水电站设计论文大全11篇

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1.资料的审查

水文资料是水文分析计算的依据，它直接影响着此次设计洪水计算的精度、可靠性，是设计洪水计算的基础。该项工作包括资料的可靠性、代表性和一致性审查三个方面

1.1资料可靠性分析

古田溪一级水库以上有大桥、前垅、达才、钱板、平湖（源里）等5个水文站和十五个雨量站。资料每年按规范要求整编和送福建省水文总站汇审，具有良好精度。建库后，电厂对一级水库库水位、泄洪、发电、下游水位、入库站流量均有系统完整的观测记录，因此用水量平衡法反算入库洪水，是可靠的。

关于古田溪历史特大洪水调查先后进行过两次，第一次是1954年7月水电总局101工程勘测队开展的，沿溪测量了1952年特大洪水痕迹，同时还调查了1948年洪水。第二次是1956年9月上海院会同古田水文站进行的，调查和推算了1952、1931、1948年特大洪水。1964年上海院最后确认一级水库坝址1952、1931、1948年特大洪水洪峰流量依次为4200、3430、3170m3/s，估计1952年洪水重现期约为80~200年，1931年约为30年，1948年属一般洪水。1964至今36年来尚未发生比1931年更大的洪水，因此，可将1952年的洪水重现期认定为116-236年，平均约为180年；1931年约为60年。特大洪量的重现期难于调查，除一天洪量与洪峰流量关系密切可认为与洪峰同频率外，其它洪量重现期均难以确定，从安全考虑将作一般洪水看待。

1.2资料一致性分析

根据防洪计算要求，设计洪水应为建库条件下的入库洪水，对此进行调洪计算，推求设计洪水位和校核洪水位。因此必须把1931、1946~1958年建库前的实测坝址洪水和1959年建库后实测的库水位、泄流、发电资料全部转换为入库洪水，以保证洪水系列的一致性。坝址洪水转换，参照华东院1987年研究成果，入库洪水与坝址洪水的洪峰流量、一天洪量、二天洪量、四天洪量的比值分别为1.16、1.04、1.00、1.00，按此将建库前实测的坝址洪水转换为入库洪水。建库后的入库洪水，按照下述水量平衡方程反算：

式中是时段的平均净入库流量（即已扣除了水库的蒸发、渗漏损失），取1小时；、分别为时段初、末的蓄水容积，由库水位纪录查库容曲线求得；为溢洪道泄流和发电流量之和，分别由泄流记录和发电负荷纪录计算。

1.3资料代表性分析

一级水库洪水系列具有1946~1958年的实测流量记录和1959年至今反算的入库洪水，洪水系列长达50多年，如图1所示，包括多个丰枯周期性变化（每个周期约11年左右），并有可靠的历史特大洪水资料，具备了良好的代表性要求。

以上表明，一级水库洪水系列具有良好的可靠性、一致性和代表性，根据设计洪水计算要求，可以采用由流量资料推求设计洪水。

图1多年洪峰流量变化过程

2．设计洪峰洪量计算

2.1洪水频率分析

古田溪一级水电站为二级工程，按规范确定大坝设计洪水标准为100年一遇，即p=1%；校核标准为千年一遇，p=0.1%。

按规范要求，考虑特大洪水作用，对一级水库入库洪峰、洪量系列按统一样本法计算经验频率，按矩法初估统计参数—均值、Cv和Cs，分布函数选用P-Ⅲ型，最后以适线法确定理论频率曲线，如图2为洪峰流量的理论频率曲线，得设计洪峰、洪量见表1：

表1古田溪一级水库入库洪水频率计算成果表

项目

成果名称

洪峰流量

Qm(m3/s)

洪量W（106m3）

一天

二天

四天

统计参数

均值

1719

66.1

91.3

122.6

Cv

0.49

0.46

0.45

0.43

Cs/Cv

3.5

线型

P-Ⅲ

设计值

频率

（%）

0.1

6370

229

310

399

1

4622

169

229

298

图2一级水库洪峰流量理论频率曲线

3.设计洪水过程线推求

采用典型洪水同频率控制放大法推求设计洪水过程线，即首先选择典型洪水，然后按推求的设计洪峰、洪量对典型洪水进行放大。

古田溪属山溪性雨洪河流，洪水由暴雨形成，溪水源短流急，暴涨暴落，降雨分布常常不均匀，洪水峰型以双峰和多峰居多。年最大洪水发生在3~10月，以5月下旬至7月中旬和9月居多，前者多为锋面雨，后者常为台风雨。根据洪水特性和工程设计要求，从一级水库实测资料的入库洪水中，选择了前八位的大洪水年份，即1966，1990，1977，1988，1968，1974，1982和1992年的洪水过程进行比较分析，最后从中选择了两个典型：(1)1966年9月洪水发生时间比较靠后，地区分布上主要来源于上游，是晚期大洪水典型；(2)1992年7月5日~9日洪水，属多峰型洪水，峰、量都很大，尤其洪量无论在一级水库还是在区间均居第二位，地区分布上区间较大，是主汛期大洪水典型。据以往分析，对一级水库防洪起决定作用的是设计洪峰和一天洪量、二天洪量、四天洪量，因此以设计洪峰、一天洪量、二天洪量和四天洪量为控制，分段放大典型洪水过程线，在保持时段设计洪量不变的条件下进行修均，即得某种典型计算的设计洪水过程线（见图3、图4,）。

图3设计洪水过程线(66年9月型)

图4设计洪水过程线(92年7月型)

4.结论

从以下几个方面看，此次复核计算成果是比较合理可靠的，可作为下一步研究提高汛限水位可行性时调洪计算的依据。

1、实测洪水从1946-1999年，历时54年，超过洪水设计规范要求的不低于30年的要求，并有丰富可靠的洪水调查成果，为正确计算奠定了牢固的基础；

2、古田溪属典型山区性河流，洪水陡涨陡落，其洪水统计参数Cv随统计时段增长而逐渐减小，符合洪水变化的一般规律；设计洪水统计参数——均值、（=W/T,W为历时T的洪量）、Cv、Cs/Cv随统计历时的变化，均有很好的规律性；

3、各频率曲线综合在一张图上，彼此协调，不会出现相互交叉现象；

4、与上下游及相邻流域洪水频率分析成果比较，一级水库的设计洪水统计参数与相关线（地区经验公式）配合紧密，符合洪水的地区变化规律。

5、与1987年、1993年洪水复核成果相比（见表2），虽稍有偏大，但相差甚微，说明成果是相当稳定可靠的。

表2古田溪一级水电站洪水复核成果比较

复核年份/复核单位

P=0.1%

P=1%

Q

W1

W2

W4

Q

W1

W2

W4

1987/华东院

6110

239

311

374

4470

173

228

295

1993/武水

6330

219

300

386

4610

162

223

290

2001/武汉大学

6370

229

310

399

4622

169

229

298

注：Q代表洪峰流量，单位为m3/S；W1、W2、W4分别为一天、二天、四天洪量，单位为106m3。

Abstract:WestudythefeasibilityofheighteningthelimitingwaterlevelduringfloodseasonaboutthefirstcascadedpowerstationGutianxi,itbaseonthenewhydrologicaldataandoperationalrecordofthepowerstationafterbuildingreservoirin1959.Scientificallyprobethecalculationmethodofreservoirflood、dealwiththeextraordinaryflood、analyzingtherepresentationofdata、frequencyanalysisandassaytherationalityofresults.Insuretheresultsofcalculatingthedesignfloodofthefirstcascadedpowerstationisaccurateandreliable,makethesturdybasefordeeperstudythefeasibilityofheighteningthelimitingwaterlevelduringfloodseason.

Keywords:Feasibility；Designflood；Calculate；Analyzetherationality

作者简介：陈刚（1977—），男，湖北孝感人，助理工程师，从事水文水资源工作。

参考文献：

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渠道断面的选择非常重要，在实际操作过程中，要根据实际地形状况进行合理的设计。如果地面的坡度相对较大并且起伏比较频繁，则一般选择窄深式的断面，有些该种形式的断面可以添加一定的盖板，这样不仅能够减少砂石降落到渠道中而且能够在很大程度上防止坡面的滚石发生状况。这种渠道的优点比较多，比如:能够在冬季寒冷的条件下减少水热量的散失，从而使得冰盖能够处于稳定的状态。如果渠道处于比较宽敞的地面上，而且具有较强冻胀性能的基面，地下水位较高，则一般选择宽浅式断面。在实际的设计过程中，如果在渠道的沿线有泉水，那么就将相应的泉水引入到水渠之中，可以在很大程度上提高渠道的水流量，使得结冰机率大大降低。

1.2渠道纵坡的设计

在渠道设计过程中，纵坡的设计水平非常关键。渠道纵坡的设计对于水流速度具有决定性的作用。一般来讲，如果纵坡的设计较为平缓，则其很容易堆积淤泥，使得杂草等能够迅速地生长，从而影响渠道的输送水能力。而如果纵坡的设计很陡，则渠道在使用过程中，很容易受到较大冲击，很容易破坏。因此，相关设计人员要合理设计渠道的纵坡。在结冰盖的运行过程中，设计人员要根据水能的具体状况、地形条件以及工程造价的实际情况，对纵坡进行合理的设计。在输排冰运行的过程中，相关工作人员要将全段设计得比较陡些，使得输冰的流速达到相关的标准，而后段施工则需要在排冰闸前30m的缓流段进行，以此满足相关排冰速度的要求。

2引水式水电站压力前池的设计

在渠道的设计过程中，相关工作人员要加大压力前池的设计力度，这对于提高渠道的整体质量具有重要的影响。

2.1前池布置

在压力前池位置的选择过程中，为了提高水电站的实际运行效果，前池不要选择填方或者是地基不稳的部位，而应该尽量选择在天然地基比较好的地基上。这种设置能够在很大程度上避开顺坡的裂隙发育地段以及滑坡的出现。在前池的设计过程中，要对水文地质条件进行认真勘查，尽量减少甚至消除前池建设之后对于高边坡以及相关建筑物造成的负面影响。这样就能够避免滑坡以及沉陷情况的发生，确保下游的厂房以及前池的安全。为保障渠道水流平稳地进入前池，应考虑尽量使前池进水室的中心线与引水渠道中心线平行或接行，使水流顺畅，减少水头损失；还能使其引导和控制水流向压力管道平稳过渡和均匀配水。前池与引水渠道末端的连接段，在平面上应两边对称，其扩展角一般限制在10°以内；底边纵坡适宜选用1∶3～1∶5的斜坡，与前室底板连接。前室宽度约为进水室宽度的1.5倍左右，前室长度可取前室宽度的2.5～3.1倍。引水渠道末端应尽量避免弯道，如难以避免时，则宜在弯道终点与前池入口间设直线调整段，或加设分流导向设施。前池中的水流流速要求一般≤0.8m/s，以便泥沙沉积下来，通过排沙孔排走，阻止冰块、冰凌进入压力水管。为提高前池的排冰效果，可在进水室前设一道挡冰板，挡冰板底部应伸入到前池冬季最低运行水位以下50cm，能够有效防止冰凌进入进水室。

2.2前池水位

在中小型水电站前室正常水位的确定过程中，可以将引水渠道设计流量时的渠末水位作为其正常水位。而水电站在运行过程中，如果其突然甩开全部负荷，那么此时的最高涌波就作为前池的最高水位。而前池的最低水位指的是，在枯水期最小引水位发电流量时相对应的水位。在实际水位确定的过程中，相关工作人员要经过多次试验，并且按照严谨的操作步骤进行操作，以期获得最佳的水位数据，从而为引水式水电站的设计施工提供科学严谨的数据支撑。

3水电站装机容量选择

3.1无调节水电站最大工作容量的确定

在水电站装机容量确定的过程中，需要对无调节水电站最大工作容量进行确定，N水，工=N保、无=9.81ηQ设H设，其中：N水、工=保证出力（按历史设计保证率）;N保、无=9.81ηQ设H设；Q设—设计枯水日平均流量（m3/s）；H设—相应的日平均净水头。

3.2日调节水电站最大工作容量的确定

当水电站担任日负荷图峰荷部分时，在作图日电能累积曲线上a点向左取ab，由b向下作垂线交日电能累积曲线于c点。由c作水平线与日负荷图相交，求出日电站的工作位置，如图1所示。其中，ab＝E保、日，bc＝N水、工。

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2、对小型水电站引水系统进行优化设计的必要性

小型水电站工程在实际开发展具有良好的经济价值与应用前景，是水利水电工程领域中一种较为先进的流域开发方式，可以作为未来水利水电工程建设的成功案例进行参考。由于该小型水电站工程需要引用上级电站的发电尾水，上级发电站的发电尾水为14．76m3/s则基本可以达到其设计引用流量的87%左右，如果在该小型水电站设计阶段可以将这一部分尾水直接引入引水隧洞，由于这一部分尾水的清洁度较高则不需要设置底格栅栏坝引水廊道和沉砂池，这对降低该小型水电站首部的工程量与成本投入有着重要作用。

本文认为梯级水电站中上一级水电站与次一级水电站不仅存在电力联系，水力联系也是梯级水电站设计过程中不能忽略的一个主要因素，虽然电网负荷的平衡、机组躲避振动区、机组出力限制等方面会对其产生约束，同时也要满足防洪、灌溉、航运、生活及工业用水等多个社会方面的需求。因此，该小型水电站引水系统优化设计过程中，设计人员应充分考虑电离平衡、水量平衡、区间径流以及尾水衔接等多项问题，该梯级流域中上下2级水电站在设计中均设置了带有调压室的长隧洞，所以在引水系统优化设计中要充分考虑其缺少一个稳定的无压过渡段，再加上优化设计中由于要涉及到上下2级水电站不同的运行方式，所以要实现水力过渡这一过程是一个相对复杂的内容。

该小型水电站在运行过程中由于其引用流量的87%都是来自上级水电站，所以两所水电站的负荷变化容易对彼此之间产生影响，上级水电站在正常运行中如果突然丢弃全部负荷，则会导致该小型水电站在运行中的发电引用流量随之不断降低，这会导致该小型水电站需要通过立即关闭全部机组来避免其受到影响。如果导叶或调速系统在该种情况下发生故障，则要立即采取关系碟阀的措施来及时完成停机处理，才能避免该小型水电站的压力隧洞进水口不会因进气对系统产生影响，所以在充分考虑上下游两级水电站平顺连接和该小型水电站调节性能的要求，本文认为应该采用无压隧洞的优化设计方案来做为两级水电站的过渡段，避免该小型水电站在联合运行过程中因引水隧洞进气或水压过大而发生一些安全事故。

3、小型水电站引水系统的优化设计方案

3．1首部枢纽的优化设计

该小型水电站上级水电站尾水池后利用有压引水箱涵将尾水引入到左岸取水口处，引水箱涵在设计阶段以地下室暗涵的方式作为主要结构形式，其设计标准为长32m、宽7．1m、高3．4m的钢筋混凝土地下室暗涵，并通过分为2孔的方式进行布置，单孔的设计标准为宽2．3m、高2．4m。钢筋混凝土引水箱涵主要布置于沉沙池下游干砌石海漫段，在施工过程中要采用砂卵石对其进行分层碾压确保其密实度，底部需要通过合理设置盲沟排水来满足其运行要求，过水表层通过浇筑埋石混凝土来确保其整体性能可以满足运行要求。弼石沟来水需要经过沉沙池后才能进入到左岸取水口，这样便可以与上级水电站尾水会合后流入到该小型水电站的引水隧洞。

3．2 引水隧洞的优化设计

该小型水电站引水系统优化设计过程中需要对引水隧道的局部构造形式进行调整，将引水隧洞结构形式由原设计方案的马蹄形有压隧洞调整为城门洞形的无压隧洞，同时也要将城门洞形无压隧洞的设计标准调整为底宽3．1m、直墙高3．4m、最大净高4．41m，并且要将整个隧洞的进口底板高程控制在2292．8m，隧洞在施工过程中需要采用混凝土或钢筋混凝土衬砌，并要通过加固围岩来确保其整体稳定性，利用锚杆与固结灌浆来确保整个引水隧洞的结构强度可以满足运行要求。本文在优化设计中充分考虑到无压与有压隧洞之间连接的平顺，避免小型水电站运行中因上级水电站丢失负荷而出现无压隧洞封顶的事件，则要在有压隧洞与无压隧洞结合处通过设置侧堰溢流建筑物和溢洪道，并要通过将施工支洞改为泄洪洞来满足其整体运行要求。

3．3泄水隧洞的优化设计

为了满足该小型水电站运行需求则要将施工支洞改为泄水隧洞，泄洪隧洞在设计过程中要以垂直引水隧道方向进行布置，这样便可以溢流下泄的多余水量通过其排放到冲沟，然后汇入到主河中避免其对该小型水电站的整体运行状况产生影响。溢流侧堰与泄水隧洞在设计过程中要按照机组全甩负荷工况下的泄流量为标准，为了在设计过程中可以对洞室横向宽度进行适当的调整，进一步降低整个洞室在开挖施工中的施工难度，并要充分考虑侧堰只需要在小型水电站甩负荷时发挥泄流作用，所以在优化设计阶段采用薄壁堰作为主要的结构形式，将堰顶高程要控制在高出正常水位近0．1m左右，这样才能满足该小型水电站甩负荷时的整体运行要求。同时也要对与溢流堰后泄水陡槽相连接的泄水隧道形式进行优化设计，本文认为其可以采用城门洞形来满足整个系统运行要求，其设计标准为底宽1．7m、纵坡8．2%，这样便可以确保其泄流量达到16．88m3/s时泄洪隧洞的水深可以控制在1．174m左右，完全可以满足整个小型水电站引水系统的运行性能要求。

4、小型水电站引水系统优化设计结果分析

该小型水电站在优化设计中将有压隧洞前设置底坡为12．4%的无压过渡段，则可以作为上下两级水电站在运行过程中的无压引水与有压引水的连接过渡，其设计标准为长101.34m、底坡12．4%、前81．34m，其后20m部位则要作为一个平段，断面尺寸在设计过程中要与有压隧洞的断面尺寸保持高度一致。该小型水电站引水系统经过优化设计后，其底部栅栏坝的底宽优化为6．0m，沉沙池的净宽也优化为7．5m，其平均工作水深也优化为5m。进过对该小型水电站引水系统的整体优化设计，有效降低了施工单位在该小型水电站施工过程中的首部整体工程量，同时技术人员经过计算可以确定该小型水电站在采用无压隧洞后，上级水电站丢弃负荷后可以确保其有压隧洞在12min以内不会进入空气，这一段的时间完全可以做为该小型水电站在上级水电站故障后的应急事故处理时间，与原方案相比该优化后的方案设计不仅可以有效降低工程量，同时也对加强该小型水电站的管理与机组运行效率有着重要作用。

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1水轮机的选择

水轮机是水电站一个十分重要的设备，水流的动能和势能转换成机械能就是通过水轮机来实现的。水轮机选择合理与否，直接影响到机组的效率和运行的安全性、经济性。

1.1机组台数的选择

农村小水电站机组台数与电站的投资、运行维护费用、发电效益以及运行人员的组织管理等有着密切的关系。通过多年设计和运行经验表明：农村小水电站机组台数一般为1～4台，且型号应尽量相同，以利于零部件通用和维修管理方便，其中每座电站2台机组居多。

1.2水轮机型号的选择

水轮机型号的选择合理与否，直接影响到水轮机的运行效率、汽蚀和振动等。选择型号时，既要考虑水轮机生产厂家的技术水平和运输的方便程度，又要确保水轮机常处于较优的运行工况，即尽量处于水轮机运转特性曲线图的高效区。尤其是机组运行时，水头的变化不要超过水轮机性能表的水头范围，否则会加剧水轮机汽蚀和振动，降低水轮机效率。

1.3机组安装高程的确定

水轮机的安装高程不能超过水轮机允许的最大吸出高度，否则会引起水轮机转轮的汽蚀、振动等不良现象，因而缩短机组的运行寿命。

（1）卧式机组：安=Z下+hs-/900-D/2

（2）立式机组：安=Z下+hs-/900

式中Z下——尾水渠最低水位（m）；

hs——水轮机理论吸出高度（m），查水轮机应用

范围图及hs=f(H)曲线；

D——水轮机转轮直径（m）；

——水电站厂房所在地的海拔高程（m）。

为了消除或减轻水轮机汽蚀，可将计算出的安降低0.2～0.3m确定安装高程。

2电气主接线的拟定

小水电站的电气主接线是运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据之一。农村小水电站装机容量往往有限，一般装机台数不超过4台，相应电站的电压等级和回路数以及主变的台数都应较少。考虑到小水电站（尤其是单机100kW以下的微型电站）的机电设备供应比较困难，运行和管理人员的文化、业务素质普遍较差，从进站到熟练掌握操作、检修、处理故障及优化运行等也有一个过程。因此，农村小水电站的电气主接线在满足基本要求的前提下，应力求采用简单、清晰而又符合实际需要的接线形式。

对于1台机组，宜采用发电机—变压器组单元接线；对于2～3台机组，宜采用单母线不分段接线，共用1台主变；对于4台机组，宜采用2台主变用隔离开关进行单母线分段，以提高运行的灵活性。

3电气测量及同期装置

并入电网运行的小水电站电气测量应包括：三相交流电流、三相交流电压（使用换相断路器和1只电压表测量三相电压）、有功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能、励磁电流和励磁电压等的监视和测量。发电机的测量、监视表计、断路器、互感器及保护装置等装在控制屏上（发电机控制屏）；电网的表计、断路器、同期装置等装在同期屏上（总屏）。

4保护装置

农村小水电站主保护装置的配置应在满足继电保护基本要求的前提下，力求简单可行、维护检修方便、造价低及运行人员容易掌握等。

4.1过电流保护

单机750kW以下的机组，可以采用自动空气断路器的过电流脱扣器作为过流及短路保护，其动作整定值可以通过调整衔铁弹簧拉力来整定，整定值一般为发电机额定电流的1.35～1.7倍。为了提高保护的可靠性，还可采用过流继电器配合空气断路器欠压脱扣器作过流及短路保护，继电器线圈电源取自发电机中性点的1组（3只）电流互感器，继电器动作值亦按发电机额定电流的1.35～1.7倍整定。

原理：当发电机出现短路故障时，通过过流继电器线圈的电流超过其动作值，过流继电器常闭接点断开，空气断路器失压线圈失电而释放，跳开空气断路器主触头，切除故障元件——发电机。

4.2欠压保护

当电网停电时，由于线路上的用电负荷大于发电机容量，此时电压大幅度降低，空气断路器欠压线圈欠压而释放，跳开空气断路器，以防电网来电造成非同期并列。

4.3水阻保护

当发电机因某种原因(如短路、长期过载、电网停电等)突然甩负荷后，机组转速会迅速升高，这种现象叫飞逸。如果不及时关闭调速器和励磁，可能造成事故。一般未采用电动调速的农村小水电站可利用三相水阻器作为该保护的负荷。

水阻器容量按被保护机组额定功率的70%～80%左右考虑。如果水阻容量过大，机组甩负荷瞬间，将对机组产生较大的冲击电流和制动力，影响机组的稳定，严重时可能造成机组基础松动。反之，如果水阻容量过小，达不到抑制机组飞逸转速的目的。水阻器采用角钢或钢板制成三相星型、三角型均可。

对于单机125kW及以下的电站，水阻池内空，以长为机组台数×（0.7～1）m，宽为（0.7～1）m，深为0.6～0.8m为宜，同时考虑机组容量大小，应在短时间内（如3～5min）不致于将池中的水煮沸。

在调试水阻负荷大小时，应在水中逐渐施加水阻剂，调试水阻负荷，直到达到要求为止。

4.4变压器过载、短路保护

变压器高压侧采用跌落式熔断器（或SN10-10型少油断路器）作过载、短路保护。运行经验表明，额定电压为6～10kV的跌落式熔断器只能用在560kVA及以下的变压器,额定电压为10kV的跌落式熔断器只能用在750kVA及以下的变压器。当变压器容量超过750kVA时，应采用油断路器。跌落式熔断器熔丝按下列公式选择：

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2大中型水电站电气防误系统设计

2.1微机防误系统

2.1.1微机五防技术原理

随着计算机技术的发展，微机五防技术开始应用于水电站设备防误中，在水电站的高压开关设备上应用比较广泛，主要用来防止发生电气误操作的装置设备。一般由主机、模拟屏、机械编码锁、电气编码锁、电脑钥匙等元器件所组成。现在的微机防误闭锁装置的设备大概可以分为四个大类：开关、闸刀、地刀、拦截网，这些设备都是通过了机械编码和电气编码来实现的闭锁，这些设备的闭锁程序需要专业的编程人员来进行编写。现代微机五防系统是在计算机以及网络技术上孕育而生的，它通过软件以五防为原则来管理在现场采集的大量适时数据，并联动发出相应的电气设备动作指令，从而实现数字化的防误闭锁，也可以实现从前很难实现甚至是无法实现的防误能力，这种技术的产生应该说是电气设备防误闭锁技术中的一次革命性的改革。

2.1.2微机设计方案

①对于水电站内所有的开关都置于实遥信，并且微机五防同水电站的监控系统共享一个数据库，并且可以取消设计电气回路的闭锁，所有的防误功能都让计算机来完成，这样就有效的防止了走空程。②对于站内的所有开关都置于虚遥信，并且微机五防同水电站的监控系统共享一个数据库，并且可以取消设计电气回路的闭锁，防止错误功能全部由微机五防系统同间隔电气闭锁回路来共同完成操作，这就要求微机五防系统必须要有防走空程的措施。

2.2微功耗无线网络防误系统

2.2.1系统组成

通过以上分析，微机防误系统还存在的不足，应用微功耗无线网络技术很好地弥补了这一点。基于微功耗无线网络的防误操作系统由站控层、间隔层、过程层3部分构成，包括防误闭锁主机、网络控制器、锁具及附件、通信接口等部分。整个系统以性能可靠的无线网络作为通信方式，网络控制器为防误闭锁主机、无线电脑钥匙、遥控闭锁装置在水电站内搭建了一个实时在线网络系统。

2.2.2基本原理

在微机防误闭锁系统的基础上，引入一种新技术，即微功耗无线传输模式，形成一种新的防误系统，其将无线电脑钥匙与五防主机实时连接起来，防误闭锁主机与无线电脑钥匙以及现场锁具之间可以实时通信，实现了操作任务执行状态的在线传输及跟踪监控，特别是实现了在线方式下的实时闭锁逻辑判断功能，即系统跟踪设备状态及遥测等信息的变化，实时进行闭锁逻辑判断，根据判断结果，实时控制无线电脑钥匙的操作过程，有效提高运行人员的工作准确性及效率。离线、在线2种运行模式互为冗余，系统更加安全可靠。整个系统具有定时自检和手动巡检功能，随时发现潜在的故障隐患而发出报警，便于工作人员快速处理，消除隐患。

2.2.3具体设计方案

微机防误闭锁系统是一种非常有效的防误系统，其具体设计方案如下：当操作时，无线电脑钥匙通过无线网络接收主机下达的操作指令，按照预演正确的顺序显示当前操作项，运行人员依照无线电脑钥匙提示的设备号依次解锁：对于遥控闭锁继电器，无线电脑钥匙通过无线网络发送解锁申请给五防主机，五防主机通过系统总线直接解锁相应的遥控闭锁继电器，遥控闭锁就地解锁，运行人员可直接进行操作；对于编码锁，将无线电脑钥匙插入相应的编码锁内，若实时闭锁逻辑正确，则开放其闭锁机构，运行人员可就地操作设备的倒闸操作；若锁码错误，系统禁止操作，并在主机界面弹出报警窗口，给出禁止操作的原因，同时通知无线电脑钥匙相关信息。若有控制室和现场交替操作时，运行人员无须返回控制室，在现场用无线电脑钥匙通过无线局域网回传给五防主机，五防主机自动将已经操作过的设备状态进行刷新，然后按原模拟顺序解锁下一步操作。运行人员在主控室操作完成后，五防主机再通过无线网络传输下一步的操作给现场的无线电脑钥匙，由等在现场的运行人员继续进行手动设备的操作。如此反复，避免了运行人员的来回跑动，同时控制室对现场手动操作设备的状态的实时性得到及时掌握。

2.3基于蓝牙技术的无线网络化防误系统

为了完成防误系统与监控系统的资源共享，实现网络化远程解锁监控操作，完善防误系统解锁监督机制，需设计独立的防误系统蓝牙无线网络，并与水电站原有监控系统实现连接，达到资源共享目的。一方面可以防误系统从保护测控获得系统，另一方面，保护测控也可由蓝牙防误系统获得信息量。

2.3.1匹克网的应用

①间隔层设备匹克网应用。为了实现蓝牙无线网络建立，为防误系统提供独立的可靠的信息通道，先在间隔层利用蓝牙技术进行无线通信。各蓝牙设备必须先组成匹克网，再由匹克网组成散射网。本系统设计为主变测控保护、母联测控保护、馈线测控保护、公用测控装置4个匹克网，以此类推，并补保护测控单元、动力变保护测控单元以及通用测控单元和交直流单元分别各自组成匹克网，然后这几个匹克网再组成散射网，与蓝牙主机控制器接口（HC）I进行通信。②蓝牙执行器的匹克网应用。对于现场执行单元，它是防误系统原始开关量（开关、刀闸位置）的采集端口，是现场实际设备解锁与闭锁操作的执行单元，同样需要有可靠的信息通道，因此，对本系统设计为开关、母线刀闸、线路刀闸、母线刀闸与开关间接地刀闸、线路刀闸与开关间接地刀闸5个匹克网（若设备较多，则还可扩充匹克网），这5个匹克网再组成一个大的散射网。

2.3.2硬件设计

蓝牙模块硬件结构：蓝牙技术中，主要有蓝牙芯片组和蓝牙模块两种形式，但最终都能实现蓝牙的无线通信和链路管理功能；蓝牙模块将射频、基带、链路管理器和HCI层集成到了一块芯片上，通过RS232、USB等总线接口实现HCI（主机控制器接口）指令交换。无论是蓝牙基带控制器还是蓝牙模块，都集成了HCI层，作为控制蓝牙芯片各种功能的唯一手段，高层应用也需要使用HCI层与蓝牙芯片进行通信。另外，水电站一个间隔内的各个防误锁具进行实时的控制（解锁或闭锁），是要用弱电控制强电，设计可采用（MOC3051M）可控硅来实现弱电对强电的控制，可靠性好、寿命长而且方便实用。

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1引言

随着我国水电行业的快速发展，各种大小水电站的数量与日俱增。每一个投资单位都希望尽快得到回报，在这种情况下，保证水电站安全、稳定地运行是投资回报的基础。机电设备作为水电站的重要组成部分，是实现盈利的基础，直接影响着水电站的经济效益。因此，做好水电站的维护检修工作，对保证水电站的经济效益至关重要。

2维护检修管理水电站机电设备的意义

维修检修水电站机电设备是一项非常重要工作，水电设备能否正常运行与之息息相关，所以必须做好维修、检修管理水电站机电设备的相关工作，使机电设备与水电企业的正常运行得到保证。管理机电设备的维修检修工作时，生产技术管理人员通过相应的实践，提高了自我分析及处理问题的能力。在实际工作中，生产技术管理人员在很大程度上提高了自己的技术水平和管理能力。所以，借助于维修检修管理机电设备，技术革新和技术升级在管理过程中的突破，不仅改善水电站设备的整体运行状况，还可以在很大程度上提高机电设备的利用率与企业效益。此外，企业还可以利用这种方式对人才进行培训、储备，提高其技能水平和管理能力。因此，企业可以储备大量丰富的人力资源，给企业将来的发展提供强劲的智力支持。

3维修水电站机电设备的方法

1)水电站故障的维修。这种维修是事后对水电站的维修，即一旦发现水电站设备出现异常情况，必须以最快的速度停止机器运作，实施维修。2)定期维修电站。也是对电站的预防维修，维修的时间以水电站设备运行时间或当量时间间隔为依据，因此，此种维修是不管水电站设备的状态是怎样的，规定的维修时间一到就要停机维修。3)水电站的优化性维修。此种维修方法是分析水电站运行设备出现故障的根本原因，然后进行优化设计和技术改造，从而使水电站运行设备的性能得到优化。4)维修水电站设备运行状态。对水电站运行设备运行状态进行监测，然后以检测出来的状态信息为依据维修水电站设备运行状态，对运行设备的状态进行推测，确定运行设备是否带故障工作，在运行设备发生故障前维修。

4机电设备优化方案、维修制度与技术方面的完善

4.1在制度层面上的完善维护

制定机电设备的维修制度时，要将设备的实际使用情况、出现或可能出现的故障作为依据，使设备在运行时得到有效的维护维修，保证设备的使用性能得到一定程度的提高[1]。除此之外，还要以设备的生产厂家提供的使用说明为依据制定机电设备的维修以及维护制度，维护工作的安排要以水电站的日常运行状况为依据，尤其是要制定比较合理的定期预见性检修方案。比如：水电站中1台机电设备的使用期限是10000h，那么为了防止出现意外情况，将故障危险扼杀在萌芽状态，要缩短机组的检修周期，使其检修周期比使用期限少200h，此外，还可以采用一些检修措施对已经形成的故障进行处理。因为水电站机电设备的特点是其特殊性与复杂性，所以可以将检修工作分步骤进行：即现场检修设备、预防性检修设备分步骤进行。如果在操作人员使用设备时发现了异常情况，负责人要求对设备进行相应的检修，就是设备的现场检修，这种检修状态是一种被动的状态；如果目前运行状况良好的设备也需要进行适当的日常维护和检修，那么就是机电的预防性检修。换句话说，是处理和维修设备将来可能出现的故障，此种处理和维修方式具有较强的前瞻性，在水电站设备检修管理工作中的作用较大，同时，维修管理工作必须要重视预防性维修工作的强化，目前，这种前瞻性的维修方式成为主要的维修方式。

4.2维修管理方案的完善

现阶段，比较偏僻的地方是一些水电站最佳的选址位置，但是这些地方的交通运输不方便、经济和文化等都比较落后。因此，在水电站运行过程中，遇到阻碍是比较常见的情况，尤其是对设备进行维修和管理时，可能工作难度更大。因此，我们必须尽力完善相关的维修设备的管理方案，开设对专业的培训课程培训设备的操作人员、设备的维护人员以及维修人员等，保证可以掌握更多的设备应用技能与工作技能。设备运行时，定期对其进行诊断，及时发现设备故障并采取有效措施将问题解决。生产技术部门要制定合理的维修方案，但是制定的标准为机电设备的使用说明、机电设备的内部构造、机电设备的运行环境，这样制定的维修决策就可以发挥出很大的作用。

4.3更新机电设备时要将技术的先进性放在重要位置

保证水电站的机电设备的及时更新，以保证设备的正常运行。现阶段，有一部分水电站的运行时间较长，而这些水电站的发电设备购买的时间已经很长了，且更新换代的工作没有落实到位，所以设备在运行过程中经常会出现各种各样的故障，最终严重影响了机组的工作效率。因此，必须采取措施加快更新设备的力度。进行设备的更新时，技术先进、设计科学、操作简单便捷、性价比高的新型设备是最佳的选择对象，这些设备将旧的发电机组替换可以使设备的运行状态保持正常[2]。为了提高水电站设备的整体运行水平，需要不断提高设备的可靠性与先进性。

4.4GIS机电维护管理系统的应用

开发与研究GIS系统的机电维护管理系统,可以实现机电设备维护管理的规范化、制度化、可视化、网络化以及统一化,同时机电设备维护的管理方法、维护规程、评测办法等也可以被制定出来。机电系统的管理可以实现有效性与科学性,设备故障可以得到及时修复,各类机电设施的可靠运行可以得到保证;水电站的安全生产可以得到真正实现,企业生产管理水平得到提高,国家和人民生命财产的安全得到保障[3]。图1展示的是GIS技术维护管理实施结构图。图1GIS技术维护管理实施结构图GIS系统在实际管理过程中可以实现以下几种管理功能：1）基础地理信息和机电设备专题信息被系统分成若干图层,图层的选择以需要为依据,图层的任意叠加可以在计算机内实现,数据的操作工作可以实现。图2所示的是专题图层。图2专题图层2）对地图的操作。水电站地图的操作有多种方式，如开窗放大或缩小、漫游、全图的显示、标识或导航、刷新地图、设置背景、控制图层等操作,对图形的控制力增强。3）查询设备信息。该系统按点定位和表述设备,并以此为基础进行动态查询。以管理需要为依据，系统对设备进行点查、区域查询，这些操作体现为设备在一定区域内的分类信息,准确了解设备的信息。4）查询区域设备。管理部门查询与统计某一地区的设备,用户分析一定区域内的设备选择的是范围工具(如半径、矩形方式)框选,当前区域内正常运行的设备、需维护设备、维护中设备、超期使用设备的数目都可以获得，并用专题图的形式将其所占的比例表达出来。5）查询设备预警。以设备维护标准为依据提前报警需要被维护的设备,指导维护人员维护指定的设备,保证设备的使用寿命得到延长。6）查询的条件。系统检索统计各类设备可以以提供的条件为依据,然后将其定位在地图上,并且查询结果用高亮显示,同时统计表也被显示出来。7）查询设备定位。以维护人员的报修电话或者设备名称为依据,将故障设备的位置确定,利用逐步或连续逆向推图法将相关设备调出,将设备出现故障的原因调查清楚,并进行综合分析,制定解决方案[4]。8）分析专题图。由于管理部门关心的问题不同，所以不同类型的专题可以被制定,比如比较各车间设备运行情况的图,包括该区域内的正常设备、维护中设备、需维护设备以及超期使用的设备,同时包括若某一设备出现了故障哪些设备会受其影响等专题。

5结语

总而言之，在水电站机电设备维护管理过程中，除了要制定完善的管理方案和管理措施外，还要积极引入现代化的管理技术和管理设备，只有这样才可以防患于未然，才可以保证机电设备安全、稳定的运行，从而提高企业的经济效益。

作者:汪浩 单位:四川凉山水洛河电力开发有限公司

【参考文献】

【1】董磊.浅谈机电安装工程的施工技术与质量控制[J].中小企业管理与科技,2014(27):116-117.

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2.维护水电站机电设备的重要性

根据水电站的生产模式而言，由于机电设备投资为一次性投资，机电设备管理中的成本支出并不用考究原材料的市场波动问题，因此，水电站的日常管理成本控制通常为机电设备的维护和检修。倘若水电站机电设备出现异常，未能得到立即的处理，则其中的安全隐患会在使用中加剧，从而降低机电设备的使用期限，或者出现停机现象，该将提升机电设备的维修成本。因此，现阶段水电站机电设备维护的主要措施为科学有效地把检查、分析、维护、检修等综合，采取合理地检修管理提升机电设备的稳定性、安全性，以减少突发事故的的成本支出。有效的检修管理能提升水电站机电设备的使用效率，于水电站运行过程中倘若机电装置能够较好的配合，可确保水电的稳定生产和运用。而水电站其中一台装置产生异常，都会直接影响着整个水电站的生产的体系，进而降低工作效率。所以，水电站运行需要科学合理地检修技术来保障全部系统的安全性，确保各生产环节更加顺利实施。

3.水电站机电设备维护检修工作的类型

3.1水电站维修预防。针对设备运行期间容易引发故障的位置加强维护，所制定的维修方案也要具有可行性。维修是预防故障最有效的方式，通过加强日常维修护理，磨损现象可以及时处理，并不会对设备运行使用造成影响。水电站的发电任务也能够实现。机电设备日常运行中，维护人员通过对运行状况进行观察，能够发现是否存在异常现象。日常维护是最有效的管理方法，定期检验设备各零部件的磨损情况。主轴在运行期间如果受到泥土垃圾的影响，会出现严重的磨损，设备不能正常运转，定期清除垃圾可以避免此类问题发生，维护技术落实后因故障维修造成的成本支出也会因此而减小。3.2水电站的事后维修。虽然已经制定的完善的维护计划，但水电站中机电设备众多，很难保障不会有故障发生。发现问题后需要第一时间处理，判断引发故障的原因，以及问题所在位置，这样才能够制定有效的维修方案。技术人员要将每次故障以及维修产生的参数变化记录在资料中，不断总结经验，通过优化对比选择效果明显并且成本支出合理的维修方案。事后维修是对机电设备安全问题的最后补救，因此开展形式要具有科学性。3.3水电站改良性维修。水电站中使用年限久远的设施要及时更换处理，也可以针对局部问题来进行优化，对零部件进行更换，引进先进技术，这样能够提升设备使用安全性。对基础设施进行改进虽然会产生一部分费用，但运营阶段能源损耗问题也能因此得到治理。水电站的改良性维修，是利用先进的科学技术对设备进行改革，设备的先进性也要跟着不断更新和创新，对设备进行技术性的改革，使设备的功能得以更好的发挥。

4.提升设备维护检修管理水平的措施

4.1提升维护检修技术。由于部分水电站的机电设备较为陈旧，使用的时间较长并且运行效率较低，因此机电设备需立即进行更新和升级，确保水电站的正常运行。此外，针对维护检修管理中，维修人员和操作人员均需紧跟时代的发展步伐，不断地学习全新的维修技术、操作技术，尽量做到一边升级机电设备，一边升级全新的维修技术，把操作简洁、效果明确的技术运用到设备检修管理中，从而提升维护检修工作的整体水平。4.2健全水电站检修机制。水电站机电设备管理需创建一套完善而健全的维护检修机制，结合水电站的管理特色以及根据机电设备进行考究，制定适合水电站发展的维护检修制度。创建检修机制可考究以下几个方面：（1）根据设备生产厂家的说明实施设备维护，从而制定合理的维护检修措施。（2）平常需设计几套应急预案，以解决突发性故障，以及避免出现手忙脚乱的情况。（3）按照机电设备的运营情况实施检修期的更改，灵活地帮助设备提升使用效率，从而完善水电站设备管理机制。4.3根据地区条件明确维护检修措施。具体的维护检修工作中，需针对不同的运行条件实施明确的维护检修措施，以及维护决策，而水电站的技术管理部门，实时地对机电设备运行的状态实施考究，将气候环境、地质条件、设备条件等因素进行综合研究，设定相对应的维护检修措施，进而保障维护工作的有效性，以及检修工作的及时性，最后才能确保水电站管理机制的合理性，以及维护检修工作的有序进行。4.4制定和健全有关机电设备维护和管理的规则制度。在日常的管理工作中，需要根据设备不同情况进行分析：首先是对设备进行管理的要求，根据工作中积累的经验可以看出，厂家提供的说明对于设备维护计划的制定和进行时十分重要的；其次，制定切实可行的应急预案也是十分必要的，对于设备可能出现和发生的突发故障提前做好应对措施，做到有备无患；第三点，可以利用设备在工作过程中的状态做出适度的检测和维护，由此做出切合设备真实情况的可行性维护方案。这样有利于设备在正常的使用期限内便可以完成检测，更好地实现对事故的预防性管理。

5.结语

通过对水电站机电设备安装和检修工作的探讨，水电企业管理人员和工作人员可以得出一套较为完整、合理、有效的实施方案去解决现实工作中的问题，在保证机电设备安装质量的同时，减少设备出现故障的概率，防患于未然。

作者:史卫宁 单位:中国水利水电第十一工程局有限公司

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2研究方法

在上述电源发展规划和电力需求水平基础上，运用电力系统电源扩展优化的方法研究分析2025年广西抽水蓄能电站的经济建设规模。即拟定不同规模抽水蓄能电站与其他形式电源组合的电源建设方案，在同等满足系统电力电量平衡和调峰平衡的条件下，进行电力系统仿真模拟运行，计算统计各方案系统长期运行的主要技术指标和经济指标进行比较和分析，并以电力系统总费用现值最小为原则优选方案，确定系统抽水蓄能电站的经济建设规模。

3抽水蓄能电站的经济建设规模

3.1电源扩展方案拟定

抽水蓄能电站的主要作用是调峰，因此本文研究考虑2025年广西电力系统扩展一定规模调峰性能较好，在满足系统电力电量平衡的同时可以改善系统调峰的扩展电源组合方案分别进行系统仿真模拟运行。在表1的电源方案基础上，拟定广西电力系统2025年不同扩展电源组合比较方案见表3。

3.2主要电源技术经济参数

3.2.1燃煤火电技术经济参数广西区内各类火电机组主要技术经济参数见表5。3.2.2抽水蓄能电站技术经济参数根据广西抽水蓄能电站前期工作成果，建设条件较好的几个抽水蓄能电站的单位千瓦投资在3820～4400元/kW之间。广西抽水蓄能电站主要技术经济参数见表6。3.2.3气电技术经济参数燃气机组主要技术经济参数见表7。3.2.4各类电源年运行费（1）火电机组年运行费取项目建设投资的3.5%（不含燃料费）。（2）抽水蓄能电站年运行费取项目建设投资的2%。（3）燃气轮机年运行费率取项目建设投资的3.0%（不含燃气费）。

3.3系统模拟运行和计算原则

（1）全网负荷备用取最大负荷的3%，旋转、停机事故备用分别取最大负荷的5%、4%。（2）根据负荷特性，尽量将电源装机安排在电网负荷较轻时检修，并尽量做到检修安排均衡，使系统有充足的备用容量。原则上按照丰水期检修火电、枯水期检修水电来安排机组检修。（3）根据广西电力系统特点，按枯、平、丰三个水文代表年分别进行仿真模拟，枯水年控制电力平衡，平水年控制电量平衡，丰水年控制调峰平衡。在丰水期负荷低谷时段，允许系统通过弃水调峰的措施达到调峰平衡。（4）模拟运行周期按50年，系统总费用现值按照社会折现率8%，逐年费用均折现至第1年年初计算，计算期内根据设备的寿命期考虑重置投资。

3.4电源扩展优化结果及分析

根据前述原则和参数，对拟定的2025年不同电源扩展方案进行电力系统模拟运行，并计算统计主要技术经济指标，结果详见表8。根据表8的模拟运行计算统计成果，对各电源扩展方案进行初步的技术经济分析比较。（1）在同等满足系统电力电量平衡的情况下，方案Ⅱ~方案Ⅴ的系统总装机容量均比方案Ⅰ小，其中以方案Ⅳ的系统总装机容量最小。说明系统配置一定规模调峰性能好的燃气或抽水蓄能电站，具有较好的容量替代效益。（2）以平水年为例，方案Ⅱ~方案Ⅴ与方案Ⅰ相比，系统水电调峰弃水由6.06亿kW•h分别减少至3.65亿kW•h和0，火电在汛期的平均调峰深度由43.1%分别降至42.4%～24.4%，火电装机年利用小时由4226h分别提高至4304～4768h。说明系统配置一定规模的燃气或抽水蓄能电站，可以有效缓解系统的调峰压力，减少水电弃水并减轻火电调峰深度和提高火电的利用小时。（3）根据电源扩展方案Ⅰ~方案Ⅴ的电源建设投资、运行费（包括燃料费）以及计算周期内所需的设备重置费等，计算各方案50年运行期系统总费用现值。方案Ⅱ（扩展燃气轮机1200MW+燃煤火电）的系统总费用现值最高，可见，以广西的经济发展水平和资源条件，发展燃气电站调峰并不经济。方案Ⅲ~Ⅳ（扩展抽水蓄能电站+燃煤火电）的系统总费用现值均较方案Ⅰ（扩展燃煤火电）省，即广西建设一定规模的抽水蓄能电站可以缓解电网的调峰需求与提高电网运行的经济性。依据电力系统总费用现值最小为优选方案的原则，电源扩展方案Ⅳ相对最优，即广西电网2025年抽水蓄能电站的经济建设规模约为3000MW。综上分析：广西建设一定规模的抽水蓄能电站可以缓解电网的调峰需求，并显著提高电网运行的经济性；在基于广西电力工业发展“十二五”及中长期规划研究提出的电力需求水平、负荷特性和电源发展规划方案基础上，广西电网2025年抽水蓄能电站的经济建设规模约为3000MW。

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2建设管理体系与机构设置

向家坝工程建设部是中国三峡集团公司派出的现场管理机构，代表三峡集团公司履行工程建设方的工作职责，对向家坝水电站工程建设的进度、质量、安全、施工区环保和工程投资负总责，并实施全面的现场控制管理。向家坝工程建设部在不断总结三峡工程及国内同类工程建设管理经验的基础上，推行以质量、安全、进度、投资控制为中心，以合同管理为基础的项目管理模式，积极推行项目法人负责制、招标投标制、工程监理制，逐步建立和健全科学的管理体系和制度，使向家坝水电站工程建设始终处于受控、可控状态。向家坝工程建设部下设厂坝项目部、地下工程项目部、升船机项目部、交通运输项目部、机电安装项目部等专项专业部门，对各项目实施全面建设管理;并设技术管理部(下设试验中心、测量中心、工程监测中心)、合同管理部、物资设备部、财务结算中心等职能管理部门，为工程项目部提供职能服务与专业技术管理保障。在质量管理方面，从筹建期开始，即成立了由参建各方组成的质量管理委员会，从总体层面进行检查与协调。各级质量管理机构有:

①向家坝水电站工程质量管理委员会;

②向家坝水电站工程建设部及其质量直接责任部门、质量总监办、试验中心、测量中心、工程监测中心等;

③各监理单位的技术质量机构;

④各施工单位的三级质量检查机构。在工程质量检查监督等方面，采用施工单位自检、监理单位控制抽检、工程建设部聘请的专业质量总监与项目部及各中心质检人员组织的监督、检查、复核;此外，水利部水利工程建设质量与安全监督总站还派专家在工地开展巡视检查和评价，以及水电水利规划总院对工程质量、安全与工程验收成果的复核、评价。上述各层次、各环节构成了向家坝工程建设的完整质量管理体系。中国长江三峡集团公司还成立了由国内权威专家组成的金沙江水电开发质量检查专家组，定期对工程质量开展监督检查工作，与各级质量管理职能部门共同对工程建设全过程实施全方位的质量控制，形成了内部管理与外部监督相结合、检查指导与复核评价相结合的“1+5+2”质量管理与控制体系，具体的控制管理内容详。

3工程质量控制方法

(1)注重原材料质量控制。向家坝水电站工程使用的水泥、粉煤灰、钢材等原材料由业主统一供应，公开招标采购。施工单位、监理单位及试验中心对进场材料严把抽检关，对原材料生产、运输、仓储、调拨、供应实行全过程质量控制。砂石加工系统由业主招标建设，统一供应、配置使用。

(2)严格混凝土施工质量过程控制。向家坝工程建设项目管理部门通过实行混凝土施工现场值班制度，加强现场组织与协调，特别是做好由业主提供的水泥、粉煤灰和砂石骨料等原材料的组织协调，目的是加强原材料质量的“源头”控制。业主方试验中心、测量中心、监测中心等部门，加强对关键项目的质量检测和监督控制，定期检测质量月报，及时通报施工质量情况，并为工程施工质量控制、整改与评估提供专业数据和分析意见。监理单位在混凝土施工现场配备了专职质检人员，负责检查施工程序，建立监理人员“盯仓”制度，对于重要的混凝土浇筑仓号和关键工序实行全过程旁站监理。委托试验中心，见证承建单位检测等监理方式监控施工质量，以保证土建工程施工质量始终处于受控状态。施工单位配备了专职质检人员，严格执行“三检制”，并建立检测试验室，开展原材料检验控制，以及夏季温控、日常冷却、冬季保温等监测工作，提出抽检仓位的计划安排，同时加强止水(浆)片及预埋管道检查等施工全过程的质量控制。中南设计院主要专业技术人员常驻工地，保证施工图供应，认真落实设计技术交底;另一方面，参与现场施工质量检查与验收，对施工中出现的质量问题提出具体的技术处理意见。

(3)强化混凝土质量全面检查及缺陷处理。向家坝工程专门制订了《向家坝水电站工程质量管理办法》，详细界定了参建各方的职责和管理范围，统一制定质量检验评定方法和评定标准，明确了质量事故的处理程序及事故责任划分。对施工过程中发现的质量问题，遵循“三不放过”原则调查处理。各标段建立工作例会制度，研究解决工程施工中存在的问题，协调工作进展，使质量检查和缺陷处理工作按计划展开，监督落实整改措施。

(4)加强驻厂监造和现场安装质量控制。加大金属结构和机电设备驻厂监造力度，建立健全预拼装工艺环节质量控制，把质量缺陷控制在源头。采取这一管理方式和办法，不仅保障了现场安装的工艺质量，而且加快了设备安装进度，也为安全施工作业打下了坚实的基础。

4建设管理与科技创新

4．1建设历程

向家坝水电站自2004年3月开始筹建。至2014年7月左岸最后一台机组提前发电，历经了10年零4个月的建设历程。向家坝水电站除右岸3×45万kW扩机外，原设计的8×80万kW机组是当今世界单机容量最大的水轮发电机组。该机组系我国自主设计、自主安装，并通过了无水及有水各种运行工况调试，顺利完成72h试运行，首次实现了80万kW级超大型水轮发电机组顺利安装投产的宏大目标。标志着我国在三峡工程32台70万kW机组运行取得成功经验的基础上，在超大型水轮发电机组的设计、制造、安装、调试及运行投产方面又迈进了一大步。通过向家坝8台机组的建设安装和运行投产实践，解决了超大型水轮发电机组设计、科研试验、安装与调试中的许多难题。

4．2科技创新与管理创新

三峡集团公司十分重视工程建设中的科技创新，实施金沙江下游水电能源建设“滚动开发”以来，逐步建立了:

①总工程师技术负责、重大技术问题专家咨询审查的体系和制度;

②聘请国内外资深专家和科研院校，对工程重大设计和施工技术问题进行试验、研究和咨询;

③建立了现场室内试验和生产性试验体系;充分发挥施工科研对关键技术攻关的先导作用。具体做法是，在集团公司科技环保部设置科技创新处，统一组织集团公司范围内的科技创新实践、检查指导与申报奖项及奖励等工作;大力鼓励和推动参建单位和广大建设者结合工程实际，开展科技创新活动。在集团公司强有力的领导和精准策划下，在向家坝工程建设部的具体组织下，向家坝工程建设者们针对工程中遇到的难题，开展了一场持续的全过程的科技创新活动。据不完全统计，在整个工程建设进程中，开展了超过100项的科研实践。破解了包括高坝底流消能建筑物设计与施工、高掺粉煤灰常态与碾压混凝土联合筑坝、塔带机的高效利用、长30多千米的骨料皮带输送机运送混凝土、将大型沉井群应用于深厚覆盖层地基处理等一系列工程技术难题。此外，依靠科技创新作支撑，使右岸大型地下洞室群开挖、支护和大坝基础处理与渗流控制等问题都得到有效解决，取得了数十项重大科技创新成果，其中正式获奖的主要科技成果如下所列。面对工程建设中的许多技术难题，工程建设者弘扬三峡工程建设中的攻坚克难精神，逐一突破，有所创新。同时，向家坝工程建设者在不断总结三峡工程及国内同类工程建设管理经验的基础上，推行以质量、安全、进度、投资控制为中心，以合同管理为基础的项目管理模式，积极推行项目法人负责制、招标投标制、工程监理制，以及合同管理制，逐步建立和健全科学的管理体系和制度。据统计，从2004年工程筹建至2012年首批机组投产发电，仅向家坝工程部制定的建设管理制度、技术标准等就多达300余项。向家坝工程建设部还结合实际工作需要，不断调整、完善建设管理制度，加强管理的科学性、计划性，在建设管理中大力推行规范化、制度化、标准化、数字化建设。使工程管理体系制度建设日臻完善，在现场管理工作中做到了纵向到底、横向到边，全覆盖不留隐患。管理创新、科技创新就像两支腾飞的翅膀，有力地促进了向家坝水电站工程高质量的胜利建成。

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Abstract: based on the actual in this paper in small hydropower station and flash design and implementation process, the turbine generator and electrical equipment reconstruction will be with turbine transformation to the attention of the same. This is not only related to the synergistic expansion after the comprehensive benefits of power station, but also related to the future in the operation process of personal and equipment safety. A good reconstruction scheme can not only improve the economic benefit, but also reduce the production cost, reduce operation cost, reduce labor intensity.

Keywords: small hydropower station; Turbine generator; Synergistic flash; Retrofit design of the

中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1、水轮发电机增效扩容改造的合理选取

增效扩容的水电站大多建于上世纪，由于当时材料、工艺、技术和设计水平的限制，设备经过几十年的运行后，出现发电机绝缘老化、温升高、定子铁心松动、效率下降等问题，影响电站的安全运行。但各个电站由于运行管理水平和生产厂家的技术不同，出现的问题也各不相同，因此需要认真分析，找出主要原因“对症下药”。

1.1 发电机的整体更新

水轮发电机增效扩容最简单的方法是在维持机座不变、转速不变、埋入部件不动的情况下，按照全新的设计整体更换（发电机所有部件），但其一次性投资大，既浪费资金，也浪费公共资源。

由于发电机部件比较多，影响效率和出力的因素也多，如发电机定子铁心、定子绕组、转子绕组、通风冷却装置、推动轴承等。是否对发电机组整体更换应进行综合分析和论证。为此，需要到现场详细了解发电机的运行情况，投产时电站的设计参数和技术水平，以及历年来的重大事故、改造和维修情况，与运行人员一起分析论证，并根据增效扩容的要求，通过全面检测来确定对机组进行局部改造（更换部件），还是整机更换。为了保证水电站运行安全，需整体更换发电机时，应按目前的先进技术进行设计和制造，并满足立式机组现有机墩、埋件不改动的要求。

1.2 定子绕组转子绕组的改造

在发电机增效扩容改造中，要求增容后机组转速保持不变，因此发电机极对数也维持不变。要达到增容的目的，对原定子绕组必须进行改变，增大绕组线规，降低绕组电阻，使绕组电阻发热总量不高于原绕组。同时改变绝缘浸漆工艺，将B级绝缘等级提高到F级，采用新型的耐压高、介质损耗低的绝缘材料，减薄绝缘厚度，为增大线规腾出空间。

定子绕组和转子绕组改为F级绝缘后，仍控制机组温升在B级绝缘水平允许的极限温度内，各项电气安全指标达到设计要求，以保证机组安全可靠运行。通过改造，一般能使发电机在额定条件下增加出力15%～25%。

由于发电机定转子绕组设计制造时均留有一定的裕量，一般在机组增容10%～15%的范围内，定转子绕组可不做变动。如果机组增容幅度较大时，应根据扩容幅度的大小，通过计算确定需要的匝数及绕组截面积，更换定子绕组和转子绕组。

在水轮机增容幅度较大的情况下，由于机墩受限或其他原因不能与增容后的水轮机出力相匹配时，也可以采取更换定转子绕组附加提高机组功率因数的方式来解决。

1.3 通风冷却系统的改造

发电机通风冷却系统的好坏，对发电机温升和扩容也有较大的影响。早期的发电机冷却器和风机由于受当时技术水平的限制，通风冷却系统存在不少弊病，散热效果差、效率低、噪音大，长期运行后会在冷却器内部发生结垢、锈蚀、堵塞等现象，使冷却效果进一步下降，机组温升上升。因此，一般情况下应予更换，并根据机组扩容的最大容量计算冷却容量且留有一定的裕量。

对于小型机组，有的采用自然冷却或通风管的冷却方式，发电机直接与屋外相连通，环境温度对发电机温升有直接影响。特别对于南方地区，在机组停运期间，屋外潮湿空气和小蚊虫进入发电机舱会对发电机绝缘产生影响，对绝缘性能本来就较差的机组，在开机前须先加热驱潮后才能开机运行。对于此类电站建议封堵现有风道改造为冷却器冷却方式，提高冷却效果，保证电机安全运行。

1.4 定子铁心的改造

定子铁心出现故障的几率比较少，其是否更换应进行检测和分析判断。笔者认为对运行年限达到报废年限或有严重缺陷、发生过重大事故、直接影响机组安全可靠运行的机组应予以更换，并建议采用新材料的定子铁心。经检验和论证不需要更换定子铁心的机组，应根据扩容条件，配合定子绕组的改造，改进铁心结构，优化铁心设计，改善冷却条件，重新迭片，更换部分不合格硅钢片。

铁心损耗是发电机电磁损耗的主要部分之一。投产较早的机组定子铁心大多采用热轧硅钢片或有取向冷轧硅钢片，磁滞损耗较大，加之多年运行后铁心松动，绝缘老化，涡流损失增加，在更换时应选用性能优越的高导磁、低损耗的无取向冷轧硅钢片，可使发电机效率进一步提高。

1.5 推力轴承及其它改造

在水轮发电机运行时，推力轴承承受全部的轴向负荷。推力轴承工作性能的好坏，会直接影响水轮发电机能否长期、安全稳定运行。在确定了机组最终容量后，根据新的资料需要复核推力轴承的推力负荷，确定推力负荷能否满足扩容的要求，并根据运行情况综合分析是否需要对推力轴承进行更换或改造。

早期投产的推力轴承大多采用巴氏合金瓦，损耗相对较大，有发生烧瓦、研括时间较长等缺点。目前弹性金属塑料瓦技术成熟，造价不高，已在中小机组中广泛应用，将会逐步取代传统的巴氏合金推力瓦。与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦有摩擦系数小、不需要高压顶起装置、可在低温情况下直接起动等突出的优点，因此，如果现有推力系统被证明故障多，或长期瓦温高无法消除，或推力负荷增加较大而需要更换时，可考虑直接更换为弹性金属塑料瓦，以减少机械损失，提高机组效率，保证安全运行。

2、电气主接线及短路电流的计算复核

2.1 电气主接线

进行增效扩容改造的电站均已运行多年，送出工程及与系统连接地点已经确定，变动的可能性不大，对电站的接入系统不必再进行论证，所以只要现有主接线相对合理，在增效扩容改造中可维持原主接线方案不变，只需根据现行规范和短路电流计算成果，对机组容量进行复核和选择设备即可。对个别电站由于多次修改，改变了原设计的主接线形式，增加或减少了部分设备，改变了布置，形成现有不合理的接线方式，造成重复容量大、损耗高、继电保护复杂、设备配置不合理等，或现有接线方式不适应目前电力系统要求，对这种情况应在设计过程中对主接线方案进行优化比选，同时复核送出线路的输送容量和电压降是否满足增效扩容的要求，复核电站内部电流互感器变比、电气设备动热稳定和开断电流等能否满足要求。基本原则是送出电压等级和接入系统点不改变，否则投入资金会相应增加比较多，浪费比较严重。如果改变了主接线的接线方式或运行方式，涉及到电力系统的计量、保护方式和保护整定值等问题，需要与电力系统调度部门共同协商。

2.2 短路电流

早期投入的水电站当时电力系统容量较小，经过几十年的发展，电力系统的容量大为增加，结构也有很大的变化，网络在不断加强，同时由于发电机的改造，电气参数也会发生变化。因此，有必要根据目前电力系统的参数，或今后5~10年电力系统发展规划和改造后机组的参数，对短路电流进行重新复核计算，依据复核计算结果来复核现有电气设备的开断能力，或重新选择电气设备的型式和参数。一般情况下，严重老化设备、高耗能设备和淘汰设备会随着机组增效扩容一起进行更换，以提高电站运行的安全性，减少维护工作量，增加电站经济效益，保证新更新的电气设备能适应电力系统的发展和长期安全稳定运行。

3、电气设备的选择与布置

35kV设备采用DW6、DW8等系列的多油断路器，或GBC户内型高压开关柜；110kV设备采用SW3、SW6及SW7少油型断路器；变压器采用SLJ1或SF7型等。这些设备是目前国家已明令禁止使用的产品，开断电流小，损耗大，不环保，由于诸多原因长期带病运行，严重影响电站和电网的安全，因此对这些电气设备进行更新换代是十分必要的。

电气设备的选择应按照安全可靠、技术先进、维护简单方便和经济合理的原则进行，并应适应农村水电站的特点。对电气设备应根据增效扩容后的参数和短路电流计算结果来选取，而不应延用旧设备的参数来确定新设备的参数，这样可保证更换的电气设备能适应目前和将来系统发展的要求。

由于设备基础、支架、房间的尺寸和开关站的位置均保持不变，因此在选择电气设备型式时还应考虑这些因素，尽可能多地利用已有基础或仅做小改动。

4、接地系统的检查与修复

水电站接地系统的好坏是关乎人身和设备安全的重要保障。接地电阻值是保证电站安全运行的重要参数，接地系统的设计不但要满足工频短路电流的要求，还要满足雷电冲击电流的要求，但在增效扩容和设备改造过程中，往往忽视了这部分内容。

由于水电站已建成并运行多年，要改造厂房、尾水渠及大坝下方的地下或水下接地网已不可能，只有改造户外开关站的接地网和外引增加接地网面积，或采用其它相应的降阻措施来实现。接地网及接地线截面积的设计应按现行的接地设计规范进行，并复核接能电势和跨步电势是否满足要求。

如果接地网系统良好，接地电阻符合目标值的要求，可以不对接地网进行改造，只需按最新设计规范对暴露于空气中锈蚀严重、接触不良的接地线以及改造设备的接地连接线进行修复。

5、结语

本文结合实例阐述了已建小型水电站的增效扩容改造是一个复杂而系统的工程，需要认真分析，综合考虑电站的整体效益，不仅要重视水轮机的选型，而且也要重视水轮发电机和电气设备的改造，如果发电机和电气设备不能与水轮机增效扩容相适应，将会给电站的安全可靠和经济运行带来隐，也难以真正达到增效扩容的目的。

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中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

一．引言。

我国是世界上河流资源众多的国家之一，有着较为丰富的内河、内江资源。随着经济的快速发展，在河流和江河上开展的水利工程建设也越来越多。水利工程中的水电站建设一直是工程施工的重点控制内容，由于水电站主厂房需要放置发电机、水轮机等发电相关设备，同时，主厂房结构又多为单层建筑结构，在进行结构设计时多采用排架结构。排架结构在自身的平面内具有较强的承载能力和较好的钢度，但由于各排架间的承载能力较为软弱，在水利工程中，无论是在设计阶段还是施工阶段，都要引起高度重视。

二．水电站主厂房的结构布置设计。

1.水电站厂房的结构组成以及相关用途。

（1）水电站主厂房的上部结构：屋顶、排架柱、吊车梁、发电机层和安装间楼板、围护结构等，通常为钢筋混凝土结构。

屋顶部分有层面板和屋架或是屋面大梁组成，屋面板的作用为遮风避雨，隔热隔阳，屋面层部分包括隔热层、防水层、保护层以及预制钢筋混凝土大型屋面板。

排架柱是用来承受屋架、吊车梁、屋面大梁和外墙所传递的荷载，以及排架柱本身的重量，同时这些荷载通过排架柱传给房下部结构中的大体积混凝土。

吊车梁是起吊部件在制动过程中操作的移动集中垂直荷载，或者是承载吊车荷载，在吊车起重部件的时候，将启动和制动过程中产生的横向和纵向水平荷载，传给排架柱。

发电机层楼板需要承载自重、人的活荷载、机电设备静荷载；安装间的楼板承受安装机组或机组检修时的荷载和自重。

由外墙、抗风柱、圈梁以及联系梁等组成的围护结构，能承受风荷载，同时承载梁上砖墙传下的自重和荷载，将荷载传给壁柱或排架柱。

（2）水电厂主厂房的下部结构。

水电站主厂房的下部结构包括：发电机机墩、蜗壳及固定导叶、尾水管等，下部结构一般为大体积水工钢筋混凝土结构。

发电机机墩承载着发电机的自重、水轮机轴向水压力和机墩自身重量，并将自重力量传递给蜗壳混凝土和座环。

蜗壳和固定导叶是将机墩传递下来的荷载传到尾水管上。尾水管将水轮机座环传递过来的荷载，通过尾水管的框架结构传到基础上。

三.水电站的主厂房架构设计。

1.选择立柱截面形式。

在水电站的主厂房中，其结构立柱一般都是采用矩形截面，尤其是在吊车的起重能力超过10吨以上时，下柱的截面高度不应小于下柱高度的1/12，截面的宽度应不小于下柱高度的1/25。立柱高度根据厂房顶梁定的高程与发电机层地面的高程差来确定。在一般情况下，水电站的主厂房排架柱的截面尺寸基本上都比较大，这是为了满足强度和稳定的要求。柱截面的选择要能满足顶端的横向位移的控制要求。

2.厂房屋面板荷载计算以及型号选择。

发电站的主厂房一般选择安全等级为二级以上的大型屋面板，屋面板无悬挂荷载，其抗震设计的强度为6度。由于屋面的活荷载与雪荷载部同时都存在，屋面具有较大的活荷载，因此要根据实际屋面的荷载设计，布置屋架的上、下弦支撑。

3.吊车梁设计。

设计吊车梁的截面时，由于T形截面具有较大的钢度，同时具有较好的抗扭性能，在固定轨道时较为方便，在进行检查时拥有较宽的走道，比较适合大、中型的吊车梁，因此一般在选择吊车梁的截面时多采用T形截面。

4.确定控制截面和荷载作用中的内力组合。

根据排架柱受力的特点，分别取牛腿处截面、上柱底面和下柱底面（采用室内厂房地面的下0.5米处为下柱的柱底），为排架柱配筋计算的控制截面。在厂房横向跨度较小、吊车的荷载受力不大时，也可以将柱底截面作为控制下柱的配筋，并且把柱底面的截面内力值作为柱基设计的依据。如果水电站处于地震带上，要在内力计算和组合中，包含地震作用下的控制截面内力。

5.排架内力计算。

排架的内力计算和内力的组合采用手算极为复杂，因此在条件允许的情况下，尽量多采用电算方法。采用电算方法时，可使用由我国建筑科学研究院研发的CAD系统PMCBC平面结构或PKPM结构设计软件，根据水电站的实际情况，结合在施工地区的地震作用的内力计算和组合，编制计算程序。同时，依据各个截面的内力，通过系统计算，确定柱的配筋。设置配筋时，为避免其他不确定因素造成影响，设计中尽量采用对称配筋设计。

进行排架设计时，要根据下部柱子的高度和牛腿的尺寸作为参考，来计算柱截面的尺寸。根据屋面的防水层、砂浆找平层、加气混凝土、预应力混凝土屋面板以及风荷载、雪荷载等因素的标准值计算屋面的恒荷载，了解屋面结构承载能力。由于排架承载的荷载包括屋盖的自重、屋面的雪荷载、活荷载、吊车的荷载、横向风荷载等，在进行计算时要采用各项荷载的标准值，在此基础之上，才能进行内力组合。

6.排架结构注意事项。

（1）水电站采用钢筋混凝土的单层排架结构，一般不适合采用砖山墙承重，而应该在厂房的两端位置设置端排架。要在屋架和山墙顶部相对应的高度位置上设置钢筋混凝土卧梁，并要和屋架端头上部高度处的圈梁保持连续的封闭。

（2）水电站的主厂房中设置有吊车时，排架柱的预埋件通常都较多，因此在进行排架结构设计时，要将各个位置、尺寸、数目进行仔细核对，避免在施工中由于位置错误或尺寸偏差，造成屋面梁构件、吊车梁等无法准确安装。

（3）在排架结构设计时，为了提高结构的抗震能力，加强结构的整体性，要在柱外侧沿着竖向位置每隔500mm的位置上留出2∮6钢筋和外墙体的拉结。同时在外墙的圈梁上的对应位置上，设置不超过∮12的拉结筋。在主厂房的电气设计中，为保证生产照明，在柱上要设置照明灯具，灯具设置高度要以具体情况而定，以符合安全生产要求为度。在进行柱的预制时，要做好电线管的预埋，以便于后期的电线施工。

（4）水电站的主厂房设计时，考虑在地震的作用下，厂房的角柱柱头处于双向地震的作用，同时抗震强度为角柱较强，而中间排架较弱，同时受到侧向的变形约束和纵向压弯作用，为了避免施工后由于地震作用，发生角柱顶部的开裂，造成端屋架塌落和柱头折断，在进行结构设计时，要提高主厂房中的角柱柱头密箍筋的直径。

（5）为了提高水电站单层厂房的抗震验算，要进行横向和纵向两个方面的验算。一般来讲，在设计结构能满足规范和要求的条件下，七度时的一类、二类场地，在柱的高度低于10米，而且排架结构的两端具有墙支撑的单跨度厂房中，可以不进行横向和纵向截面的抗震验算。但为了提高水电站在施工完成后的服务年限，保障水电站的正常生产，进行结构设计时，尽可能要考虑抗震作用，有条件的尽量进行横向和纵向的抗震验算。

四．结束语

水电站的排架柱承载着结构中的荷载，其控制截面的内力和组合较难控制。本文就排架结构的设计进行了简单分析，提出了一定的解决方法。由于水电站主厂房的排架结构设计、施工、管理和控制都需要严谨的科学态度和专业的操作技能，因此，加强水电站施工建设，完善厂房的排架柱设计，有待大家的共同努力。

参考文献：

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