東方電機自主研制白鶴灘全球單機容量最大水輪發電機組
許華 《 中國能源報 》( 2017年08月14日 第 20 版)
氣勢恢宏的東方電機重型加工裝配廠房內景 |
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東方電機生產的溪洛渡水輪機轉輪在電站工地吊裝 |
日前,裝機規模全球第二、在建規模全球第一水電站——金沙江白鶴灘水電站主體工程全面開工建設。白鶴灘電站共裝16臺單機容量100萬千瓦的水電機組,其中左岸8臺機組均由中國東方電氣集團東方電機有限公司(以下簡稱"東方電機")提供。
東方電機始建于1958年,歷經半個多世紀的風雨歷程,從中國西部崛起,走向世界,在成功完成葛洲壩17.5萬千瓦、龍羊峽32萬千瓦、李家峽40萬千瓦、二灘55萬千瓦、三峽70萬千瓦、溪洛渡77萬千瓦水電機組研制的基礎上,自2006年起,瞄準100萬千瓦水電機組自主開發,在巨型水輪發電技術研發上十年磨一劍,砥礪前行。實現了1958年建廠時的宏愿:"將來產品世界稱雄",成為中國民族工業的驕子和脊梁。東方電機在水電設備研發制造水平上,達到了世界一流,成為世界水電制造優秀供應商,引領世界水電設備研制,東方電機正全力打造中國第三張名片——水電產品。
從"中國制造"到"中國創造"
1997年以來,東方電機與三峽集團合作參加引進技術、合作研制三峽左岸70萬千瓦級水輪發電機組。通過三峽項目研發,掌握了世界上巨型混流式水電機組研制的關鍵技術,達到世界先進水平,具備了立足國內自主研制70萬千瓦級巨型水電機組的能力和條件。通過二次開發和再創新,成功開發出了適用于三峽右岸電站的轉輪模型,綜合性能優于三峽左岸引進國外的轉輪模型,在舉世矚目的三峽右岸機組投標中與國外一流制造廠商同臺競技而勝出,取得了自行設計、制造三峽右岸4臺70萬千瓦水電機組的歷史性意義的合同。
東方電機通過水力開發技術引進、消化吸收再創新,在短短的5到6年內縮小了與國外先進技術30多年的差距,使我國巨型混流式水輪機的核心技術一躍跨入世界先進行列,也使東方電機由三峽左岸機組的"中國制造"變為三峽右岸機組的"中國創造", 提升了我國水力發電設備在國際發電設備市場的競爭實力和市場開拓能力。
溪洛渡水電項目單機容量達77萬千瓦,超過三峽機組單機容量。以溪洛渡為代表的巨型成套水輪發電機組成功發電為標志,見證了東方電機在重大水電項目上取得質的跨越,也見證了東方電機在重大水電的項目管理、產品交貨、技術開發、安裝服務、調試指導等諸多方面取得的顯著進步。東方電機為溪洛渡電站提供9臺單機容量77萬千瓦巨型混流式水輪發電機組,是東方電機與三峽集團公司在三峽工程項目合作基礎上的再次完美合作。正如東方電機總經理賀建華在接受記者采訪時所說:"東方電機以敢于擔當精神,為振興民族工業為己任,堅持自主科技創新,不斷掌握核心技術,以溪洛渡為代表的大型發電設備,已經形成成熟的自主品牌,其機組運行振動、擺度、噪音等穩定性指標表明,溪洛渡水輪發電機組的研發水平已經達到國際先進水平。溪洛渡項目從研發到投產,充分體現了國產化水平,東方電機也由此走過了一條從追趕到超越的道路。"
創造世界水電巔峰
100萬千瓦巨型水輪發電機組是世界水電行業的"珠穆朗瑪"。白鶴灘水輪發電機組是世界上首批百萬千瓦水電機組,屬于超巨型混流式水輪機組,是世界水電的巔峰之作。該機組相對于溪洛渡、向家壩等機組,單機容量有了巨大的跨越,其技術研究的復雜性和技術難度,遠大于世界上已有機組,且沒有現成的技術可以使用。在世界范圍內,100萬千瓦水輪發電機組成功開發必將帶給水電產業新的變革,更大容量水電機組的研制將成為可能,將大幅推動整個水電行業的發展。
為確保白鶴灘巨型機組合理設計,確保機組長期連續安全穩定高效運行,東方電機自2006年,立足于自主創新,以研究和試驗為基礎,在白鶴灘水輪發電機組產品設計上進行了大量創新,開展了一系列新技術研究并取得了階段性的重要成果。
東方電機采用先進的水力設計、CFD分析、全流道全工況數值模擬等性能預測手段,融入新的設計理念和判定方法,大大提升了水力優化的準確性。白鶴灘水力設計達到世界先進水平。通過整體通風冷卻計算及結構優化、定子端部電磁場研究分析、網機耦合及穩定性分析、定子高效散熱、磁極內外分區及空、內冷新技術等一系列研究,實現同時滿足迄今為止最高的效率要求和最嚴格的溫升限值,確保機組長期安全穩定運行。對定子鐵心、磁極線圈、推力軸承等關鍵部件,東方電機均提前開展試制、研究工作,強化關鍵制造技術驗證,確保重大新技術的成功應用。
作為100萬千瓦水輪發電機組中最核心的技術水力研發,東方電機通過對水輪機蝸殼、導水機構、轉輪、尾水管反復的流動分析計算,各部件達到最佳的水力匹配;效率、空化、壓力脈動、飛逸轉速等水力性能單項參數達到該水頭段世界一流水平,各項性能參數的組合達到世界先進水平,機組的整體安全性也達到世界一流水平。
在水輪發電機關鍵技術研發上,東方電機開展了勵磁繞組內外分區高效冷卻方式應用研究,較常規冷卻方式可大幅降低轉子線圈溫升;對多種定子鐵心高效散熱結構進行研究,研發出性能優良和應用可靠的散熱結構;創新冷卻結構,在有效提升冷卻空氣利用率的基礎上,大幅降低了機內空氣流量,使電機通風損耗明顯減小,滿足了發電機高效率的高要求。
在絕緣和軸承技術開發上,東方電機首次提出并形成額定電壓24千伏級空冷水輪發電機定轉子繞組絕緣性能的評定項目與考核指標,首次開展定子線棒及繞組的絕緣與防暈系統仿真計算、定子繞組的絕緣性能及多因子老化壽命等試驗驗證研究,結果滿足機組長期安全運行技術要求;開發了熱邊界層隔離推力軸承降溫技術、先進低損耗推力軸承技術等。
白鶴灘百萬千瓦水電機組的研制,將引領世界發電設備裝備制造業的技術進步,打造世界發電設備行業新標桿,成為繼高鐵后中國在國際市場的又一張閃亮的名片,有利于中國發電設備制造企業在實施"一帶一路"及"走出去"發展戰略中占據先機,對開發世界水電具有重要的現實意義。東方電機將以制造白鶴灘百萬水電機組為契機,以"打造傳世精品,引領行業發展"的氣概,與三峽集團攜手建設世界一流精品工程。同時,開發100萬千瓦水電對中國裝備制造產業發展的促進作用意義深遠。

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