探讨小水电运行维护与发电效率的有效措施

周文成

（甘肃电投大容电力有限责任公司，甘肃兰州 730030）

我国具有较多类型的发电站，如水力发电站、火力发电站、风力发电站以及核发电站等，发电站的电力在促进我国的经济发展、提高人们生活水平等方面发挥着重要作用。水力发电站作为发电站中的重要组成部分，水力发电的原理是将水的重力势能转化为电能，属于可再生的能源，相较于火力发电站水力发电站，不需要利用大量的矿石燃料，相比于风力发电站，水力发电站更稳定。相关部门应加强对水力发电技术的研究，为水力发电奠定良好的技术基础，促进我国水利事业可持续健康发展。通过大力发展小水电站，2020年我国新增年发电量781 亿kWh，解决1.04亿农村居民的生活燃料问题，每年减少砍柴量1.49亿m3，减少二氧化碳排放约4 100 万t，获得生态效益360亿元。但当前我国小水电发电仍存在一些问题，如何解决这些问题已成为当前水利发展研究亟待解决的重要事项。本文将针对小水电运行维护及提高小水电发电效率提出一定见解。

1 小水电站发电效率的影响因素

1.1 水轮机对发电效率的影响

发电机中的水轮机所产生的效率主要划分为机械效率、容积效率和水力效率。为了提高水电站在一体化过程中的机械效率，机组的轴承和油封需要处于良好的运行状态。为了提升水轮机的容积效率，需要保证水轮机的防漏组件和转轮之间的空隙处于正常范围，为了提高水轮机的水力效率，需要减少蜗壳的进口到尾水管的出口装置的损失，减少泥沙对水轮的磨损，降低气体对机器的腐蚀。

通常条件下，发电机中有效水头和水流量之间构成的函数关系就是水轮机的效率曲线。其关系和二函数中a<0的自变量与因变量关系一致，都是最初属于双增模式，达到最大值时，效率持续下降。此外为防止汽蚀和振动，应合理确定水流量波动范围，提高水力效率是提高机组效率的关键，也是提高小水电发电效率的关键途径。

1.2 影响水轮发电机组发电效率的因素

影响水轮发电机组效率的因素较多，一般涉及水轮发电机所在区域的水文变化较为频繁、未按标准的方式进行水轮发电机的安装、机械振动以及零件质量等因素。在水轮发电机的运行过程中，受水力的影响较大，大部分区域的水流变化较大，容易出现振动或脱流等问题，对机器造成磨损，使发电效率受到影响。实际的水轮发电机组安装环节，如果安装的迷宫环间隙不均匀，容易导致发电机产生侧向推力，出现机械振动，甚至发电机损坏。

2 小水电运行维护与发电效率存在的问题

2.1 定子组件老旧，未定期清洗

小型发电站由于缺乏资金投入，多数小水电发电站对发电机的零部件没有进行定期维护和更换，机座没有进行及时清理，有大量的灰尘。受维修与保养条件的限制，部分小水电站的定子组件老旧，降低了水电站的运行效率，同时由于清洗不够及时，导致部分组件腐蚀损坏，为水电站的运行安全埋下了隐患。技术人员以及管理部门需要注意对定子组件的维护与更换，及时对水电站的运行情况进行监测与检查，对不符合要求的组件或环节进行完善与调整。未定时清洗而形成的灰尘一旦进入小水电的内部，可能会对小水电的发电效率产生影响。

2.2 小水电运行模式不合理

由于小水电站与大水电站的资金与人才投入存在较大差异，其运行模式和检测技术存在缺陷，对小水电站机组利用度的重视程度较低，没有遵循发电站发电量的最大化与耗水量的最少化的原则。在实际的运行过程中，小水电站对运行的各项因素考虑不足，特别是未充分考虑环境及能源消耗等因素，导致运行模式存在漏洞。由于基础措施不完善，无法有效保证发电站的发电量。

2.3 发电站监测系统不完善

随着社会经济的不断发展，我国水力发电站监测系统不断完善，但在小水电站的资金及技术等方面的投入欠缺，使用的设备都较为老化，技术相对大型发电站较为落后。如果技术人员没有及时针对小水电监测系统运行中存在的问题提出解决措施，将会阻碍小水电的发电效率提高，影响小水电的运行与维护工作。

3 提高小水电站发电效率的有效策略

3.1 对水轮机组进行优化

据统计，2017年全国水力发电总量为11 945 亿kWh，其中长江电力累计完成发电量2 108 亿kWh，占全国水电发电量的17.66%；国投电力累计完成发电量1 289.49 亿kWh，占比达6.95%；桂冠电力累计完成发电量346.59 亿kWh，占全国水电发电量的2.90%。

水力发电对我国经济的发展具有重要意义，水轮机组对于水电站发电效率有显著影响，在未来的发展中，电力部门应及时对水轮机组进行优化，保证小水电的正常运转。

（1）定子处理。

将定子的各个旧部件拆除，例如线棒、铁芯冲片、拉伸螺杆等，在此基础上，还需要将发动机机座清理干净。

（2）按照相关操作流程安装定位杆和芯片。

在芯片安装过程中，需要分段预压和整体热压，完成后按相关技术标准检查有关参数。根据对钢铁的磨损度进行检查，检查是否符合要求，安装端箍时检查此安装环节是否以“定子磁场离线工艺规章”为标准进行操作。

（3）测试水轮机性能。

包括效率、短路情况、空载等数据。

（4）转子绝缘处理。

拆除所有磁极后需要仔细清理磁极表面，堵住磁极之间的间隙；清理其磁轭通风沟，实现除尘；更换小水电发电机组磁极键中的相关部件，拆除原风机与挡风板，适当减少风管结构。在发电机转子磁极的上端与下端利用小水电发电机组中的风扇螺杆，在风斗中旋转插入一圈强度较高的玻璃钢，提高定转子气隙压头，使小水电定子中的有效段风量大幅度增加。为了提升小水电发电机组中上下齿压板的散热效果，可以通过封堵线圈尾部实现。

3.2 优化小水发电站的运行过程

小型水电站对于对我国区域经济的发展具有重要作用，可以为区域提供电力，具有防洪蓄水的功能，小型水利工程应在满足该区域水库防汛抗洪、安全度汛的基础条件下，听从电力系统容量平衡和调度命令，配合综合管理利用条件的要求。小型水电站应以消耗水量最小化、发电量最大为基准要求，优化短期目标时应依据长期优化方案为基准。除此以外，还需要发挥小水电站水库的调节功能，提升电力提高的调峰基能。站内优化运行应按照水轮机组间最优负荷分配的方法，结合机组原型效率特性曲线，采用等微增率法或动态规划法，进行最优负荷分配。

3.3 完善监测运行效率

我国的大型水电站具有先进高新的设备和前沿的技术，但较多小型水电站设备陈旧老化，采用的发电技术落后，发电效率较低，需要对设备陈旧的电站进行效率实测，深度挖掘电站的发展潜能并进行小水电设备更新，以此提升电站的经济发展效益。

管理人员应当对小水电中的各种零件进行实时有效率的监控与检测，优化发电机的运行，达到提高发电机效率，减少电站的运行成本，减小发电机运行故障发生的概率。水电站应引进高科技的发电设备，对发电站的运行和维护进行合理的模块分割与功能划分，提升维护人员的工作效率，使发电站的运行维护更完善，引用的小型水轮发电机的体系，也需要植入DSP系统。

在操作的过程中，遵循我国现有DSP系统的运行经验，将DSP系统作为发电机的前台数据与操作实施单元，提高小水电运行监测效率，避免对DSP系统的数据产生干扰。系统需要DSP时打开指令，完善系统的运行与模块化，增加DSP系统的稳定性，增强系统维护，对发电站的运行进行监测，提高发电站发电效率，使DSP系统的适应性变强，适用更多的发电站改造。

3.4 运行中发电机组的维护

为了保证小水电发电机组长时间安全运行，在维护过程中需要对其进行实时监控，定期对发电机、水轮机等设备进行定期检查，做好维护记录，减少发电机组的故障发生。

例如在发电机组的运行过程中，需要对发电机组进行清理，特别是发电机的滑环处，出现灰尘或油污时需要及时清洁；出现故障或缺陷时，需要及时处理，保证发电机组各个部位连接正常。对于发电机组的电压表和电流表，工作人员需要进行监视，观察电压值与电流值的数值，判断发电机组的工作状态，如果电压表或电流表的接头颜色出现异常，会导致发热故障。

定期对发电机组进行巡视，检查发电机组的机壳表面及轴承温度，可以用手触摸或红外测温仪测量，出现温度升高时，需要查找故障原因，及时解决故障问题。在发电机组的日常维护工作中，需要做好维护记录，对故障出现原因及故障出现的时期进行重点记录，妥善保存小水电站原始数据，为后续工作提供数据材料。

4 结语

综上所述，提高小水电站的发电效率，一方面可以提高水电站的经济收益，另一方面也可以为社会效益的提升奠定扎实基础。提高小水电站的运行效率，应从机组优化、运行过程优化和运行效率监测入手。随着科学技术的不断发展和相关部门对水电产业的重视和投入的不断提高，小水电站的发电效率及运行维护可以得到良好发展。