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《 中国能源报 》打造百万千瓦水电机组传世精品 ——东方电机自主研制白鹤滩全球单机容量最大水轮发电机组

点击数:262,发布时间:2017-09-25 17:16:01

( 2017年08月14日   第 20 版)

  日前,装机规模全球第二、在建规模全球第一水电站——金沙江白鹤滩水电站主体工程全面开工建设。白鹤滩电站共装16台单机容量100万千瓦的水电机组,其中左岸8台机组均由中国东方电气集团东方电机有限公司(以下简称“东方电机”)提供。

  东方电机始建于1958年,历经半个多世纪的风雨历程,从中国西部崛起,走向世界,在成功完成葛洲坝17.5万千瓦、龙羊峡32万千瓦、李家峡40万千瓦、二滩55万千瓦、三峡70万千瓦、溪洛渡77万千瓦水电机组研制的基础上,自2006年起,瞄准100万千瓦水电机组自主开发,在巨型水轮发电技术研发上十年磨一剑,砥砺前行。实现了1958年建厂时的宏愿:“将来产品世界称雄”,成为中国民族工业的骄子和脊梁。东方电机在水电设备研发制造水平上,达到了世界一流,成为世界水电制造优秀供应商,引领世界水电设备研制,东方电机正全力打造中国第三张名片——水电产品。

  从“中国制造”到“中国创造”

  1997年以来,东方电机与三峡集团合作参加引进技术、合作研制三峡左岸70万千瓦级水轮发电机组。通过三峡项目研发,掌握了世界上巨型混流式水电机组研制的关键技术,达到世界先进水平,具备了立足国内自主研制70万千瓦级巨型水电机组的能力和条件。通过二次开发和再创新,成功开发出了适用于三峡右岸电站的转轮模型,综合性能优于三峡左岸引进国外的转轮模型,在举世瞩目的三峡右岸机组投标中与国外一流制造厂商同台竞技而胜出,取得了自行设计、制造三峡右岸4台70万千瓦水电机组的历史性意义的合同。

  东方电机通过水力开发技术引进、消化吸收再创新,在短短的5到6年内缩小了与国外先进技术30多年的差距,使我国巨型混流式水轮机的核心技术一跃跨入世界先进行列,也使东方电机由三峡左岸机组的“中国制造”变为三峡右岸机组的“中国创造”, 提升了我国水力发电设备在国际发电设备市场的竞争实力和市场开拓能力。

  溪洛渡水电项目单机容量达77万千瓦,超过三峡机组单机容量。以溪洛渡为代表的巨型成套水轮发电机组成功发电为标志,见证了东方电机在重大水电项目上取得质的跨越,也见证了东方电机在重大水电的项目管理、产品交货、技术开发、安装服务、调试指导等诸多方面取得的显著进步。东方电机为溪洛渡电站提供9台单机容量77万千瓦巨型混流式水轮发电机组,是东方电机与三峡集团公司在三峡工程项目合作基础上的再次完美合作。正如东方电机总经理贺建华在接受记者采访时所说:“东方电机以敢于担当精神,为振兴民族工业为己任,坚持自主科技创新,不断掌握核心技术,以溪洛渡为代表的大型发电设备,已经形成成熟的自主品牌,其机组运行振动、摆度、噪音等稳定性指标表明,溪洛渡水轮发电机组的研发水平已经达到国际先进水平。溪洛渡项目从研发到投产,充分体现了国产化水平,东方电机也由此走过了一条从追赶到超越的道路。”

  创造世界水电巅峰

  100万千瓦巨型水轮发电机组是世界水电行业的“珠穆朗玛”。白鹤滩水轮发电机组是世界上首批百万千瓦水电机组,属于超巨型混流式水轮机组,是世界水电的巅峰之作。该机组相对于溪洛渡、向家坝等机组,单机容量有了巨大的跨越,其技术研究的复杂性和技术难度,远大于世界上已有机组,且没有现成的技术可以使用。在世界范围内,100万千瓦水轮发电机组成功开发必将带给水电产业新的变革,更大容量水电机组的研制将成为可能,将大幅推动整个水电行业的发展。

  为确保白鹤滩巨型机组合理设计,确保机组长期连续安全稳定高效运行,东方电机自2006年,立足于自主创新,以研究和试验为基础,在白鹤滩水轮发电机组产品设计上进行了大量创新,开展了一系列新技术研究并取得了阶段性的重要成果。

  东方电机采用先进的水力设计、CFD分析、全流道全工况数值模拟等性能预测手段,融入新的设计理念和判定方法,大大提升了水力优化的准确性。白鹤滩水力设计达到世界先进水平。通过整体通风冷却计算及结构优化、定子端部电磁场研究分析、网机耦合及稳定性分析、定子高效散热、磁极内外分区及空、内冷新技术等一系列研究,实现同时满足迄今为止最高的效率要求和最严格的温升限值,确保机组长期安全稳定运行。对定子铁心、磁极线圈、推力轴承等关键部件,东方电机均提前开展试制、研究工作,强化关键制造技术验证,确保重大新技术的成功应用。

  作为100万千瓦水轮发电机组中最核心的技术水力研发,东方电机通过对水轮机蜗壳、导水机构、转轮、尾水管反复的流动分析计算,各部件达到最佳的水力匹配;效率、空化、压力脉动、飞逸转速等水力性能单项参数达到该水头段世界一流水平,各项性能参数的组合达到世界先进水平,机组的整体安全性也达到世界一流水平。

  在水轮发电机关键技术研发上,东方电机开展了励磁绕组内外分区高效冷却方式应用研究,较常规冷却方式可大幅降低转子线圈温升;对多种定子铁心高效散热结构进行研究,研发出性能优良和应用可靠的散热结构;创新冷却结构,在有效提升冷却空气利用率的基础上,大幅降低了机内空气流量,使电机通风损耗明显减小,满足了发电机高效率的高要求。

  在绝缘和轴承技术开发上,东方电机首次提出并形成额定电压24千伏级空冷水轮发电机定转子绕组绝缘性能的评定项目与考核指标,首次开展定子线棒及绕组的绝缘与防晕系统仿真计算、定子绕组的绝缘性能及多因子老化寿命等试验验证研究,结果满足机组长期安全运行技术要求;开发了热边界层隔离推力轴承降温技术、先进低损耗推力轴承技术等。

  白鹤滩百万千瓦水电机组的研制,将引领世界发电设备装备制造业的技术进步,打造世界发电设备行业新标杆,成为继高铁后中国在国际市场的又一张闪亮的名片,有利于中国发电设备制造企业在实施“一带一路”及“走出去”发展战略中占据先机,对开发世界水电具有重要的现实意义。东方电机将以制造白鹤滩百万水电机组为契机,以“打造传世精品,引领行业发展”的气概,与三峡集团携手建设世界一流精品工程。同时,开发100万千瓦水电对中国装备制造产业发展的促进作用意义深远。