小型水电站运行与管理

小型水电站运行与管理

何海珍

兴宁市合水水库管理处广东兴宁514500

摘要：本文主要针对小型水电站的运行与管理展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对小型水电站中主要的设备、10kV高压线以及引水系统等方面的运行管理作了详细的阐述和系统的分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：小型水电站；运行；管理

小型水电站作为水利建设中的重要部分，对我国的农业建设有着极大的帮助。因此，为了更好地发挥小型水电站的经济效益和社会效益，我们就需要做好小型水电站的运行及管理工作，从而保障小型水电站的工作效率。基于此，本文就小型水电站的运行与管理进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

1主要设备运行管理

水电站主要设备包括400kW和200kW水轮机、发电机各1台，励磁各1面，800kVA变压器1台以及连接发电机与励磁之间电缆线和连接励磁与变压器之间的三相铝排等。

1.1水轮机运行管理

400kW和200kW水轮机是小水电站主要设备之一，必须按水轮机使用说明书中要求进行维护和管理。定期压注黄油，定期向推力径向轴承、径向轴承、手摇油泵轴承和泵座箱内加30号透平油（汽机油），至少1a换1次，并定期观察油位和记录温度。根据近2a运行观察，400kW和200kW水轮机轴承温度变化都在40℃～45℃之间，轴承温度无超过65℃，都属正常温度变化范围。始终保持油位，是确保不烧瓦的先决条件。故水轮机轴承温度控制在40℃～45℃之间，不超过65℃，是水轮机运行管理的关键所在。采用循环冷却水冷却与发电机发电同步运行，也是水轮机温控所采取的重要措施。

1.2发电机运行管理

发电机也是水电站主要设备之一，必须按发电机使用说明书中要求进行维护和管理。连接新老200kW发电机与新老励磁之间电缆线铜线断面积为200mm2，能通过400A发电机出线电流，都大于新老发电机361A出线电流，不会因发电机出线电流无法全部通过，导致发电机定子发热现象产生。据长期观察，新老200kW发电机定子温度变化都在40℃～45℃之间，与新200kW和400kW水轮机轴承温度一致，属正常温度变化范围。

根据近2a运行观察，扩容后的400kW发电机每到当年雨季6～9月份满负荷或超负荷发电时，发电机定子温度达52℃～55℃，比400kW水轮机轴承温度40℃～45℃高出10℃～12℃，温度稍高，但温度变化没有超过65℃，还属正常温度变化范畴，不过对发电机寿命有一定影响。400kW发电机定子比400kW水轮机轴承温度高出10℃～12℃是因为2根电缆线铜线断面积只有350mm2，满足不了发电机出线电流722A全部通过的要求，导致发电机定子发热。

1.3励磁运行管理

励磁系统是水电站设备中灵敏度最高的电气设备。水电站和变电所在设计和设备选型中，一定要考虑到电站励磁系统电气设备、自动控制装置等与变电站（所）过载解列装置系统电气设备、自动控制装置等先进性要同步，灵敏度要一致，否则会影响小水电站发电和输电质量。

1.3.1小水电站扩容前

2台老200kW发电机配套的励磁系统与变电所过载解列装置系统都无自动控制装置，只有手动控制装置，先进性较同步，灵敏度较一致。因为手动控制是开环的，也是变压的，所以整个电网系统大型电机启动需要短时冲击功率，引起电压波动；对小水电站励磁系统影响极小，对控制屏上电流表、电压表、功率因数表影响也很小，摆动甚微，对小水电站发电和输电质量和干扰较小。

1.3.2小水电站扩容后，变电所新建前

该阶段农网改造未完成，水电站采用自动控制装置发电，而老变电所过载解列装置系统无自动控制装置，造成小水电站励磁系统控制屏上3个电表严重摆动、自动控制装置烧毁等严重后果，主要原因是水电站励磁系统自动控制装置是闭环的、恒压的，而老变电所过载解列装置系统的手动控制装置是开环的、变压的，电气设备先进性不同步，灵敏度不一致。因此，小水电站于2006年11月30日将400kW和200kW励磁系统自动控制改成手动控制发电，使小水电站与变电所电气设备先进性同步，灵敏度一致，即开环对开环，变压对变压，励磁控制屏上3个电表摆动问题得到彻底解决，电表摆动原因彻底查明。

1.3.3水电站扩容后和变电所新建完成后

2007年12月1日，新变电所启动使用，新的过载解列装置系统的自动控制装置先进性、灵敏度与水电站励磁系统自动控制装置先进性、灵敏度较一致。水电站又在新变电所启动使用之日将手动控制改成自动控制发电。这样闭环对闭环、恒压对恒压，结果小水电站控制屏上各电表稳定，无摆动，发电和输电质量一直正常。

1.4变压器运行管理

变压器是水电站将400V电压的电能升至10kV电压的电能送至变电所的重要设备。变压器容量选择根据选型公式（发电量/0.8系数）确定。因此600kW/0.8=750kVA就满足了，为了满足短时间超负荷发电需要，最终选择了800kVA江山变压器。

变压器运行管理主要是观察变压器油温变化是否符合55℃+环境气温公式，气温是变数，55℃是常数，变压器油温变化在这2个数据相加范围内都属正常。据近2a运行观察，每到当年6～9月份，满负荷或超负荷发电时，到下午气温达30℃～35℃时，利用循环油冷却，变压器油温高达80℃～85℃，也属正常温度范围。但考虑到变压器运行安全和寿命，我们在变压器四周绕若干圈塑料管，塑料管上打一些小孔，日夜通冷水冷却，结果变压器油温降低15℃～20℃，由原80℃～85℃降至60℃～70℃之间，这样变压器运行更安全，使用寿命延长。小水电站励磁与变压器之间由三相铝排连接。400kW和200kW新发电机出线电流分别为722A和361A，总出线电流为1083A。因为一相铝排断面积计算，是发电机出线总电流除以2A/mm2计算获得，故铝排断面至少选550mm2，我们实际选用80mm×8mm=640mm2铝排，选择稍大于公式计算断面积铝排，连接励磁和变压器是安全的可靠的。根据近2a运行观察，变压器油温变化符合55℃+环境气温公式要求，这与正确选择铝排铝断面积关系也很密切。

210kV高压线运行管理

10kV高压线是输送小水电站电能到变电所和千家万户的动脉。10kV高压线通道遵照电力行业规程、规范和规定进行管理，事故率就会大大减低。

2.1农网改造前

这26a中，发电和售电是线路共用阶段，由于10kV主干线在分支线处无安装隔离刀闸，从而降低了主干线的供电可靠性。由于小水电站励磁系统和变电所过载解列系统电气设备都无自动控制装置，会增加保护误动及设备故障机率。到每年雨季雷击频繁，在10kV高压线干线与支线塔接点处，常常被雷击，造成短路，引起火花，烧断10kV主干高压线，烧毁电厂励磁系统和变电所过载解列系统、电子仪表、自动控制装置等，影响发电和输电质量。

2.2农网改造完成后

发电和售电10kV高压线路分开各自呈独立系统。10kV支线和10kV主干线分离后，主干线和支线无塔接点，故10kV主干线被雷击、造成短路、引起火花、烧断机率很小，这使水电站发电和输电质量都会大大提高。

3引水系统运行管理

引水系统在运行管理中，需特别注意隧洞是否坍顶堵塞隧洞过水断面，影响过水和发电；此外，雨季遇到暴雨河流涨水时，河流上游漂流下来的漂浮物、堵塞进水闸稍上游拦污栅时，要及时清除，不然会影响发电效益。

4无功管理

电网的发、供、用电是同时进行的，有功出力与有功负荷，无功出力与无功负荷应始终保持平衡。如果产生了不平衡，将影响电能质量。影响电能质量频率的主要因素是有功的平衡，影响电能质量电压的主要因素是无功的平衡，因此无功管理关系到发、供、用电各方合法权益。所以，无功出力和无功负荷应始终保持平衡是无功管理的中心任务。

4.1无功管理直接关系到电压质量和降损节能

搞好无功管理，重在提高功率因数并保持规定水平。电网的功率因数（cosφ）等于有功功率与视在功率的比值。功率因数的高低由无功功率和有功功率的高低决定。改变发电机的有功功率输出，靠改变发电机的输入功率来实现；改变发电机的无功功率输出，靠调节发电机的励磁电流来实现。因为在发电机定子电路中，电流Ia由2部分组成，一部分是用于供电设备做功，称有功电流（Iacosφ）；另一部分用于产生电路中的交变磁场，称为无功电流（Iasinφ）。有功功率等于电压和有功电流乘积（单位W或kW）；无功功率等于电压和无功电流的乘积（单位var或kvar）。

当功率因数cosφ=1时，发电机只发有功功率，不发无功功率。电网中的无功功率，主要是供给变压器和异步电动机的励磁功率。在电网的总负载中，既要求供给有功功率，又要求供给无功功率。有功功率不足，会导致电网的频率下降；如果无功功率不足，电网的电压就要下降，使损耗增大，影响负载的正常工作。对于采用直配电供电方式的水电站来说，功率因数的标准为0.8～0.85。按功率因数可以推算出无功功率与有功功率的比率。当功率因数cosφ=0.8～0.85时，发电机每发1kW有功功率时，应发0.74～0.63kvar无功功率，这样才能使电网的功率因数维持在规定的范围内。

4.2小水电站杜绝二种运行方式发生。

有一些小水电站为了达到有功电度增加，月平均功率因数符合标准，在水量充沛的前提下，白天及高峰负荷时段，为提高有功功率，在增大发电机输入功率（增大水量）的同时，减小发电机励磁电流，使发电机定子电路中的有功电流增大，无功电流减小，达到有功功率增大，无功功率减小的目的；使无功出力与无功负荷产生不平衡，电站甚至从电网吸收一部分无功功率，无功功率不能就地平衡，造成电网须向负荷区多送无功功率，造成电网电能浪费。这种运行方式，因无功功率小，有功功率大，功率因数高于发电机的额定功率因数。相反，在枯季或夜间及低谷负荷时段，电站不可能满负荷运行，电站所发的有功功率，在满足上网电量时，增大发电机励磁电流，无功功率增大，无功功率与有功功率的比率超出规定范围，造成功率因数低于发电机的额定功率因数，使高压配电线路电压升高，影响了供电质量，严重时会给用户用电设备造成损坏。这二种运行方式，小水电站能获得最大的经济效益，但在一定范围内影响了电网系统电能质量和损害了用户权益。

5结语

综上所述，小型水电站对于我国农业的发展建设来说有着重要的作用，因此，确保小型水电站的正常运行尤为必要。我们需要采取有效的措施，积极做好小型水电站的运行及管理工作，从而不断的提高电力企业的生产技术和管理水平，确保水电站能够经济、可靠、安全、高效的运行发展。

参考文献：

[1]黄瑾.小型水电站运行与管理[J].建筑工程技术与设计.2015（20）.

[2]宋倩.小型水电站运行管理初探[J].陕西水利.2013（Z1）.