河南省农村水电站技术改造问题的探讨
河南省水利水电实业公司 苗玉霞
摘 要 河南省农村水电站大部分建于上世纪90年代前，经过长期运行，无论水工建筑物或是机电设备都不同程度存在年久失修、技术落后、效率低下、安全性差等诸多问题。本文在充分调查的基础上，指出了目前全省水电站存在的主要问题和技改的注意事项，对今后河南省农村水电站实施技术改造具有借鉴意义。
关键词 水电站 技术改造 问题 探讨
一、河南省农村水电发展历程
河南省位于我国中西结合部，总面积16.7万平方公里，其中山区丘陵区占总面积的46.8%。全省地跨长江、淮河、黄河、海河四大流域，农村水电资源比较丰富。根据国家发改委最新水力资源复查结果，全省农村水电可开发量为106.7万千瓦，主要分布在西部、南部贫困山区和革命老区。农村水电开发在河南起步较晚，至1949年建国时，全省只有一座装机48千瓦的西峡县莲花水电站。新中国成立50年来，特别是改革开放以来，全省各级水利部门结合江河治理、防洪灌溉，坚持治水办电相结合，农村水电从小到大，从独立供电到并网运行，直到建设中国特色的水电农村电气化，河南省农村水电事业不断发展壮大。截至2005年底，全省建成各类农村水电站700余座，总装机33万千瓦，年发电量8亿千瓦时，农村水电对促进贫困山区和革命老区经济社会发展，促进脱贫致富步伐，保护和改善山区生态环境都起到了重要作用。河南省农村水电发展大体经过了以下几个阶段。
1949年至1970年为起步阶段。这一阶段一是结合大型水利工程的建设配套建成了南湾水电站、鸭河口水电站等骨干电站；二是结合灌区发展建设了分水岭水电站、河头水电站等小型电站。经过10年发展，至1970年底，全省农村水电站总装机达到1.9万千瓦，也为今后发展积累了宝贵的经验，并培养锻炼了一批建设管理人才。
1971年至1985年为快速发展阶段。进入20世纪70年代，中央为了满足农村地区尤其是偏远山区对电力日益增长的需求，出台了一系列鼓励农村水电发展的政策措施，掀起了水电建设的高潮。河南省也加大了对农村水电的资金支持力度，平均每年仅省级财政投入就达1000万元以上，最多的年份超过3000万元。这期间除建成了昭平台、陆浑、青天河、薄山、鲇鱼山、窄口等水库电站外，还有一大批引水径流式电站相继投产，如火炎城、栗子坪、铺沟、张村、红英汇流、潭头等水电站。至1985年底，全省农村水电总装机达到23万千瓦。这15年间，平均每年新增装机1.4万千瓦，其中1976年至1980年5年，每年新增装机更是超过2.5万千瓦，是河南省水电史上发展最快的一个时期。但在重视速度的同时，也在一定程度上忽视了对质量的要求和管理。
1986年至2005年是以连续四批水电农村电气化县建设为标志的健康稳定发展阶段。这期间，经国务院批准，河南省先后有卢氏、洛宁、栾川、西峡、新县等16个县（市）实施了以发展用电、扶贫开发、生态保护为主要目标的水电农村电气化建设，先后建成了曲里村、石墙根、崛山、拨云岭、石门、武当山、河口等骨干水电站，不少电站还通过股份制多元化筹集建设资金。至2005年底，全省农村水电总装机超过33万千瓦。这是50多年来河南省农村水电总投入最多、发展最稳定、质量最好的一个阶段。
二、河南省农村水电站存在的主要问题
经过50多年的不懈努力，河南省农村水电事业得到了长足的发展，已建电站总装机已占到总可开发量的30%以上。但由于在发展过程中各种客观条件的限制和不断变化，现有的很多电站尤其是上世纪70、80年代快速发展阶段投产的电站都不同程度出现了一些问题。即使1986年以来建设的部分电站也难以适应水电现代化和电网调度自动化的需要，还直接影响了电站经济效益安全运行。主要表现在以下几个方面。
1、规划设计不合理
由于发展初期规划设计经验不足，实测水文资料系列较短，地质勘测工作深度不够，加上快速发展阶段因过分追求速度而放松了前期工作的管理，导致部分电站在规划设计上存在先天不足。如有的水库电站水轮机使用水头与电站实际水头不符造成机组效率低下；径流电站装机规模和机组选型与天然径流不匹配造成丰水期大量弃水或枯水流量无法利用；引水式电站渠首坝设计标准偏低或冲砂设施不合理形成安全隐患和汛期大量泥砂进入渠道和电站；引水渠道和渠系建筑物实际过水能力不足，对泥砂淤积问题考虑不够，没有有效的沉砂排砂设施，严重影响渠道正常引水；压力前池溢流冲砂设施设计不合理不能满足溢流冲砂需要影响安全运行；水轮机安装高程确定不合理造成转轮叶片汽蚀和运行时机组振动；此外还有厂房布置不合理、厂房防洪标准低等问题。这些存在的诸多问题中有的已经造成十分严重的后果，甚至威胁到了下游群众和电站生产人员的生命安全。如铺沟电站因渠道过水能力不足只能达到设计发电量的60%，龙王庄水电站曾于1994年发生低于设计标准洪水翻过防洪墙淹没厂房的事故，后寨电站曾因雷击跳闸而前池溢流堰泄流不及来水漫过池墙淹没厂房的事故，都造成了较大经济损失，幸而因撤退及时没有造成人员损失。
2、设备严重老化、建筑物年久失修
河南省大部分已建农村水电站都已经运行20年以上，其中部分上世纪60、70年代建成的电站已经运行30年以上，远超过机电设备的正常使用年限，且建成以来没有进行全面的技术更新改造，再加上当时设备制造水平所限，这些电站普遍存在设备老化、自动化程度低、效率低下、安全性差、配件困难等问题，严重影响到电站的正常生产运行，有的电站综合效率仅50%，有的已濒临报废。一到每年汛期，经常出现设备跳闸而停止发电的现象，有的甚至危及到运行人员生命安全。另一方面，随着信息技术的飞速发展和新型高效水轮机转轮的出现，原有设备难以满足电网调度自动化的要求，低效率的机组实际已经不具备经济运行价值。而电站水工建筑物同样存在很多因年久失修影响电站安全和经济效益的问题。由于当时条件限制，这些电站大都依靠当地群众的力量施工，相当一部分电站不同程度存在质量问题，经过长期带病运行，有的建筑物已不堪重负，其中主要问题是渠首坝坝体和防渗、防冲设施损坏，引水渠道道渗漏严重，部分建在不良地基上的渠段存在突出的安全隐患，此外有的电站压力管道存在锈蚀、风化、剥落等危及厂房安全的现象。近年来全省不时发生电站引水渠因基础塌方冲毁下游农田的事故，给电站带来经济损失。
3、电站更新改造步伐缓慢
虽然早期建设的电站大都到了大规模更新改造的期限，但至今仅有少数电站进行了部分主要机电设备的更新改造，大多数依然在带病低效运行，即使有的问题比较突出的电站甚至仍没有提出更新改造计划。究其原因主要应归于资金和观念两个方面。相对于其它行业，河南省水利系统水电站的产权制度改革明显落后，除近几年在部分新建项目中采用了较规范的股份制外，绝大多数电站至今仍为国有独资性质，产权不清、管理落后、人员过多、效益低下、后劲不足等国有企业固有的弊端一直困扰着河南省农村水电行业的健康可持续发展。据统计，现有电站的职工人数平均超过水利部规定标准的3到5倍，个别甚至超过10倍以上，而且还在不上升。很多电站发电收入仅能维持电站职工的工资发放和正常生产开支，连折旧费都不能足额提取，根本没有资金投入电站技术更新改造。加上近几年国家金融政策的调整使农村水电技改项目不再是银行支持对象，而由于体制限制又无法通过股份制筹集所需技改资金，这样有些急需实施技改并已提出改造方案的电站也只是心有余而力不足。资金问题成为电站实施技改遇到的首要难题。
观念问题也是制约电站技改的重要因素。部分经营管理者对技改必要性认识不足，导致对该项工作不給予足够重视，认为只要能维持运行就无需投入资金进行技术改造，也不投入人力、财力进行必要的前期工作，一直没有提出技改的整体方案和分期实施计划。此外个别电站实施技改后效果不佳、各级行业主管部门在投资计划安排时重新建、轻改造也是造成电站技改工作总体进度不快的原因之一。
三、水电站技术改造应注意的主要问题
国家决定从“十一五”起，继续实施以生态保护为主要目标的水电农村电气
化县建设，小水电代燃料项目也将在全国展开，为河南省农村水电站技术改造提供了大好机遇。根据河南省农村水电实际情况，在“十一五”水电农村电气化规划、小水电代燃料规划中和年度投资计划制定时，电源建设强调优先安排投资小、工期短、易实施、效益好的技术更新改造项目。争取利用5至10年时间，对有技改任务的骨干农村水电站实施以采用计算机监控系统和高效水轮机转轮为重点的现代化改造，大部分达到无人值班、少人值守的水平。对危及电站安全和影响经济效益的水工建筑物进行加固或翻新，使全省骨干水电站的现代化水平和安全水平、经济效益再上新的台阶。通过总结全省水电站技改工作取得的经验和教训，在下一步水电站技改中应重视以下几方面的问题。
1、 切实做好技术改造的前期工作
与新建电站相比，技术改造工程需要考虑与现有设备的衔接和匹配，水工建筑物部分又不能够大量拆除，有的原设计施工资料已无法收集到，因而难度更大，面临的风险因素更多，更需要进行深入扎实的前期工作。而实际情况是很多人往往认为技术改造工作仅仅是更换设备和修修补补而已，没必要过多投入进行前期工作。根据前几年已实施技改的电站情况，多数电站没有委托具备相应资质的单位编制技改方案，即使电站自行提出的方案也没经过有关专家、技术人员的论证分析，部分电站因此导致技术改造失败。如某水库电站系50年代末建成，一直运行至1992年才决定进行1#、2#机组的更新改造，投入资金100多万元，但改造后的机组在额定工况下的出力达不到额定出力，甚至达不到技改前的出力水平，给电站造成巨大经济损失。后经分析是提供的实际水头与水轮机设计水头不服所致。因此前期工作是电站技术改造重要的基础工作，也是决定技改成败与否的关键因素之一，必须給予充分重视。前期工作必须委托具备相应资质的机构完成，无论设计人员或是生产厂家的技术人员都必须深入现场收集详尽的第一手资料和数据，充分考虑与现有设备和水工部分的协调，制定符合本站实际的技改总体方案和分期实施方案，并经过充分的专家论证后实施。
2、 大力应用农村水电自动化技术
自上世纪90年代开始，计算机监控技术开始在我国中小水电站应用并不断改进，自2002年水利部颁发《农村水电站现代化技术指导意见》以来，适合中小水电站特点的计算机监控系统开始全面推广使用。自1996年以来全省已有20多座新建和改造电站采用了计算机监控技术，根据省水利学会水电专委于2003年组织专家进行的调研，大部分电站采用的计算机监控技术是成功的，但都不同程度存在缺陷，主要表现在有的电站选用设备过于复杂超出自身需要造成资金浪费；因采用多个厂家设备造成设备之间协调不好和通讯不畅影响使用效果；部分设备存在通讯问题、数据库问题和电源失电时数据丢失甚至系统崩溃问题；部分自动化元件配备不齐或质量不过关影响正常操作；通过配套公司采购设备造成售后服务跟不上。
为加快推进农村水电现代化，规范指导农村水电行业技术进步工作，水利部先后制定了《农村水电站现代化技术指导意见》和《农村水电自动化设备（监控保护）应用指导意见》（试行）等指导性文件。在今后电站技术改造中，要严格按照水利部指导意见的要求，明确目标、统一规划、加快实施、适当超前和优先选用系列化国产化设备的原则，达到技术先进、设备可靠、实用方便、经济合理。具体实施中，要在充分调查研究和收集第一手资料的基础上，结合电站自身实际情况，选择最适宜的改造方案；要经过深入考察，选择技术先进、经验丰富、信誉高、售后服务好的厂家生产的的设备，同时注意各种设备之间的匹配和通信畅通；加强运行人员的培训，配备熟悉计算机系统运行、维护和检修的技术人员。
3、 重视对水工建筑物的改造
水工建筑物直接影响到电站的安全和效益。在实施电站的技术改造中，要针对水工建筑物存在的问题，制定改建改造方案，尤其对渠首坝、引水渠道、压力前池、压力管道、厂房防洪设施等存在的危及电站正常运行及下游村庄、土地安全的险工险段必须按设计方案进行加固改造，对渠首坝、引水渠的渗漏和渠道过水能力不足等影响电站效益的问题进行相应的处理。此外，在水轮机改造中积极采用高效的水轮机转轮型式，以提高电站的经济效益。
4、 依靠制度创新，实现电站体制与现代化的双重改造
各电站要在研究技术改造方案的同时，按照国有企业产权制度改革的政策精神，积极探索适合本单位实际的产权制度改革方案，在多渠道争取技改所需资金的同时，也使电站的经营管理水平得以提高。
结论:通过5到10年的努力，河南省大部分已建骨干水电站将达到无人值班、少人值守的水平，农村水电站的现代化程度和综合效益将登上新的台阶。