探討小水電運行維護與發電效率的有效措施

周文成

（甘肅電投大容電力有限責任公司，甘肅蘭州 730030）

我國具有較多類型的發電站，如水力發電站、火力發電站、風力發電站以及核發電站等，發電站的電力在促進我國的經濟發展、提高人們生活水平等方面發揮著重要作用。水力發電站作為發電站中的重要組成部分，水力發電的原理是將水的重力勢能轉化為電能，屬于可再生的能源，相較于火力發電站水力發電站，不需要利用大量的礦石燃料，相比于風力發電站，水力發電站更穩定。相關部門應加強對水力發電技術的研究，為水力發電奠定良好的技術基礎，促進我國水利事業可持續健康發展。通過大力發展小水電站，2020年我國新增年發電量781 億kWh，解決1.04億農村居民的生活燃料問題，每年減少砍柴量1.49億m3，減少二氧化碳排放約4 100 萬t，獲得生態效益360億元。但當前我國小水電發電仍存在一些問題，如何解決這些問題已成為當前水利發展研究亟待解決的重要事項。本文將針對小水電運行維護及提高小水電發電效率提出一定見解。

1 小水電站發電效率的影響因素

1.1 水輪機對發電效率的影響

發電機中的水輪機所產生的效率主要劃分為機械效率、容積效率和水力效率。為了提高水電站在一體化過程中的機械效率，機組的軸承和油封需要處于良好的運行狀態。為了提升水輪機的容積效率，需要保證水輪機的防漏組件和轉輪之間的空隙處于正常范圍，為了提高水輪機的水力效率，需要減少蝸殼的進口到尾水管的出口裝置的損失，減少泥沙對水輪的磨損，降低氣體對機器的腐蝕。

通常條件下，發電機中有效水頭和水流量之間構成的函數關系就是水輪機的效率曲線。其關系和二函數中a<0的自變量與因變量關系一致，都是最初屬于雙增模式，達到最大值時，效率持續下降。此外為防止汽蝕和振動，應合理確定水流量波動范圍，提高水力效率是提高機組效率的關鍵，也是提高小水電發電效率的關鍵途徑。

1.2 影響水輪發電機組發電效率的因素

影響水輪發電機組效率的因素較多，一般涉及水輪發電機所在區域的水文變化較為頻繁、未按標準的方式進行水輪發電機的安裝、機械振動以及零件質量等因素。在水輪發電機的運行過程中，受水力的影響較大，大部分區域的水流變化較大，容易出現振動或脫流等問題，對機器造成磨損，使發電效率受到影響。實際的水輪發電機組安裝環節，如果安裝的迷宮環間隙不均勻，容易導致發電機產生側向推力，出現機械振動，甚至發電機損壞。

2 小水電運行維護與發電效率存在的問題

2.1 定子組件老舊，未定期清洗

小型發電站由于缺乏資金投入，多數小水電發電站對發電機的零部件沒有進行定期維護和更換，機座沒有進行及時清理，有大量的灰塵。受維修與保養條件的限制，部分小水電站的定子組件老舊，降低了水電站的運行效率，同時由于清洗不夠及時，導致部分組件腐蝕損壞，為水電站的運行安全埋下了隱患。技術人員以及管理部門需要注意對定子組件的維護與更換，及時對水電站的運行情況進行監測與檢查，對不符合要求的組件或環節進行完善與調整。未定時清洗而形成的灰塵一旦進入小水電的內部，可能會對小水電的發電效率產生影響。

2.2 小水電運行模式不合理

由于小水電站與大水電站的資金與人才投入存在較大差異，其運行模式和檢測技術存在缺陷，對小水電站機組利用度的重視程度較低，沒有遵循發電站發電量的最大化與耗水量的最少化的原則。在實際的運行過程中，小水電站對運行的各項因素考慮不足，特別是未充分考慮環境及能源消耗等因素，導致運行模式存在漏洞。由于基礎措施不完善，無法有效保證發電站的發電量。

2.3 發電站監測系統不完善

隨著社會經濟的不斷發展，我國水力發電站監測系統不斷完善，但在小水電站的資金及技術等方面的投入欠缺，使用的設備都較為老化，技術相對大型發電站較為落后。如果技術人員沒有及時針對小水電監測系統運行中存在的問題提出解決措施，將會阻礙小水電的發電效率提高，影響小水電的運行與維護工作。

3 提高小水電站發電效率的有效策略

3.1 對水輪機組進行優化

據統計，2017年全國水力發電總量為11 945 億kWh，其中長江電力累計完成發電量2 108 億kWh，占全國水電發電量的17.66%；國投電力累計完成發電量1 289.49 億kWh，占比達6.95%；桂冠電力累計完成發電量346.59 億kWh，占全國水電發電量的2.90%。

水力發電對我國經濟的發展具有重要意義，水輪機組對于水電站發電效率有顯著影響，在未來的發展中，電力部門應及時對水輪機組進行優化，保證小水電的正常運轉。

（1）定子處理。

將定子的各個舊部件拆除，例如線棒、鐵芯沖片、拉伸螺桿等，在此基礎上，還需要將發動機機座清理干凈。

（2）按照相關操作流程安裝定位桿和芯片。

在芯片安裝過程中，需要分段預壓和整體熱壓，完成后按相關技術標準檢查有關參數。根據對鋼鐵的磨損度進行檢查，檢查是否符合要求，安裝端箍時檢查此安裝環節是否以“定子磁場離線工藝規章”為標準進行操作。

（3）測試水輪機性能。

包括效率、短路情況、空載等數據。

（4）轉子絕緣處理。

拆除所有磁極后需要仔細清理磁極表面，堵住磁極之間的間隙；清理其磁軛通風溝，實現除塵；更換小水電發電機組磁極鍵中的相關部件，拆除原風機與擋風板，適當減少風管結構。在發電機轉子磁極的上端與下端利用小水電發電機組中的風扇螺桿，在風斗中旋轉插入一圈強度較高的玻璃鋼，提高定轉子氣隙壓頭，使小水電定子中的有效段風量大幅度增加。為了提升小水電發電機組中上下齒壓板的散熱效果，可以通過封堵線圈尾部實現。

3.2 優化小水發電站的運行過程

小型水電站對于對我國區域經濟的發展具有重要作用，可以為區域提供電力，具有防洪蓄水的功能，小型水利工程應在滿足該區域水庫防汛抗洪、安全度汛的基礎條件下，聽從電力系統容量平衡和調度命令，配合綜合管理利用條件的要求。小型水電站應以消耗水量最小化、發電量最大為基準要求，優化短期目標時應依據長期優化方案為基準。除此以外，還需要發揮小水電站水庫的調節功能，提升電力提高的調峰基能。站內優化運行應按照水輪機組間最優負荷分配的方法，結合機組原型效率特性曲線，采用等微增率法或動態規劃法，進行最優負荷分配。

3.3 完善監測運行效率

我國的大型水電站具有先進高新的設備和前沿的技術，但較多小型水電站設備陳舊老化，采用的發電技術落后，發電效率較低，需要對設備陳舊的電站進行效率實測，深度挖掘電站的發展潛能并進行小水電設備更新，以此提升電站的經濟發展效益。

管理人員應當對小水電中的各種零件進行實時有效率的監控與檢測，優化發電機的運行，達到提高發電機效率，減少電站的運行成本，減小發電機運行故障發生的概率。水電站應引進高科技的發電設備，對發電站的運行和維護進行合理的模塊分割與功能劃分，提升維護人員的工作效率，使發電站的運行維護更完善，引用的小型水輪發電機的體系，也需要植入DSP系統。

在操作的過程中，遵循我國現有DSP系統的運行經驗，將DSP系統作為發電機的前臺數據與操作實施單元，提高小水電運行監測效率，避免對DSP系統的數據產生干擾。系統需要DSP時打開指令，完善系統的運行與模塊化，增加DSP系統的穩定性，增強系統維護，對發電站的運行進行監測，提高發電站發電效率，使DSP系統的適應性變強，適用更多的發電站改造。

3.4 運行中發電機組的維護

為了保證小水電發電機組長時間安全運行，在維護過程中需要對其進行實時監控，定期對發電機、水輪機等設備進行定期檢查，做好維護記錄，減少發電機組的故障發生。

例如在發電機組的運行過程中，需要對發電機組進行清理，特別是發電機的滑環處，出現灰塵或油污時需要及時清潔；出現故障或缺陷時，需要及時處理，保證發電機組各個部位連接正常。對于發電機組的電壓表和電流表，工作人員需要進行監視，觀察電壓值與電流值的數值，判斷發電機組的工作狀態，如果電壓表或電流表的接頭顏色出現異常，會導致發熱故障。

定期對發電機組進行巡視，檢查發電機組的機殼表面及軸承溫度，可以用手觸摸或紅外測溫儀測量，出現溫度升高時，需要查找故障原因，及時解決故障問題。在發電機組的日常維護工作中，需要做好維護記錄，對故障出現原因及故障出現的時期進行重點記錄，妥善保存小水電站原始數據，為后續工作提供數據材料。

4 結語

綜上所述，提高小水電站的發電效率，一方面可以提高水電站的經濟收益，另一方面也可以為社會效益的提升奠定扎實基礎。提高小水電站的運行效率，應從機組優化、運行過程優化和運行效率監測入手。隨著科學技術的不斷發展和相關部門對水電產業的重視和投入的不斷提高，小水電站的發電效率及運行維護可以得到良好發展。