馮家山二級水電站增效擴容改造工程效益淺析

喬軍輝 王新華 張波奇

（寶雞市馮家山水庫管理局 陜西 寶雞 721300）

1 概況

馮家山渠首二級水電站位于寶雞市陳倉區(qū)橋鎮(zhèn)馮家山村南側(cè)，是馮家山水庫為進一步開發(fā)水庫水能資源、結(jié)合灌溉發(fā)電和汛期棄水的綜合利用配套工程。該電站是在滿足農(nóng)業(yè)灌溉和城市供水的同時，利用一級電站泄入總干渠的棄水和干渠與河床的落差修建的一座渠道引水式電站。該電站建成后充分利用水庫汛期棄水提高水資源利用率，配合灌溉發(fā)電以減輕電網(wǎng)高峰負荷，同時保證河道生態(tài)流量，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

馮家山渠首二級水電站由寶雞土木建筑勘測設計院于1994年5月完成勘測設計，同年5月動工興建，于1995年12月31日正式并網(wǎng)發(fā)電。電站安裝一臺臥式水輪發(fā)電機組，水輪機型號為HL220-WJ-84，最大引水流量5.60m3/s，設計水頭 46.60m，設計流量5.39m3/s，裝機容量2000kW。發(fā)電機型號為SFW-2000-10/1730，設計多年平均發(fā)電量1171.2萬kW·h，年利用小時數(shù)5856h。該站與一級站共用一臺5000kVA升壓變，經(jīng)架空線路并入縣功變電站。電站主要建筑物為引水渠道、壓力前池、壓力管道、發(fā)電廠房、變電站及值班區(qū)等。工程規(guī)模為五級建筑物、屬于?、嫘退姽こ?。

2 存在問題

由于馮家山渠首二級水電站建設于上世紀90年代，主要設備磨損嚴重，運行效率低下，電氣設備多屬國家明令淘汰產(chǎn)品，水工建筑物及閘門老化失修，自動化水平低，設備可靠性差，存在安全隱患，具體如下：

（1）原電站水輪發(fā)電機級汽蝕磨損嚴重，運行效率低下，造成緊缺的水能資源嚴重浪費。并且故障頻繁，事故多，存在著嚴重的安全隱患，對系統(tǒng)和運行人員人身安全構(gòu)成威脅。

（2）原電站控制、保護、測量等設備主要由老式的繼電器來完成，其精度差，可靠性低，維護成本高，在計算機技術日趨成熟的今天，其經(jīng)濟指標、安全指標和技術性能等遠不能滿足現(xiàn)代化管理的要求。為此電力部門已多次下發(fā)整改通知，要求對該水電站的自動控制設備及電氣設備進行改造，以提高電站運行安全性。

（3）高壓少油斷路器及SJL主變已屬國家明令禁止的高耗能淘汰產(chǎn)品。

（4）勵磁裝置技術落后，自動化水平不高，尤其是勵磁設備調(diào)節(jié)性能差，易引起振蕩，不容易使機組正常并網(wǎng)。

（5）調(diào)速器為YT型調(diào)速器，其調(diào)節(jié)品質(zhì)已不能滿足電力部門要求，并且經(jīng)常因拒動、調(diào)節(jié)失靈等不能自動關閉機組而引起機組飛逸，存在較大安全隱患。

（6）直流電源由于采用鉛酸蓄電池，老式蓄電池漏液嚴重，維護成本高。

（7）高壓電纜為油浸式電纜，屬電力部門明令禁止產(chǎn)品，并且老化嚴重，使設備的可靠性大大降低，繼續(xù)運行存在安全隱患。

（8）電站投入運行15年來，水輪發(fā)電機組氣蝕磨損嚴重，振動噪音大，運行溫度偏高，效率嚴重降低，單機出力一直徘徊在1700kW左右，僅為額定值的85%左右，致使電站運行效率明顯下降，多年平均發(fā)電量446萬kW·h，僅為設計年發(fā)電量的38.1%。

3 增效擴容改造項目內(nèi)容

馮家山二級水電站于2012年被列入全國水電站增效擴容試點項目，這次改造以提高水能資源利用效率和機電設備節(jié)能增效水平為目標，按照安全實用、節(jié)約投資的原則，對設計方案進行綜合比較和論證。項目于2012年2月9日經(jīng)陜水規(guī)計發(fā)（2012）61號文批準，從2012年4月1日開始，對馮家山渠首二級電站進行了增效擴容改造，2012年12月20日，改造項目全部完工，工程總投資為551.24萬元，主要改造內(nèi)容如下：

（1） 在主管道不變的前提下，安裝HLA616-WJ-90水輪機及SFWE-K2400-10/1730型發(fā)電機，以適當提高引用流量及機組效率，從而使裝機容量由原來2000kW增容至2400kW，增容400kW。

（2）更換輔助系統(tǒng)設備，提高自動化水平。

（3）更換所有變配電設備。包括：變壓器、低壓配電屏、高壓戶外設備。

（4）更換電氣一、二次電纜。

（5）更換發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器。

（6）增加微機自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

（7）增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（8）對現(xiàn)場一、七間兩層舊運轉(zhuǎn)樓進行修繕，改造為遠程中控室。

4 增效擴容改造效果

（1）在原有水頭不變的情況下，使原有壓力管道發(fā)揮了更大水能潛力，使水輪發(fā)電機組額定出力由2000kW增加為2400kW，擴容20%；實際正常運行出力2500kW，最大出力2600kW，增效擴容效果明顯。

（2）采用HLA616-WJ-90型節(jié)能轉(zhuǎn)輪，并且配用效率更高的SFWE2400-10/1730兩支點發(fā)電機，機組運行效率由76%提高到88%，綜合效率提高12%，同時提高了水資源利用率。

（3）增加微機監(jiān)控及自動化操作系統(tǒng)，可以達到遠程控制，少人或無人值守，節(jié)省了大量人力資源。

（4）更換高低壓開關柜及35kV戶外升壓站電氣設備，1號主變由5000kVA擴容為8000kVA，消除電站安全隱患，使運行更加安全可靠，增加發(fā)電效益。

5 增效擴容效益分析

（1）經(jīng)濟效益可觀。

通過一年來運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，改造后機組最大出力2600kW，比原來實際最大出力1700kW增加900kW，增效擴容最高達53%；2013年全年運行150天，上網(wǎng)電量650萬度，經(jīng)濟收入217萬元。比改造前同期增加發(fā)電量244萬度，增加經(jīng)濟收入81萬元。另外改造后機組大修周期延長和大修費用降低，運行人員減少，運行成本降低。

（2）消除電站安全隱患。

馮家山二級水電站已運行十多年，機電設備陳舊、技術落后、老化磨損嚴重，存在較大的安全隱患。通過這次增效擴容改造，水輪機的水力性能、振動性能、汽蝕性能都得到了大大改善。由于采用了新技術、新材料、新工藝，提高了絕緣等級，使發(fā)電機事故率大大降低，將機組運行時的不安定因素得到徹底改變，機組可靠性得到了保障，機組運行平穩(wěn)，消除了安全隱患，保障了生產(chǎn)安全。

（3）發(fā)展可再生能源，促進節(jié)能減排。

馮家山二級水電站增效擴容改造不需要移民，不增加環(huán)境負擔，改造后機組性能、效率得到較大提升，電站出力大幅提高，充分利用棄水發(fā)電，大大提高水能資源利用效率。對于促進節(jié)能減排、大力發(fā)展清潔型能源具有非常重要的意義。

（4）促進社會經(jīng)濟發(fā)展。

十一五以來社會經(jīng)濟加快發(fā)展，電力能源短缺成為制約各項社會事業(yè)發(fā)展的重要因素。馮家山二級水電站增效擴容后能有效增加電能供應，適當減輕電網(wǎng)負擔，促進社會經(jīng)濟發(fā)展。

綜上所述，馮家山二級水電站實施增效擴容改造后，對原有水電站進行了技術升級改造，增加了發(fā)電量，提高了機組綜合效率，采用先進的自動化控制設備，達到了減員增效、降低運行成本、提高發(fā)電效益之目的。同時消除了安全隱患，實現(xiàn)了電站的安全運行，也可使水能資源更好地得到充分利用，對促進社會經(jīng)濟發(fā)展、促進節(jié)能減排、保護河流生態(tài)環(huán)境、倡導和發(fā)展清潔型能源也是非常有利的。陜西水利