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[论文摘要]我县拥有小水电站154多座,大多数建于上世纪七、八十年代,经过几十年运行,这些小水电站设备陈旧,电气老化严重,绝缘性差,控制保护方式落后,机组振动及噪音大,整体故障率高,能量转换效率低,甚至存在严重安全隐患,严重威胁着电站职工的身心健康和生命安全,急需进行技术改造。该文分析了平和县已建小水电站存在的主要问题,并就小水电站技术改造的方法、政策和保障措施提出了相应的建议。
1目前存在的主要问题
根据对平和县的小水电站进行的初步调查发现,建于上世纪七、八十年代的小水电站主要存在以下问题:
(1)机组设备本身存在缺陷。由于当时设备制造技术水平所限,加上这些年来企业对老电站维护投入不足,导致整个机组跑、冒、渗、漏现象严重,机组整体故障率高,发电能力大大下降。
(2)设备陈旧。调查中发现,有的电站机组已超期年限,电气设备老化严重,绝缘性差,绝大部分器件已属淘汰产品,备品备件解决困难,随时都有可能发生事故。
(3)机组主要性能参数与电站实际运行参数不匹配,水轮机处于非最优工况区运行,导致机组运行效率低、振动及噪音大,而且机组使用寿命也将大大缩短。产生这一问题的主要原因为:①早期建成的一些小水电站,由于当时客观条件限制,常常出现“有机找窝”或“有窝找机”现象。②许多老电站的机组生产于特殊年代,不按电站具体条件而硬性套用定型图纸,而我国早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少,不少小水电站只能套用相近转轮。③电站设计时由于缺少必要的水文资料,导致电站建成后实际的来水量和水头与设计工况不符;或电站由于泥沙淤积,下游水位提高,使得电站的发电水头降低,导致机组的运行工况偏离最优工况。
(4)电站运行管理技术、方法落后,监控、操作、记录等均需人工进行,自动化管理程度低。当机组发生异常、状态发生变化或参数超限时,难以及时报警,安全可靠性差。值得一提的是,该类电站职工长期在噪音严重的机组旁值守,其身心健康必将受到严重影响。
(5)电站技术人员观念陈旧,信息相对封闭,缺乏培训,许多先进的管理经验和经济实用的新材料、新技术、新设备得不到很好的推广应用。
2小水电站的改造建议
2.1对小水电站的现状进行全面调查评估。建议由行业主管部门(例如市水电局)牵头,会同各县行业主管部门对全市小水电站进行注册登记,并组织有关专家组对电站的设备状况(包括检修及事故停机时间)、技术水平(机组的先进性和运行管理现代化程度)、能量转换效率和安全隐患等进行全面调查和评估。在此基础上编制切实可行的老电站技术改造规划,建议参照水库大坝评估方法,按电站存在问题的类型和严重程度,将全国小水电站分为一、二、三类,对于问题严重的三类电站,限期进行技术改造。
2.2制定相关政策支持小水电站技术改造。调查表明,老电站经改造后,平均效率能提高15%左右,可更为高效利用水利资源,有利于节约型社会建设。同时,老电站技术改造几乎不会对生态环境造成任何破坏,如果引入“一体化设计”的新理念,反而会有利于生态环境的改善,在水电开发受生态环境制约愈来愈严重的今天,其意义更为重大。但目前,经济发达的地区,老电站技术改造工作进展较好,而经济欠发达地区老电站技术改造工作举步艰难,究其原因主要是政策和观念问题。建议参照病险水库除险加固的办法,由国家出台相关政策,如中央财政补助、税收优惠和新电新价政策等,鼓励投资流向老电站技术改造。
2.3加大监督和检查力度。小水电行业主管部门应对各地老电站技术改造规划、国家相关政策执行情况及国家财政资金使用情况加大监督和检查力度,并会同地方行业主管部门,组织有关专家及时对完成技术改造后电站的运行效果进行评估和验收。2.4加强人才培养和技术培训。行业主管部门应采用多种形式加强小水电规划、设计、施工和管理人员的技术培训工作,切实引导先进的规划设计理念、先进的运行管理方法以及先进实用的新材料、新技术、新设备在小水电建设和管理中的应用。
3改造效益
对近年来我县的实践表明,小水电站实施技术改造后社会、经济和生态环境效益明显,主要体现在:
(1)显著的社会效益。小水电站技术改造工程可大大提高电站运行的安全可靠性,电站噪音明显降低,职工劳动强度显著减轻生产条件得到改善,从而更好地保障职工的身心健康和生命安全。
(2)显著的经济效益。一般情况下,技术改造后,机组的能量转换效率平均能提高15%左右,对于可实行增容的电站,发电量的提高幅度可更大,如对我县老电站全部进行技术改造,相当于新增2.5万多kW装机,每年可增加发电量7500万kwh。从而不仅使我县有限的水电资源充分发挥作用,有益于节约型社会建设,而且具有十分明显的经济效益。
(3)显著的生态效益。近年来,水电开发受生态环境因素制约的情况愈来愈严重,而老电站技术改造几乎对生态环境没有任何破坏,如果引入“一体化设计”的新理念,反而会有利于生态环境的改善。
220kV枫河线北起枫树坝电厂、南至河源变电站,全长115.9km,全线基本上沿东江顺流而下,90%线路经过雷电多发的高山、丘陵地区。1974年建成投运时,全线共有杆塔315基,其中耐张塔36基、直线塔19基、钢杆148基、水泥杆112基,全线采用GJ-50钢绞线单避雷线保护。投运后,由于线路雷击故障频繁以及多方面的原因,多年来,对这条线路进行了多项技术改造,其中主要有以下几项:
a)1981年至1985年分4期将全线的单避雷线改为双避雷线(均为GJ-50钢绞线);
b)1988年底对卓峰山段进行防雷改造,在其中6基(100号、102号~106号)杆塔加装某公司生产的半导体消雷器,并进行杆塔接地网改造(加降阻剂);
c)1993年至1995年分3期对早期的一根避雷线进行全线更换;
d)1995年11月和1996年6月分2期对全线315基杆塔接地网进行改造;
e)1997年分2期对6基水泥杆和10基钢杆进行了改造。
1雷击故障统计
枫河线自1974年9月投运至1998年10月共运行了24个雷雨年度,期间共发生了有明显故障点的雷击故障31次,发现44处故障点。为便于统计,将同一时间的故障作为线路一次故障,将同一时间在1基杆塔上产生了故障点认为该基杆塔发生了1次故障。表1和表2分别为按年度和按线段统计的故障次数。
2防雷问题
从表1可以看到,枫河线投产后雷击故障频繁发生,至1981年共发生雷击故障14次,平均雷击故障率高达1.73次/(102km.a),大大超出允许值。其主要原因是:架空线路全线仅使用单避雷线作防雷保护,防雷保护角偏大;线路经过雷电活动异常剧烈的卓峰山段。为此进行了多次防雷技术改造。
2.1避雷线改造
为了解决线路防雷保护角偏大问题,1981年至1985年分4期将枫河线的防雷保护由单避雷线改造成双避雷线,使全线的水泥杆、钢杆和直线铁塔的防雷保护角分别由20.6°,20.6°,23.5°降至12.5°,15°,14°(耐张塔的保护角未改造)。改造后的运行情况表明,线路的防雷水平有了较大的提高,全线多年平均雷击故障率由改造前的1.65次/(102km.a)下降至0.78次/(102km.a)。但是,双避雷线改造后卓峰山段的雷击并没有减少。
2.2卓峰山段防雷综合改造
枫河线卓峰山段是从枫河线97号杆起,至110号杆止,线长约5km,雷击故障情况见表2。在1981年进行双避雷线改造后,这段线路的雷击问题还相当严重,其主要原因是:它的所有杆塔均处于高程320~380m的山顶或山腰上,线路基本是布置在山上或跨越山谷,地形条件复杂,雷电活动相当频繁并容易产生畸变;杆塔所处位置地质条件较差,降低杆塔接地冲击电阻比较困难而使它的耐雷水平较低。因此,在1988年底对卓峰山段再次进行了防雷改造。这次改造主要是在其中6基杆塔顶部加装半导体消雷器,并将杆塔接地网加降阻剂进行降低接地电阻。从改造前后基本相同运行条件(从1981年至1995年)的运行记录来看,它的雷击故障率由改造前的7.5次/(102km.a)仅下降至5.7次/(102km.a),其中在1992年3月21日104号杆受雷击时,虽然线路重合成功,但这次雷击造成安装在该杆上的半导体消雷器损坏。在1995年全线杆塔接地网开挖检查改造时发现,这些使用了降阻剂的地网接地体腐蚀严重,说明这次改造还是没有达到理想效果。
2.3杆塔接地网改造
由于枫河线的杆塔接地网在建设时使用的材料质量差、截面小和埋设深度不够等原因,接地电阻值长期以来偏大,特别是经历了多年的运行,大部分接地体锈蚀严重,降低了线路的耐雷水平。因此在1995年和1996年分2期对全线所有杆塔接地网进行改造,使所有地网的接地电阻值大幅度降低,从而使线路的耐雷水平从理论上得到大大提高,在改造后的3个雷雨年度里未发生过雷击故障。这次改造是很成功的,也说明了降低地网接地电阻是防雷最有效的措施。
3结论
a)枫河线24a的运行记录表明,单避雷线是不能满足它的防雷保护要求的,仅靠双避雷线也不能完全满足处于高山大岭上的输电线路的防雷要求。
b)降低杆塔接地电阻是架空输电线路防雷最有效的措施,而且它比其它措施更节省资金,便于维护。
c)枫河线上使用的半导体消雷器的性能和质量不能达到预期要求,不能完全依靠它来保护线路,但也未给线路带来不良后果。
1.1主要的遗传改造技术应用于制作动物模型上的优缺点
1.1.1转基因技术该技术将体外构建的包含基因表达框的DNA通过直接注射到受精卵雄原核中,使其在基因组DNA扩增的过程中随机插入到基因组中而构建,其中BAC转基因由于具有能完整地保留基因表达的调控元件、基因上下游序列较长大大降低了插入位点周围序列的影响、插入基因组中的拷贝数较低且传代较稳定等传统转基因所不具有的优点[5],而越来越受到学者们的重视。该技术可以利用强驱动子使基因过表达,用于模拟和再现基因扩增引起的一些疾病,如许多肿瘤的发生是由于癌基因的扩增而造成的。利用转基因技术也可以在体表达针对某个或某些mRNA的micoRNA而关闭或敲弱这些基因的表达,以再现由于缺乏这些基因表达而造成的疾病。该技术的主要缺点是:一是插入的随机性可能造成外源性转基因的表达不能完全遵循原有内源性基因表达的模式,对内源性基因的表达还可能造成干扰;二是效率低。
1.1.2以同源重组为基础的遗传改造技术该技术将经改造后的序列通过同源重组替换原有的序列,从而达到改造基因的目的。该技术需经历ES细胞培养、ES细胞内重组和筛选、囊胚注射和子宫移植等阶段而获得嵌合鼠,再从嵌合鼠的后代中获得能稳定遗传改造过的基因的首建鼠。该技术可以用于对基因进行定点突变、整个或部分序列替换造成该基因功能的缺失,可实现传统敲除(conventionalknockout)[6]、结合Cre-loxp[7]、Flp-Frt[8]系统可实现对特定基因的条件性敲除(conditionalknockout,包括组织特性和发育阶段特异性敲除)。该技术可以模拟和再现人或动物由基因点突变而造成的疾病,可以实现在特定的组织细胞、特定的发育阶段关闭某个或某些基因的表达,以模拟和再现这些组织细胞或发育阶段相关的特定疾病的发生、发展过程等。该技术的主要缺点是:受限于ES细胞的培养技术(目前仅有小鼠、大鼠的数个ES细胞系可用)、首建鼠获得率低、周期长等。
1.1.3以人工核酸内切酶为基础的遗传改造技术近年来,许多学者从微生物中发现了几种能特异性识别某些碱基序列的内切酶并加以改进,发展成为人工核酸内切酶,应用该技术可以精确地对某些特异DNA序列进行识别、结合和特异性切除,以促进外源DNA序列在缺口处的插入,从而达到切除或者替换原有序列的目的,实现基因改造。近几年,迅速发展起来的人工内切酶技术,包括ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9技术,具有操作简单、修改精确度高、效率高、周期短、不受ES细胞的局限、可对多种细胞内的基因进行改造等优点[9]。其中CRISPR/Cas9技术在南京大学模式动物研究所得到了很好的开发和应用,黄行许等人利用该技术已经成功实现对包括人ES细胞在内的多种种属和种系细胞株内的基因改造,成功地实现了对小鼠[10]、大鼠[11]、猴[12]的基因改造,其中包括条件性敲除改造等。CRISPR/Cas9等新技术的开发和利用提高了遗传改造的成功率,使多种属、种系的遗传改造疾病动物模型的构建成为可能。
1.2遗传改造疾病动物模型在医药学研究上的应用及其特点
1.2.1在西医药研究上的应用特点及其前景基于对小鼠遗传信息的深入研究,对人、小鼠疾病的遗传学研究成果,目前已通过遗传改造技术构建出多种能再现人、小鼠疾病的小鼠模型,并被广泛应用于研究和揭示疾病发生和发展分别所涉及的信号通路、基因及其调控等。由于肿瘤的发生和发展过程实质上是体细胞或生殖细胞基因突变及其积累的过程,因此遗传改造技术构建的肿瘤疾病模型能再现许多肿瘤的发生和发展过程,因此在肿瘤医学研究和抗肿瘤药物开发上具有巨大的应用价值,并已取得了不小的成果。目前,已获知肿瘤发生和发展的过程是Ras通路[13]、WNT通路[14]或PI3K/AKT通路[15]等促进细胞增殖的信号通路被激活,而p53通路[16]或Rb通路[17]等抑制细胞增殖的信号通路被破坏的过程。在对这些分子机制较为深刻和充分的认识基础上,已开发出多种抗肿瘤药物。例如对靶向EGFR的药物已被应用于临床上抗肿瘤治疗[18],对p53通路的调节模式的认识及对有关分子结构的了解,促成了MDM2抑制药物RG7112[19]等的产生,这些药物均在一定程度上对一些肿瘤有较好的疗效。近年来,基于对小鼠转移性肿瘤模型中获得的有关肿瘤转移过程所涉及的分子机理的深刻认识,为开发出能广泛抑制肿瘤转移药物提供了理论依据。由于受到ES细胞培养难等技术限制,目前遗传改造疾病动物模型绝大多数来自于小鼠,CRISPR/Cas9技术在多种模式动物中的成功应用,使得更广泛的动物遗传改造成为可能,从而为构建除小鼠以外的遗传改造疾病动物模型清除了技术障碍。
1.2.2在中医药学研究上的应用特点及其前景由于中医症候的标准化、量化从理论上和方法上的未统一、未确定,导致中医症候本身的描述和表征上存在争议性,使得依据中医药理论所构建的疾病动物模型能被业者认可的极为有限。尽快制订统一的中医症候确诊标准,探索符合中医药理论的量化方法,探讨和揭示中医症候与基因的表达调控及其功能的关系,有助于中医药实践和理论的深入发展。中医理论的整体观和辨证观强调了机体的整体性、个体的特异性和致病的辩证性在疾病诊断、病因、病机探索和疾病治疗上的关键作用,提示需要以组学如功能基因组学、转录物组学、蛋白质组学和代谢组学等的理念和方法,洞察中医症候的病因和病机。因此,从遗传学角度来解读中医症候,更多体现在以某个基因为主的多基因间相互关联和作用(整体性和辩证性),更多表现为表观遗传学上的改变(个体性)所造成的症候的发生和发展。现代遗传改造技术的长足进步和CRISPR/Cas9等新技术的产生,使得经济、快捷地在1个个体中对多个基因进行改造和进行人为模拟自然调控成为可能。随着中医症候的标准化和量化从理论上得到统一和确定,方法上得到改进和广泛的认同,相信遗传改造技术所构建的中医症候动物模型在不久的将来必将面世,这将为中医药学的研究提供新的平台,有望促进中医药学的实践和理论发展达到新的高度。
2小结