探討小水電運(yùn)行維護(hù)與發(fā)電效率的有效措施

周文成

（甘肅電投大容電力有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

我國具有較多類型的發(fā)電站，如水力發(fā)電站、火力發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站以及核發(fā)電站等，發(fā)電站的電力在促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高人們生活水平等方面發(fā)揮著重要作用。水力發(fā)電站作為發(fā)電站中的重要組成部分，水力發(fā)電的原理是將水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，屬于可再生的能源，相較于火力發(fā)電站水力發(fā)電站，不需要利用大量的礦石燃料，相比于風(fēng)力發(fā)電站，水力發(fā)電站更穩(wěn)定。相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水力發(fā)電技術(shù)的研究，為水力發(fā)電奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)，促進(jìn)我國水利事業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。通過大力發(fā)展小水電站，2020年我國新增年發(fā)電量781 億kWh，解決1.04億農(nóng)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(tài)效益360億元。但當(dāng)前我國小水電發(fā)電仍存在一些問題，如何解決這些問題已成為當(dāng)前水利發(fā)展研究亟待解決的重要事項(xiàng)。本文將針對(duì)小水電運(yùn)行維護(hù)及提高小水電發(fā)電效率提出一定見解。

1 小水電站發(fā)電效率的影響因素

1.1 水輪機(jī)對(duì)發(fā)電效率的影響

發(fā)電機(jī)中的水輪機(jī)所產(chǎn)生的效率主要?jiǎng)澐譃闄C(jī)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(jī)械效率，機(jī)組的軸承和油封需要處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。為了提升水輪機(jī)的容積效率，需要保證水輪機(jī)的防漏組件和轉(zhuǎn)輪之間的空隙處于正常范圍，為了提高水輪機(jī)的水力效率，需要減少蝸殼的進(jìn)口到尾水管的出口裝置的損失，減少泥沙對(duì)水輪的磨損，降低氣體對(duì)機(jī)器的腐蝕。

通常條件下，發(fā)電機(jī)中有效水頭和水流量之間構(gòu)成的函數(shù)關(guān)系就是水輪機(jī)的效率曲線。其關(guān)系和二函數(shù)中a<0的自變量與因變量關(guān)系一致，都是最初屬于雙增模式，達(dá)到最大值時(shí)，效率持續(xù)下降。此外為防止汽蝕和振動(dòng)，應(yīng)合理確定水流量波動(dòng)范圍，提高水力效率是提高機(jī)組效率的關(guān)鍵，也是提高小水電發(fā)電效率的關(guān)鍵途徑。

1.2 影響水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率的因素

影響水輪發(fā)電機(jī)組效率的因素較多，一般涉及水輪發(fā)電機(jī)所在區(qū)域的水文變化較為頻繁、未按標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)的安裝、機(jī)械振動(dòng)以及零件質(zhì)量等因素。在水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過程中，受水力的影響較大，大部分區(qū)域的水流變化較大，容易出現(xiàn)振動(dòng)或脫流等問題，對(duì)機(jī)器造成磨損，使發(fā)電效率受到影響。實(shí)際的水輪發(fā)電機(jī)組安裝環(huán)節(jié)，如果安裝的迷宮環(huán)間隙不均勻，容易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)產(chǎn)生側(cè)向推力，出現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)，甚至發(fā)電機(jī)損壞。

2 小水電運(yùn)行維護(hù)與發(fā)電效率存在的問題

2.1 定子組件老舊，未定期清洗

小型發(fā)電站由于缺乏資金投入，多數(shù)小水電發(fā)電站對(duì)發(fā)電機(jī)的零部件沒有進(jìn)行定期維護(hù)和更換，機(jī)座沒有進(jìn)行及時(shí)清理，有大量的灰塵。受維修與保養(yǎng)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(yùn)行效率，同時(shí)由于清洗不夠及時(shí)，導(dǎo)致部分組件腐蝕損壞，為水電站的運(yùn)行安全埋下了隱患。技術(shù)人員以及管理部門需要注意對(duì)定子組件的維護(hù)與更換，及時(shí)對(duì)水電站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與檢查，對(duì)不符合要求的組件或環(huán)節(jié)進(jìn)行完善與調(diào)整。未定時(shí)清洗而形成的灰塵一旦進(jìn)入小水電的內(nèi)部，可能會(huì)對(duì)小水電的發(fā)電效率產(chǎn)生影響。

2.2 小水電運(yùn)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(yùn)行模式和檢測(cè)技術(shù)存在缺陷，對(duì)小水電站機(jī)組利用度的重視程度較低，沒有遵循發(fā)電站發(fā)電量的最大化與耗水量的最少化的原則。在實(shí)際的運(yùn)行過程中，小水電站對(duì)運(yùn)行的各項(xiàng)因素考慮不足，特別是未充分考慮環(huán)境及能源消耗等因素，導(dǎo)致運(yùn)行模式存在漏洞。由于基礎(chǔ)措施不完善，無法有效保證發(fā)電站的發(fā)電量。

2.3 發(fā)電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不完善

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國水力發(fā)電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不斷完善，但在小水電站的資金及技術(shù)等方面的投入欠缺，使用的設(shè)備都較為老化，技術(shù)相對(duì)大型發(fā)電站較為落后。如果技術(shù)人員沒有及時(shí)針對(duì)小水電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題提出解決措施，將會(huì)阻礙小水電的發(fā)電效率提高，影響小水電的運(yùn)行與維護(hù)工作。

3 提高小水電站發(fā)電效率的有效策略

3.1 對(duì)水輪機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全國水力發(fā)電總量為11 945 億kWh，其中長(zhǎng)江電力累計(jì)完成發(fā)電量2 108 億kWh，占全國水電發(fā)電量的17.66%；國投電力累計(jì)完成發(fā)電量1 289.49 億kWh，占比達(dá)6.95%；桂冠電力累計(jì)完成發(fā)電量346.59 億kWh，占全國水電發(fā)電量的2.90%。

水力發(fā)電對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義，水輪機(jī)組對(duì)于水電站發(fā)電效率有顯著影響，在未來的發(fā)展中，電力部門應(yīng)及時(shí)對(duì)水輪機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，保證小水電的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（1）定子處理。

將定子的各個(gè)舊部件拆除，例如線棒、鐵芯沖片、拉伸螺桿等，在此基礎(chǔ)上，還需要將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)座清理干凈。

（2）按照相關(guān)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(yù)壓和整體熱壓，完成后按相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢查有關(guān)參數(shù)。根據(jù)對(duì)鋼鐵的磨損度進(jìn)行檢查，檢查是否符合要求，安裝端箍時(shí)檢查此安裝環(huán)節(jié)是否以“定子磁場(chǎng)離線工藝規(guī)章”為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作。

（3）測(cè)試水輪機(jī)性能。

包括效率、短路情況、空載等數(shù)據(jù)。

（4）轉(zhuǎn)子絕緣處理。

拆除所有磁極后需要仔細(xì)清理磁極表面，堵住磁極之間的間隙；清理其磁軛通風(fēng)溝，實(shí)現(xiàn)除塵；更換小水電發(fā)電機(jī)組磁極鍵中的相關(guān)部件，拆除原風(fēng)機(jī)與擋風(fēng)板，適當(dāng)減少風(fēng)管結(jié)構(gòu)。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的上端與下端利用小水電發(fā)電機(jī)組中的風(fēng)扇螺桿，在風(fēng)斗中旋轉(zhuǎn)插入一圈強(qiáng)度較高的玻璃鋼，提高定轉(zhuǎn)子氣隙壓頭，使小水電定子中的有效段風(fēng)量大幅度增加。為了提升小水電發(fā)電機(jī)組中上下齒壓板的散熱效果，可以通過封堵線圈尾部實(shí)現(xiàn)。

3.2 優(yōu)化小水發(fā)電站的運(yùn)行過程

小型水電站對(duì)于對(duì)我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要作用，可以為區(qū)域提供電力，具有防洪蓄水的功能，小型水利工程應(yīng)在滿足該區(qū)域水庫防汛抗洪、安全度汛的基礎(chǔ)條件下，聽從電力系統(tǒng)容量平衡和調(diào)度命令，配合綜合管理利用條件的要求。小型水電站應(yīng)以消耗水量最小化、發(fā)電量最大為基準(zhǔn)要求，優(yōu)化短期目標(biāo)時(shí)應(yīng)依據(jù)長(zhǎng)期優(yōu)化方案為基準(zhǔn)。除此以外，還需要發(fā)揮小水電站水庫的調(diào)節(jié)功能，提升電力提高的調(diào)峰基能。站內(nèi)優(yōu)化運(yùn)行應(yīng)按照水輪機(jī)組間最優(yōu)負(fù)荷分配的方法，結(jié)合機(jī)組原型效率特性曲線，采用等微增率法或動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，進(jìn)行最優(yōu)負(fù)荷分配。

3.3 完善監(jiān)測(cè)運(yùn)行效率

我國的大型水電站具有先進(jìn)高新的設(shè)備和前沿的技術(shù)，但較多小型水電站設(shè)備陳舊老化，采用的發(fā)電技術(shù)落后，發(fā)電效率較低，需要對(duì)設(shè)備陳舊的電站進(jìn)行效率實(shí)測(cè)，深度挖掘電站的發(fā)展?jié)撃懿⑦M(jìn)行小水電設(shè)備更新，以此提升電站的經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益。

管理人員應(yīng)當(dāng)對(duì)小水電中的各種零件進(jìn)行實(shí)時(shí)有效率的監(jiān)控與檢測(cè)，優(yōu)化發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，達(dá)到提高發(fā)電機(jī)效率，減少電站的運(yùn)行成本，減小發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障發(fā)生的概率。水電站應(yīng)引進(jìn)高科技的發(fā)電設(shè)備，對(duì)發(fā)電站的運(yùn)行和維護(hù)進(jìn)行合理的模塊分割與功能劃分，提升維護(hù)人員的工作效率，使發(fā)電站的運(yùn)行維護(hù)更完善，引用的小型水輪發(fā)電機(jī)的體系，也需要植入DSP系統(tǒng)。

在操作的過程中，遵循我國現(xiàn)有DSP系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將DSP系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)的前臺(tái)數(shù)據(jù)與操作實(shí)施單元，提高小水電運(yùn)行監(jiān)測(cè)效率，避免對(duì)DSP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。系統(tǒng)需要DSP時(shí)打開指令，完善系統(tǒng)的運(yùn)行與模塊化，增加DSP系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù)，對(duì)發(fā)電站的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提高發(fā)電站發(fā)電效率，使DSP系統(tǒng)的適應(yīng)性變強(qiáng)，適用更多的發(fā)電站改造。

3.4 運(yùn)行中發(fā)電機(jī)組的維護(hù)

為了保證小水電發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行，在維護(hù)過程中需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，定期對(duì)發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)等設(shè)備進(jìn)行定期檢查，做好維護(hù)記錄，減少發(fā)電機(jī)組的故障發(fā)生。

例如在發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程中，需要對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行清理，特別是發(fā)電機(jī)的滑環(huán)處，出現(xiàn)灰塵或油污時(shí)需要及時(shí)清潔；出現(xiàn)故障或缺陷時(shí)，需要及時(shí)處理，保證發(fā)電機(jī)組各個(gè)部位連接正常。對(duì)于發(fā)電機(jī)組的電壓表和電流表，工作人員需要進(jìn)行監(jiān)視，觀察電壓值與電流值的數(shù)值，判斷發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)，如果電壓表或電流表的接頭顏色出現(xiàn)異常，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱故障。

定期對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行巡視，檢查發(fā)電機(jī)組的機(jī)殼表面及軸承溫度，可以用手觸摸或紅外測(cè)溫儀測(cè)量，出現(xiàn)溫度升高時(shí)，需要查找故障原因，及時(shí)解決故障問題。在發(fā)電機(jī)組的日常維護(hù)工作中，需要做好維護(hù)記錄，對(duì)故障出現(xiàn)原因及故障出現(xiàn)的時(shí)期進(jìn)行重點(diǎn)記錄，妥善保存小水電站原始數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)材料。

4 結(jié)語

綜上所述，提高小水電站的發(fā)電效率，一方面可以提高水電站的經(jīng)濟(jì)收益，另一方面也可以為社會(huì)效益的提升奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。提高小水電站的運(yùn)行效率，應(yīng)從機(jī)組優(yōu)化、運(yùn)行過程優(yōu)化和運(yùn)行效率監(jiān)測(cè)入手。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)部門對(duì)水電產(chǎn)業(yè)的重視和投入的不斷提高，小水電站的發(fā)電效率及運(yùn)行維護(hù)可以得到良好發(fā)展。