水電站(電力術語):水電站簡介,裝機規模,常見故障維修,預防措施,電氣自動化,主要

水電站由水力系統、機械系統和電能產生裝置等組成，是實現水能到電能轉換的水利樞紐工程，電能生產的可持續性要求水電站水能的利用具有不間斷性。通過水電站水庫系統的建設，人為地調節和改變水力資源在時間和空間上的分布，實現對水力資源的可持續利用。為了將水庫中的水能有效地轉化為電能，水電站需要通過一個水機電系統來實現，該系統主要由壓力引水管、水輪機、發電機和尾水管等組成。

水機電系統通過壓力引水管和水輪機的配合實現水能到機械能的轉換，利用水輪機和發電機的聯動關係最終實現利用水能進行電能生產的目的。水庫中水能轉化為電能的多少與壓力引水管管口處作用力大小密切相關，因此，水庫水量、水庫水位、壓力引水管傾斜角度等影響引水管管口作用力的因素直接影響著水能到電能的高效轉換。所以，水電站進行電能生產的過程，就是如何協調水庫和水機電系統之間以及水機電系統各部分之間的運行問題，水電站系統本質上就是一個水機電耦合系統。

基本介紹

中文名：水電站
外文名：Hydropower Plants
特點：清潔、高效、能量供給穩定充足
水電站系統：水機電耦合系統
系統組成：壓力引水管、水輪機、發電機等
原理：水能轉化為電能
領域：電力、發電
組成：水力系統、機械系統、電能裝置

水電站簡介,裝機規模,常見故障維修,預防措施,電氣自動化,主要內容,技術發展,重要意義,綜合套用,

水電站簡介

電力系統是現代化社會人們生活和生產不可或缺的動力能量，水力發電是電力工業的先驅者。我國是世界上第二大能源消耗國，而我國目前消耗電力的五分之四來自火力發電廠。利用火力發電會給生態環境帶來很大的影響。因此，我國迫切希望能夠建立大量水力發電廠，以替換原有的火力發電，以減少污染。我國河流、湖泊分布廣泛，落差巨大，蘊藏著豐富的資源優勢。

水力發電是我國電力工程中重要的組成部分，由於水力發電具有清潔、高效、能量供給穩定充足的特點，使水電工程受到越來越多的人的重視。水電站由水力系統、機械系統和電能產生裝置等組成。

我國水能資源優越，目前利用率很低，發展潛力巨大。水電項目可以很好的和防洪、抗旱、農業灌溉相調節，以促進社會繹濟效益所豐收。當然，水電站的建設可能存在對流域生態環境的影響，可以採取必要措施，使這些不利影響減到最小。和煤炭生產過程、專線運輸、發電過程中產生的種種環境問題比較起來，水電是一種對環境和生態影響小得多的清潔能源。如果把水電的巨大綜合社會經濟效益考慮在內，發展水電的優越性就更加突出。

裝機規模

對於有巨大未開發可再生能源的開發中國家，政府可以利用本土資源來為自己的國家提供電力、節約大量資源、實現社會經濟可持續發展。選擇可再生能源作為能源的來源的決策過程是複雜的，要考慮很多方面的因素，比如經濟、技術、環境和社會。因此，要得到清晰明確的解決方案是困難的。正是由於這個困難的存在，需要研發一種工具來設計可再生能源電站。這個工具應該能讓決策者包括政策制定者、監管機構、投資人及電力公司制定一系列方案，並從中選擇最能接受的方案。這個工作涉及需要根據多個準則來進行適當的技術評估以求得出一個折衷方案。

其中一個準則乃是水電站裝機規模的評估。對於給定的河流，本文提供了一個先進的初步確定水電站裝機規模的方法。應對技術參數、預計的發電量和用電規劃，將系統事故減至最小的能力、總的安裝、運行和維護費用，還有最重要的還是要根據用戶的需要把預期的電能提供給用戶，各方面建議都進行比較。

對於評估來說，最重要的是需要輸入數據的質量。對一個電站後續的分析要中考慮它的位置、集水面積、流量和水頭參數，以求得出一個最佳的裝機容量。最佳化方案的落實，計算出潛在的發電量並確定項目潛在的成本。

常見故障維修

（1）水輪機故障及維修辦法

水輪機故障指水輪機無法達到技術指標工作中的工作效果。

水輪機故障原因主要分為兩種：

一是水輪機中部分部件與磨損嚴重的部件老化程度嚴重，或侵入物質與周圍零部件摩擦導致故障；

二是由於水輪機部分零部件長期處於超負荷運行狀態，導致零部件出現局部變形或斷裂。

從上述分析中可發現，水輪機零部件長時間摩擦與超負荷運轉是故障的主要原因，同時，水輪機零部件質量不過關也是重要危險因素。

在水輪機故障維修中，首先要做好檢查，檢測磨損、變形、折斷零部件的位置，並記錄損傷原因；其次，根據水輪機型號選擇更換零部件類型，更換之後建議指派另一位維修人員進行二次檢查；最後，清理零部件周圍，降低侵入性物質對零部件的影響，同時，記錄下該設備中易於磨損的零部件，提高對此類部件的日常檢查、更換頻次。

（2）發電機組劇烈震動的故障與維修辦法

部分水電站發電機組在運行過程中會出現劇烈震動的情況，這一情況對水電站運行造成威脅。

發電機組劇烈震動的原因分為兩種：

一是由於電流流通時間偏長或三相負荷不平衡導致電氣震動；

二是受水輪機氣蝕的影響，水輪機與發電機之間的聯動環境改變，出現機組地腳螺絲鬆動、聯動部分不同心等問題，導致軸承軸瓦損壞、尾水管堵塞，最終引起震動。

長時間的震動極具危害性：震動會導致可控矽、勵磁機損壞或燒毀，嚴重時會導致電路跳閘，釀成嚴重的安全生產事故。

劇烈震動故障維修過程中，首先要對發電機組進行排查，分析引發震動的具體原因。在排查原因時可排查電流傳輸情況，根據電流實際指示判斷震動類型。三相負荷不平衡會是電氣震動的一種表現，若確定為電氣震動，可通過調節負荷、恢復負荷平衡的方式緩解振動情況；若電流指數正常，可判定為機械振動。處理機械振動時需要仔細排查機械等內部零部件情況，檢查是否某一零部件鬆動，將零部件加固後震動情況若無明顯緩解，則要考慮重新組合機組。

（3）水導瓦溫度過高引發的故障與維修辦法

水電機組水導瓦的溫度具有差異性，主要表現為：當發動機組滿負荷運轉時，水導瓦溫度中的溫差明顯；當發電機組運行恢復正常時，水導瓦的溫度會逐漸下降，此時水導瓦的溫度差異不明顯。但在實際運行過程中，部分水導瓦的溫度始終處於大幅度波動狀態，有時溫度會超過70℃。

同時，油槽與瓦面之間的距離不合理、油槽大小不適宜、油盆缺油也會導致水導瓦溫度過高。油槽尺寸不合理導致過油量嚴重不足，延長過油時間，影響水導瓦瓦面散熱，導致溫度上升；油槽缺油導致水導瓦在摩擦過程中產生的熱量無法散失。

導致水導瓦溫度過高的原因眾多，維修過程中必須要仔細檢查。檢查的核心是檢查水輪機主軸刨光、水導瓦表面鑄造是否出現問題。

檢查步驟為：

1）檢查發動機組維修記錄，並檢查水導瓦巴氏合金面；

2）若第一項檢查完全正常，則檢查油量是否充足；

3）若油量充足則檢查油槽與發電機瓦面的距離與質量。按照上述三種步驟，可準確查找導致水導瓦溫度居高不下的原因。

針對水電站發電機組存在的常見故障，發電站管理者必須採取有效措施，預防常見故障發生。為進一步提高發電機組工作能力，要對發電機組使用進行控制，並建立相應的信息庫，保證發電機組信息的完整。工作人員提出使用申請時，應核實發電機組使用信息資料庫裡面的發電機使用資料，對於工作人員的發電機組使用情況進行全面、客觀的評估，適度的實施發電機組使用計畫，將發電機組出現故障的可能降到最低。

預防措施

（1）儀器診斷預防在水電機組故障診斷中的套用

水電站發電機組預防措施必須堅持“高精準”原則，通過先進儀器展開檢查。儀器設備診斷法是指通過專業檢測設備、工具、儀器完成檢測，其中，發電機組結構構成、技術狀態(如間隙、振動頻率、聲波現象、紅外線)波形是診斷的核心部分。隨著儀器設備的套用於發展，能夠越來越準確的發現發電機組中的故障，並根據故障類型做出正確診斷，同時分析故障原因，實現線上檢測、精準檢測。

利用現代檢測技術與檢測儀器、設備完成檢測任務的檢測系統，在發電機組常見故障診斷、檢測中具有重要作用。同時，各種檢測設備、檢測技術都在不斷進步、發展之中。例如，以虛擬儀器技術為核心開發出來的發電機組檢測系統、發電機組故障診斷計算機分析系統、發電機組性能檢測與故障診斷系統等等。

（2）無損檢測技術在水電機組故障診斷中的套用

無損檢測技術是故障診斷中的重要技術，該技術在不破壞設備外殼的情況下完成設備檢測，並利用微型計算機準確觀察設備內部情況，具有效率高、經濟性強等特點。

無損檢測技術有以下幾方面優點：

1）無需拆除設備外殼，減少了傳統設備檢測工序，降低人為因素對設備檢測的影響；

2）無損檢測技術能滿足大多種類設備檢測工作，符合水電站設備眾多、型號繁多的事實；

3）無損檢測技術可在設備運行過程中完成檢測，降低了檢測工作對總生產的影響。

以水輪故障檢測為例，在檢測過程中，顯示屏中會呈現水輪內部各種零部件的實際情況，其中損傷、斷裂、老化的零部件反映出的圖像類型不同，檢測人員可根據圖像精準判斷問題零部件位置，為維修人員工作提供真實數據。

電氣自動化

改革開放以來我國經濟發展迅速，電力行業作業國民經濟發展中的基礎性行業也獲得了較大的進步，其中水力發電作為一種清潔環保電能生產方式越來越受到人們的重視。這就對水電站運行提出了更高的要求，水電站只有保證自身的穩定運行才能夠滿足不斷提升的發點要求。電氣自動化在水電站中的套用不僅能夠提升水電站運行得靠性，還能提生水電站的發電效率。所以水電站電氣自動化的套用是我國水電站發展的必由之路。

主要內容

（1）對水電站主要電氣設備的監視、控制、保護

輸電線路、變壓器、母線是水電站的主要電氣設備，水電站自動化的重要內容之一就是保護、控制、監視這些設備，並以它們的運行數據為依據對輸電線路是否暢通、母線是否異常、變壓器工作是否正常進行判斷。對於潛在的安全事故，電氣自動化系統能夠通過及時的設備故障排除有效避免運行故障，進而為供電安全工保證。自動保護的情況包括對發電機組不會立即產生危害的非正常情況；在發電機組過速並且調速器失靈等情況時太靠斷路器並關閉進水閘門。

（2）自動監測和控制電站水輪發電機組運行狀況

機組監控設備是實現水電站發電機組運行狀況控制和的主要設備，控制室計算機從監控設備及時接受機組的監控數據，根據預先設定的程式計算機對發電機組的運行情況進行判斷，並發出處理相應問題的命令。

（3）監視和自動檢測水電站輔助設備運行情況

實現水電站自動化技術的基礎之一是檢測水電站運行設備各項參數，其中控制設備、監測設備、控制節點是水電站輔助設備運行狀況自動檢測和監視的基礎，計算機接受輔助設定的。在實際運行過程中，雖然對部分對象進行控制時可發現其並未採取任何行動，被控對象依然能夠達到良好的控制效果，但需要說明的是，控制對象自身發生改變仍然可能使得控制效果難以達到預計目標。因此，在對電氣自動控制系統進行設計的過程中，必須以具體的系統設計原則為依據，對不同的被控對象進行全面分析，通過合理選擇或設計來提高對各類電氣設備的控制精度。

技術發展

（1）電氣自動化系統結構具有通用性的發展趨勢

要提升系統控制效率，實現電氣自動化系統的通用性具有十分重要的意義。因此，對企業而言，如何實現數據的共享，精準傳達數據信息是電氣自動化未來發展的趨勢之一。藉助信息網路技術等，各個管理層實現有效的控制與監督。並在系統規划過程中，實現辦公環境從生產、控制等全方位數據的共享。

（2）電氣自動化系統需要一個標準接口解決各類通訊問題

現如今電氣自動化普遍使用的信息平台為微軟公司技術標準體系，其中最常用的即為Windows作業系統。因此，將Windows作為主流的作業系統，將TCP/IP作為通訊標準，使得PC可以在一個自動的操作平台上有一個標準化的程式接口，以此來解決由於不同廠家不同型號接口所帶來的通訊問題。

（3）電氣自動化系統呈現市場化的發展趨勢

企業在運用電氣自動化的過程中，緊跟時代步伐，深化改革，集中自己的優勢力量培育和促進新興市場的形成。同時，企業還可以通過市場外包等方式，帶動相應的零配件生產集約化，逐步提升企業市場適應能力。產品市場化是有效的提升了資源配置的效率，同時有力的助力了產業的跨越式發展。

重要意義

（1）提升水電站運行的可靠性

發電站運行的根本任務是發電，在有效套用電氣自動化技術和設備的條件下，水電站對各個系統的檢測工作可以通過自動控制系統精確、快速、及時的實現。同時各個系統的運行數據還能夠被自動控制系統準確記錄，對於異常數據該裝置可進行自動報警，進而保證水電站運行故障的迅速排除。所以水電站電氣自動化套用不僅能夠形成對發電機組故障的有效預防，還可以防止水電站因發電機組故障而產生了運行事故，實現了水電站發電機組運行可靠性的有效提升。與此同時，在自動裝置控制、操作水電站發電機組和輔助設備的情況下誤操作能夠大幅降低，改變了過去由於工作人員誤操作產生運行事故的情況。

（2）保證電能質量

衡量電能質量的主要指標是電壓和工頻，電網系統中有功功率的平衡會決定了工頻，而電網系統中的無功功率則會對電壓產生決定性的影響。電網系統的運行狀況事實發生改變，只有在電氣自動裝置的控制和作用下發電機組工作狀態才能實現及時、準確調節，進而在規定的範圍內維持發電機組所發電能的電壓和工頻。

（3）提高水電站運行是的經濟性

只有水輪發電機的運行處於最佳狀態時，水電站才能提升運行的經濟性。當水電站具有多個機組時，要提升運行經濟性還要依據電網系統分配給水電站負荷大小和水電站的具體情況確定機組最佳運行狀態，通過最佳運行機組數量的確定實現發電效率的最大限度提升。對水電站經濟運行造成影響的因素較多，綜合性的利用水力資源是水電站運行的特點，在人為控制的情況下水電站經濟運行要求很難得到滿足。只有套用電氣自動化的條件下，才能夠通過水電站自動控制裝置的充分利用提升水電站運行的經濟性。

（4）提高水電站勞動生產率

通過電氣自動化的套用，水電站日常運行中的工作量大幅降低，只需要較少的工作人員就能實現水電站的正常運行，同時工作人員的勞動強度也得到降低，勞動環境得到有效改善。這種條件下的水電站運行、管理水平也獲得了大幅提升。與此同時，少量工作人員通過電腦對自動化設備進行控制和操作，不需要過多人員的參與，這樣水電站的電能生產成本和運行成本就得到降低，最終實現水電站勞動生產率的提升。

綜合套用

水電站電綜合自動化正向智慧型化方向發展，主要體現在水電站正向實現少人值班、無人值班的方向發展。水電站套用綜合自動化系統後，不再像以前擁有大量工作人員，計算機監測、計算等功能代替了部分人的工作。水電站可以根據實際情況適時的調整工作任務，如自動完成數據的採集和報表的列印。另外，水電站綜合自動化向著模組化方向發展，體現在水電站電氣自動化功能的模組化。每一個電氣自動化模組可以實現不同的功能，例如技術供水系統管理模組、調速器和發電機組系統管理模組等。不同的水電站根據自己的實際需求選擇相應的模組進行組合大大提高了水電站機組自動化控制的通用性和時效性。

水電站(電力術語)