)人員技術(shù)觀念陳舊問題，在農(nóng)村水電行業(yè)普遍存在，也是制約小型水電站技術(shù)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(shù)水平呈逐年下降趨勢，由于沒有統(tǒng)一的技術(shù)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(xiàn)與水電技術(shù)發(fā)展同步，造成基層管理人員技術(shù)觀念陳舊，知識面狹窄，對現(xiàn)代技術(shù)的了解嚴重滯后。加上農(nóng)村水電行業(yè)信息不對稱，缺乏新技術(shù)交流互動平臺，必然對新技術(shù)的了解和接受存在一定的障礙。

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

小型水電站技術(shù)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(nóng)村水電技術(shù)人員是一龐大的技術(shù)群體，他們的技術(shù)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(shè)的電站非生產(chǎn)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(nóng)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(shù)管理人員及水電站運行和管理人員進行必要的技術(shù)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(shù)、先進設(shè)備和先進設(shè)計方法。

2） 組織專業(yè)技術(shù)力量，根據(jù)各省的特點認真編制小型水電站增效擴容改造技術(shù)文本（參考用），統(tǒng)一設(shè)計思想、統(tǒng)一技術(shù)標準、統(tǒng)一設(shè)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(shù)改造的安全技術(shù)應用方面的審查力度，不符合安全生產(chǎn)標準的設(shè)計堅決不予通過。

4）加大對小型水電站的設(shè)備安全檢查力度。

5） 建立設(shè)備安全淘汰機制，對存在危及人身安全隱患的設(shè)備要強制淘汰。

6）大力推廣新技術(shù)、新設(shè)備，對已不符合安全要求的設(shè)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(shè)備生產(chǎn)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(shè)備不容許生產(chǎn)，如：無安全防護措施的手動電動調(diào)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(shè)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(shù)職工是高中學歷和中專學歷，人員素質(zhì)普遍偏低，要盡快推廣智能水電站技術(shù)，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(shù)改造并提取足夠電站維護資金的電站，經(jīng)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(jīng)濟補助。

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