冯家山二级水电站增效扩容改造工程效益浅析

乔军辉 王新华 张波奇

（宝鸡市冯家山水库管理局 陕西 宝鸡 721300）

1 概况

冯家山渠首二级水电站位于宝鸡市陈仓区桥镇冯家山村南侧，是冯家山水库为进一步开发水库水能资源、结合灌溉发电和汛期弃水的综合利用配套工程。该电站是在满足农业灌溉和城市供水的同时，利用一级电站泄入总干渠的弃水和干渠与河床的落差修建的一座渠道引水式电站。该电站建成后充分利用水库汛期弃水提高水资源利用率，配合灌溉发电以减轻电网高峰负荷，同时保证河道生态流量，发挥了巨大的经济效益和社会效益。

冯家山渠首二级水电站由宝鸡土木建筑勘测设计院于1994年5月完成勘测设计，同年5月动工兴建，于1995年12月31日正式并网发电。电站安装一台卧式水轮发电机组，水轮机型号为HL220-WJ-84，最大引水流量5.60m3/s，设计水头 46.60m，设计流量5.39m3/s，装机容量2000kW。发电机型号为SFW-2000-10/1730，设计多年平均发电量1171.2万kW·h，年利用小时数5856h。该站与一级站共用一台5000kVA升压变，经架空线路并入县功变电站。电站主要建筑物为引水渠道、压力前池、压力管道、发电厂房、变电站及值班区等。工程规模为五级建筑物、属于小㈡型水电工程。

2 存在问题

由于冯家山渠首二级水电站建设于上世纪90年代，主要设备磨损严重，运行效率低下，电气设备多属国家明令淘汰产品，水工建筑物及闸门老化失修，自动化水平低，设备可靠性差，存在安全隐患，具体如下：

（1）原电站水轮发电机级汽蚀磨损严重，运行效率低下，造成紧缺的水能资源严重浪费。并且故障频繁，事故多，存在着严重的安全隐患，对系统和运行人员人身安全构成威胁。

（2）原电站控制、保护、测量等设备主要由老式的继电器来完成，其精度差，可靠性低，维护成本高，在计算机技术日趋成熟的今天，其经济指标、安全指标和技术性能等远不能满足现代化管理的要求。为此电力部门已多次下发整改通知，要求对该水电站的自动控制设备及电气设备进行改造，以提高电站运行安全性。

（3）高压少油断路器及SJL主变已属国家明令禁止的高耗能淘汰产品。

（4）励磁装置技术落后，自动化水平不高，尤其是励磁设备调节性能差，易引起振荡，不容易使机组正常并网。

（5）调速器为YT型调速器，其调节品质已不能满足电力部门要求，并且经常因拒动、调节失灵等不能自动关闭机组而引起机组飞逸，存在较大安全隐患。

（6）直流电源由于采用铅酸蓄电池，老式蓄电池漏液严重，维护成本高。

（7）高压电缆为油浸式电缆，属电力部门明令禁止产品，并且老化严重，使设备的可靠性大大降低，继续运行存在安全隐患。

（8）电站投入运行15年来，水轮发电机组气蚀磨损严重，振动噪音大，运行温度偏高，效率严重降低，单机出力一直徘徊在1700kW左右，仅为额定值的85%左右，致使电站运行效率明显下降，多年平均发电量446万kW·h，仅为设计年发电量的38.1%。

3 增效扩容改造项目内容

冯家山二级水电站于2012年被列入全国水电站增效扩容试点项目，这次改造以提高水能资源利用效率和机电设备节能增效水平为目标，按照安全实用、节约投资的原则，对设计方案进行综合比较和论证。项目于2012年2月9日经陕水规计发（2012）61号文批准，从2012年4月1日开始，对冯家山渠首二级电站进行了增效扩容改造，2012年12月20日，改造项目全部完工，工程总投资为551.24万元，主要改造内容如下：

（1） 在主管道不变的前提下，安装HLA616-WJ-90水轮机及SFWE-K2400-10/1730型发电机，以适当提高引用流量及机组效率，从而使装机容量由原来2000kW增容至2400kW，增容400kW。

（2）更换辅助系统设备，提高自动化水平。

（3）更换所有变配电设备。包括：变压器、低压配电屏、高压户外设备。

（4）更换电气一、二次电缆。

（5）更换发电机励磁系统和调速器。

（6）增加微机自动化监控系统。

（7）增加视频监控系统。

（8）对现场一、七间两层旧运转楼进行修缮，改造为远程中控室。

4 增效扩容改造效果

（1）在原有水头不变的情况下，使原有压力管道发挥了更大水能潜力，使水轮发电机组额定出力由2000kW增加为2400kW，扩容20%；实际正常运行出力2500kW，最大出力2600kW，增效扩容效果明显。

（2）采用HLA616-WJ-90型节能转轮，并且配用效率更高的SFWE2400-10/1730两支点发电机，机组运行效率由76%提高到88%，综合效率提高12%，同时提高了水资源利用率。

（3）增加微机监控及自动化操作系统，可以达到远程控制，少人或无人值守，节省了大量人力资源。

（4）更换高低压开关柜及35kV户外升压站电气设备，1号主变由5000kVA扩容为8000kVA，消除电站安全隐患，使运行更加安全可靠，增加发电效益。

5 增效扩容效益分析

（1）经济效益可观。

通过一年来运行数据统计，改造后机组最大出力2600kW，比原来实际最大出力1700kW增加900kW，增效扩容最高达53%；2013年全年运行150天，上网电量650万度，经济收入217万元。比改造前同期增加发电量244万度，增加经济收入81万元。另外改造后机组大修周期延长和大修费用降低，运行人员减少，运行成本降低。

（2）消除电站安全隐患。

冯家山二级水电站已运行十多年，机电设备陈旧、技术落后、老化磨损严重，存在较大的安全隐患。通过这次增效扩容改造，水轮机的水力性能、振动性能、汽蚀性能都得到了大大改善。由于采用了新技术、新材料、新工艺，提高了绝缘等级，使发电机事故率大大降低，将机组运行时的不安定因素得到彻底改变，机组可靠性得到了保障，机组运行平稳，消除了安全隐患，保障了生产安全。

（3）发展可再生能源，促进节能减排。

冯家山二级水电站增效扩容改造不需要移民，不增加环境负担，改造后机组性能、效率得到较大提升，电站出力大幅提高，充分利用弃水发电，大大提高水能资源利用效率。对于促进节能减排、大力发展清洁型能源具有非常重要的意义。

（4）促进社会经济发展。

十一五以来社会经济加快发展，电力能源短缺成为制约各项社会事业发展的重要因素。冯家山二级水电站增效扩容后能有效增加电能供应，适当减轻电网负担，促进社会经济发展。

综上所述，冯家山二级水电站实施增效扩容改造后，对原有水电站进行了技术升级改造，增加了发电量，提高了机组综合效率，采用先进的自动化控制设备，达到了减员增效、降低运行成本、提高发电效益之目的。同时消除了安全隐患，实现了电站的安全运行，也可使水能资源更好地得到充分利用，对促进社会经济发展、促进节能减排、保护河流生态环境、倡导和发展清洁型能源也是非常有利的。陕西水利