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中国电力新闻网:哈电机抽蓄技术引领行业前沿

来源: 中国电力报 中电新闻网 记者 于海江 通讯员 富宏杰 张弘 浏览次数:1724 发布时间:2016-04-28


【编者按】

未来5年,我国将陆续建设荒沟、阳江、长龙山、文登、天池等一大批抽水蓄能电站,以哈电机为代表的国内企业已完全掌握抽水蓄能核心技术,并实现根本性跨越,使得国内市场的设备招标价格大幅下降,预计可为国家节省上百亿元资金。在机遇与挑战面前,哈电机将不断加快技术开发,全面提高产品制造质量,用先进优质机组助推国家电力装备技术继续保持世界高端地位。

412日,我国单机容量最大(37.5万千瓦)的抽水蓄能电站机组──浙江仙居电站首台机组成功并网发电,机组各项技术指标均优于设计值。哈电集团欧宝app官方入口(简称“哈电机”)以卓越的技术实力,完成了这台具有完全自主知识产权的、国内单机容量最大的、447米高水头的水泵水轮机研制,助推抽水蓄能机组国产化实现了又一次重大飞跃。投运当天,业主做了一个简单直观的实验,将3枚硬币立于高速旋转的机组盖板上,硬币居然挺立未倒,再次证明了机组运行的高稳定性。

无独有偶,在日前招标的荒沟抽水蓄能项目中,哈电机在国内外6家同行企业参与的公开竞标中,凭借国际领先的技术再度赢得用户信任,将430万千瓦抽水蓄能机组全部收入囊中。而“分数极路比绕组”技术作为其中的重要研发成果之一,在填补了国内技术空白的同时,也成为塑造抽水蓄能高技术含量的又一“标尺”。

填补大型抽蓄机组技术“空白”

【核心阅读】

“创新是引领发展的第一动力,创新兴则企业兴、创新强则企业强、创新久则企业持续强盛。”哈电集团公司董事长、党委书记邹磊如是说。哈电机积极贯彻集团公司发展战略,依托国家科技支撑计划、企业三年科技赶超计划等,一次次刷新着行业纪录。

抽水蓄能机组的主要研发难点集中在效率与稳定性同时兼顾的问题上,尤其是水力稳定性更是难中之难。在水泵水轮机运行不稳定区,业内也称之为“S区”和“驼峰区”,机组并网困难是公认的世界难题,以往的进口机组通常借助机械手段来实现机组并网,这样不但结构复杂,机组振动大,而且会严重影响机组的运行寿命和安全可靠性。哈电机打破了传统的机械思维方式,从水力设计的角度入手,在“S区”和“驼峰区”优化上取得重大技术突破,用水力设计方法解决了水泵水轮机不稳定区并网难题,大大降低了机组的振动,提高了机组的安全可靠性,此项水力设计技术达到世界领先水平。

此外,研究人员还研发出降低水泵水轮机无叶区压力脉动幅值技术、混流式水泵水轮机长短叶片转轮等独创成果,为水泵水轮机水力稳定性和效率的双向提高增加砝码,达到世界领先水平。

与常规水电机组相比,抽水蓄能发电电动机转子运行转速要高得多。在高转速下,发电电动机转子要频繁地承受机组启停、正反转过程中交变负荷和冲击负荷,对转子的结构安全性是一个巨大考验。

针对抽水蓄能机组转速高的特点,哈电机集中精力,各个突破,开发出了高转速向心式磁极绝缘托板结构,有效地阻止了可能出现的绕组接地情况的产生;提出了新的端点迭代法,有效解决了传统的端点迭代法在确定同步电机大功角稳态运行工况过程中收敛慢甚至不收敛的问题;采用“三斜结构”的可逆式同步发电电动机,具有半伞式密闭、自循环、全空气冷却、三相凸极等特点。

与此同时,哈电机还建立了功能强大的双向推力轴承试验台,实现了真机全模拟发电电动机工况的试验,开发出了适用于抽水蓄能机组的双向弹性金属塑料瓦推力轴承,进一步拓宽了双向推力轴承的可选技术范围。先进合理的结构,完全保证了机组结构性能的安全可靠。

自动控制系统是指挥、协调、控制电站的“中枢神经”。通过不懈努力,哈电机早已研制出了适用于大型抽水蓄能机组的智能数字式励磁系统和调速器,牢牢掌握了核心技术,处于国内同行业领先地位。从旁观学习到亲自实践,哈电机逐步掌握了大型抽水蓄能机组现场整体调试技术,打破了以往外方主导该领域的垄断格局。

为了更加精准地做好研发工作,哈电机发明的水流量区精确测量和转轮叶片初生空化声学测试技术,突破了全特性过渡工况流量测量和初生空化准确判断的瓶颈;建成了高精度水泵水轮机全特性双向水力试验台,研发出每秒钟拍摄50帧高清数字照片的内部流态观察设备、PIV试验台技术……技术手段与试验能力珠联璧合,帮助我国抽水蓄能技术向着高尖端方向迈进。

“分数极路比绕组”技术即将登台

【核心阅读】

“哈电机具有自主知识产权的分数极路比绕组技术研究,是非常有意义的一项水电技术创新,填补了国内该类技术的空白。”中国工程院院士张勇传这样评价。

随着抽水蓄能机组容量的不断增加,常出现容量、电压和转速不匹配的问题。为了兼顾其匹配性,设计水泵水轮机时,不得不退而求其次,放弃水力性能优越的转速。若要解决这一矛盾,就必须采用新的定子绕组连接方式。于是,分数极路比绕组技术应运而生。

采用集众多优点于一身的分数极路比绕组关键技术制造的机组,不仅主保护方案简单,占地面积小,而且电站系统技术经济指标更高,除了能够应用在类似的抽水蓄能机组中以外,而且可以推广应用至常规的水火电产品中。这项技术即将应用于黑龙江省首座大型抽水蓄能电站──荒沟电站机组的设计制造中。

倒推十年,国内对于“分数极路比绕组”技术仅处于“听闻”阶段。为了掌握关键技术,哈电机科研人员在最初的两年时间里,尝试了上百种绕组连接方案,遗憾的是,没有一种方案能够适用于实际的生产制造工艺。科研人员想尽了所有绕组接线的可能性,绘制了上千种绕组接线图。为了快速准确地挑选出最佳方案,科研人员提出了分数极路比绕组的评价指标,又是一个“两年”过去了,终于选出了最佳的绕组排列方案,并开发出了相关的程序。

将理论付诸实践,新问题再度摆在面前。在试验样机设计过程中发现,常规的磁极结构根本无法满足电机的性能指标。问题如何破解?科研人员没有放弃,他们继续研究、分析,再次提出了新的磁极结构。付出终有回报,试验样机制造完成,试验结果验证了设计的合理性,最终可以在真机上应用。

2014年开始,哈电机便针对可变速抽水蓄能机组的关键技术进行攻关,通过不断的探索、钻研、实践,使这项应用前景十分广阔的抽水蓄能新技术落地生根。

仙居首台机组经受住了考验,背后是哈电人日复一日的不断尝试和探索。单机容量35万千瓦机组顺利安装在700米水头段的敦化抽水蓄能电站,背后是哈电人“不将问题解决誓不罢休”的信念,无论是仙居13个得来不易的模型转轮和方案,还是敦化8个模型转轮和一套模型装置,精益求精的哈电人严格把控每一道关口。

跻身世界抽蓄技术领域“第一梯队”

【核心阅读】

“研发要跟得上市场的脚步,市场需要什么,我们就开发什么。竞争是全方位的,产品不仅要做好,还要做精。”哈电机董事长兼总经理邱希亮如是说。

上世纪60年代,哈电机便开始了抽水蓄能模型研发的“圆梦之旅”。从低水头起步,向高水头发展,100米、200米、300米、500米,直至700米水头段的水泵水轮机水力研究,一步一个脚印;单机容量从6万千瓦、20万千瓦、30万千瓦、35万千瓦,直至目前国内单机容量最大的37.5万千瓦,步步铿锵有力。最初的几十年里,研发条件相当艰苦,没有相应的试验设备,没有抽水蓄能项目研发制造的业绩,有的却是技术人员的一腔热血和“不达目标誓不罢休”的实干精神。

2001年,通过回龙、白山、青松等项目,哈电机与国际公司合作,引进了中型抽水蓄能机组水力设计成果和原型机关键设计技术,为大型抽水蓄能机组的研制工作奠定了一定的基础;2003年开始,在国家发展改革委、国家能源局、科技部、国家电网公司、南方电网公司等国家部门和业主单位的大力支持下,哈电机开始了大型抽水蓄能机组的自主化研制之路,经历“技术引进、掌握优化、自主创新”三个阶段,依托宝泉、白莲河、蒲石河、响水涧等抽水蓄能电站的建设,实现了大型抽水蓄能机组的自主研制并在核心技术上取得突破。

2011年,由哈电机研制的我国首台具有完全自主知识产权的大型抽水蓄能机组──响水涧抽水蓄能机组成功并网发电,机组无论是效率、压力脉动还是空化等综合特性指标均达到了国际先进水平。而早在响水涧转轮模型同台对比试验之后,哈电机便以优异的机组综合性能指标,一举夺得300米水头段的溧阳、500米水头段的仙居抽水蓄能两个项目的研发制造权。

“哈电机真正具备了自主完成大容量、高转速抽水蓄能机组的研制能力,打破了国外垄断。”国家科技支撑计划负责人如是说,但求木之长,必固其根本,哈电机必须通过自主创新掌握核心技术,解决国外企业没有解决的难题。

从抽水蓄能项目被纳入国家科技支撑计划,到依托项目开展研发制造,再到机组陆续投入商业运行,历时将近5年的时间,哈电机在水泵水轮机、发电电动机、控制系统装置及系统集成技术等方面取得了重大创新成果,获得国家发明专利6项,获得省部级科技进步奖3项。而运行性能始终稳定如一的蒲石河、响水涧抽水蓄能机组,是对哈电机研发制造技术实力的最好肯定,标志着我国已经实现了抽水蓄能机组研发、设计、制造、安装、调试的全面自主化。

半个多世纪以来,哈电机坚持不懈地致力于抽水蓄能机组的研发,从结合密云电站的参数进行模拟研发;到依托回龙、白山、青松等项目,引进中型抽水蓄能水力设计成果和原型机关键设计技术;再到宝泉、惠州、白莲河项目“打捆招标”,以市场换技术,直至2010年抽水蓄能项目研制被纳入国家科技支撑计划……哈电人在探索中前行,在实战中超越,参与研发制造了10余座电站的数十台机组,逐步建成了一套我国独有的抽水蓄能机组技术研发设计制造体系,站在了世界抽水蓄能技术领域的前沿,推动着我国大型抽水蓄能机组研发、制造技术不断走向更高、更强。

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