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(jí)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(jìn)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(shí)，利用一級(jí)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(fù)荷，同時(shí)保證河道生態(tài)流量，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

馮家山渠首二級(jí)水電站由寶雞土木建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院于1994年5月完成勘測(cè)設(shè)計(jì)，同年5月動(dòng)工興建，于1995年12月31日正式并網(wǎng)發(fā)電。電站安裝一臺(tái)臥式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號(hào)為HL220-WJ-84，最大引水流量5.60m3/s，設(shè)計(jì)水頭 46.60m，設(shè)計(jì)流量5.39m3/s，裝機(jī)容量2000kW。發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW-2000-10/1730，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量1171.2萬kW·h，年利用小時(shí)數(shù)5856h。該站與一級(jí)站共用一臺(tái)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(jí)建筑物、屬于小㈡型水電工程。

2 存在問題

由于馮家山渠首二級(jí)水電站建設(shè)于上世紀(jì)90年代，主要設(shè)備磨損嚴(yán)重，運(yùn)行效率低下，電氣設(shè)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(dòng)化水平低，設(shè)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(jī)級(jí)汽蝕磨損嚴(yán)重，運(yùn)行效率低下，造成緊缺的水能資源嚴(yán)重浪費(fèi)。并且故障頻繁，事故多，存在著嚴(yán)重的安全隱患，對(duì)系統(tǒng)和運(yùn)行人員人身安全構(gòu)成威脅。

（2）原電站控制、保護(hù)、測(cè)量等設(shè)備主要由老式的繼電器來完成，其精度差，可靠性低，維護(hù)成本高，在計(jì)算機(jī)技術(shù)日趨成熟的今天，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、安全指標(biāo)和技術(shù)性能等遠(yuǎn)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(duì)該水電站的自動(dòng)控制設(shè)備及電氣設(shè)備進(jìn)行改造，以提高電站運(yùn)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(lì)磁裝置技術(shù)落后，自動(dòng)化水平不高，尤其是勵(lì)磁設(shè)備調(diào)節(jié)性能差，易引起振蕩，不容易使機(jī)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(dòng)、調(diào)節(jié)失靈等不能自動(dòng)關(guān)閉機(jī)組而引起機(jī)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(yán)重，維護(hù)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(yán)重，使設(shè)備的可靠性大大降低，繼續(xù)運(yùn)行存在安全隱患。

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

3 增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目?jī)?nèi)容

馮家山二級(jí)水電站于2012年被列入全國水電站增效擴(kuò)容試點(diǎn)項(xiàng)目，這次改造以提高水能資源利用效率和機(jī)電設(shè)備節(jié)能增效水平為目標(biāo)，按照安全實(shí)用、節(jié)約投資的原則，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合比較和論證。項(xiàng)目于2012年2月9日經(jīng)陜水規(guī)計(jì)發(fā)（2012）61號(hào)文批準(zhǔn)，從2012年4月1日開始，對(duì)馮家山渠首二級(jí)電站進(jìn)行了增效擴(kuò)容改造，2012年12月20日，改造項(xiàng)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(jī)及SFWE-K2400-10/1730型發(fā)電機(jī)，以適當(dāng)提高引用流量及機(jī)組效率，從而使裝機(jī)容量由原來2000kW增容至2400kW，增容400kW。

（2）更換輔助系統(tǒng)設(shè)備，提高自動(dòng)化水平。

（3）更換所有變配電設(shè)備。包括：變壓器、低壓配電屏、高壓戶外設(shè)備。

（4）更換電氣一、二次電纜。

（5）更換發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)速器。

（6）增加微機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。

（7）增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（8）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一、七間兩層舊運(yùn)轉(zhuǎn)樓進(jìn)行修繕，改造為遠(yuǎn)程中控室。

4 增效擴(kuò)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(jī)組額定出力由2000kW增加為2400kW，擴(kuò)容20%；實(shí)際正常運(yùn)行出力2500kW，最大出力2600kW，增效擴(kuò)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(diǎn)發(fā)電機(jī)，機(jī)組運(yùn)行效率由76%提高到88%，綜合效率提高12%，同時(shí)提高了水資源利用率。

（3）增加微機(jī)監(jiān)控及自動(dòng)化操作系統(tǒng)，可以達(dá)到遠(yuǎn)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(guān)柜及35kV戶外升壓站電氣設(shè)備，1號(hào)主變由5000kVA擴(kuò)容為8000kVA，消除電站安全隱患，使運(yùn)行更加安全可靠，增加發(fā)電效益。

5 增效擴(kuò)容效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益可觀。

通過一年來運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，改造后機(jī)組最大出力2600kW，比原來實(shí)際最大出力1700kW增加900kW，增效擴(kuò)容最高達(dá)53%；2013年全年運(yùn)行150天，上網(wǎng)電量650萬度，經(jīng)濟(jì)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(jì)收入81萬元。另外改造后機(jī)組大修周期延長(zhǎng)和大修費(fèi)用降低，運(yùn)行人員減少，運(yùn)行成本降低。

（2）消除電站安全隱患。

馮家山二級(jí)水電站已運(yùn)行十多年，機(jī)電設(shè)備陳舊、技術(shù)落后、老化磨損嚴(yán)重，存在較大的安全隱患。通過這次增效擴(kuò)容改造，水輪機(jī)的水力性能、振動(dòng)性能、汽蝕性能都得到了大大改善。由于采用了新技術(shù)、新材料、新工藝，提高了絕緣等級(jí)，使發(fā)電機(jī)事故率大大降低，將機(jī)組運(yùn)行時(shí)的不安定因素得到徹底改變，機(jī)組可靠性得到了保障，機(jī)組運(yùn)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(jìn)節(jié)能減排。

馮家山二級(jí)水電站增效擴(kuò)容改造不需要移民，不增加環(huán)境負(fù)擔(dān)，改造后機(jī)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(duì)于促進(jìn)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(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

十一五以來社會(huì)經(jīng)濟(jì)加快發(fā)展，電力能源短缺成為制約各項(xiàng)社會(huì)事業(yè)發(fā)展的重要因素。馮家山二級(jí)水電站增效擴(kuò)容后能有效增加電能供應(yīng)，適當(dāng)減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

綜上所述，馮家山二級(jí)水電站實(shí)施增效擴(kuò)容改造后，對(duì)原有水電站進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)改造，增加了發(fā)電量，提高了機(jī)組綜合效率，采用先進(jìn)的自動(dòng)化控制設(shè)備，達(dá)到了減員增效、降低運(yùn)行成本、提高發(fā)電效益之目的。同時(shí)消除了安全隱患，實(shí)現(xiàn)了電站的安全運(yùn)行，也可使水能資源更好地得到充分利用，對(duì)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)節(jié)能減排、保護(hù)河流生態(tài)環(huán)境、倡導(dǎo)和發(fā)展清潔型能源也是非常有利的。陜西水利