本文由鄭州鄭電柴油發(fā)電機組，柴油發(fā)電機提供：
12月2日，中國水電發(fā)展史上新的里程碑誕生，東方電氣集團東方電機有限公司（以下簡稱東方電機）研制的三峽右岸電站最后一臺機組———15號機組通過三峽工程右岸電站機組啟動驗收委員會的驗收。中國長江三峽工程開發(fā)總公司總經(jīng)理、三峽工程右岸電站機組啟動驗收委員會主任李永安表示，右岸機組全部通過驗收，是機組國產(chǎn)化過程的階段性成果；三峽工程機電設備的國產(chǎn)化，對于引進、消化吸收、再創(chuàng)新具有很好的示范作用。15號機組通過驗收，還意味著三峽工程左右岸電站26臺700兆瓦機組全部通過驗收。至此，三峽電站裝機容量達到1.82萬兆瓦，自首批機組投產(chǎn)發(fā)電以來，三峽電站共發(fā)電2836億千瓦時。
東方電機：引領三峽水電“中國創(chuàng)造”
三峽左岸：初試牛刀
三峽機組是全球容量最大、直徑最大、重量最重的機組，其設計和制造難度對世界著名的制造商也具有很大挑戰(zhàn)。在實施三峽工程左岸項目時，有關(guān)方面提出了主承包方必須是有巨型水電機組制造經(jīng)驗的大型企業(yè)。國家實施的“以市場換技術(shù)”戰(zhàn)略，為東方電機的三峽機組技術(shù)引進與分包制造創(chuàng)造了歷史性的發(fā)展機遇。1997年，在國家有關(guān)部門和中國長江三峽工程開發(fā)總公司的支持下，東方電機獲得了引進國外先進技術(shù)并分包制造單機容量700兆瓦三峽左岸水電機組的合同。
東方電機經(jīng)過三峽左岸機組5年的技術(shù)引進和消化吸收以及潛心攻關(guān)，實現(xiàn)了三峽機組定子、轉(zhuǎn)子繞組絕緣材料的國產(chǎn)化以及制造的本地化，并取得VGS聯(lián)合體承制的6臺左岸水電機組中2.5臺份的分包制造，全面掌握了700兆瓦級大型水輪發(fā)電機組的開發(fā)、設計和制造技術(shù)，大大提高了東方電機的技術(shù)水平；實現(xiàn)了發(fā)電機絕緣技術(shù)的突破和自主化，電壓20千伏、主絕緣工作場強2.51千伏/毫米，實現(xiàn)了多膠模壓線棒全面達到國外VPI少膠絕緣體系先進性能指標；葉片數(shù)控加工、轉(zhuǎn)輪等大部件焊接、主軸窄間隙焊接、轉(zhuǎn)輪等大部件加工工藝技術(shù)都在這一時期發(fā)展起來，具備了立足國內(nèi)自主研制700兆瓦級巨型水電機組的能力和條件。
東方電機總經(jīng)理韓志橋指出，雖然國外公司在左岸電站項目中占據(jù)了“大頭”，但通過參與制造三峽左岸，我們掌握了機組的核心技術(shù)，推動了技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)了水電單機容量從300兆瓦到700兆瓦的歷史性跨越，分包制造的三峽左岸水電機組質(zhì)量精良，為三峽左岸水電機組提前一年發(fā)電做出了貢獻。
轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機組的“心臟”，其性能的優(yōu)劣直接影響到水輪機的效率、空化性能和壓力脈動。國外多家知名發(fā)電設備商經(jīng)過多年研究推出的三峽左岸轉(zhuǎn)輪雖然效率達到了要求，但由于電站運行水頭變化大，壓力脈動不甚理想，且之前中國從國外引進的小浪底、大朝山等水電站水輪機轉(zhuǎn)輪都出現(xiàn)了“卡門渦”問題，國務院三峽質(zhì)量檢查組給國務院寫信，建議三峽右岸機組待左岸機組轉(zhuǎn)輪問題解決之后再招標。國務院三峽辦緊急召集國內(nèi)水力專家進行了多次研討，提出在三峽右岸開發(fā)性能優(yōu)于左岸的轉(zhuǎn)輪。時年36歲、東方電機最年輕的水力設計總設計師石清華接受了這項世界水力研究界最具有挑戰(zhàn)性的研究任務。
石清華在消化吸收國外公司流體計算軟件的基礎上，又進行了二次開發(fā)和創(chuàng)新，創(chuàng)建了具有中國特色的集水輪機轉(zhuǎn)輪水力設計、流態(tài)分析和性能預測于一體的水力開發(fā)軟件系統(tǒng)。在試驗臺上對國外公司的三峽轉(zhuǎn)輪進行了復核試驗，在對壓力脈動高的區(qū)域進行模擬分析的基礎上，利用自行開發(fā)的軟件系統(tǒng)和多年來積累的水力設計經(jīng)驗，對三峽右岸轉(zhuǎn)輪進行了水力優(yōu)化設計，優(yōu)化了水輪機各過流部件。
經(jīng)過幾輪試驗，新開發(fā)的轉(zhuǎn)輪壓力脈動已明顯優(yōu)于國外的三峽
左岸轉(zhuǎn)輪，水輪機水力穩(wěn)定性有了實質(zhì)性突破，自主開發(fā)出了比左岸國外機組性能更優(yōu)越的轉(zhuǎn)輪核心技術(shù)，完全消除了困擾國內(nèi)外水輪機行業(yè)的特殊壓力脈動問題，為國內(nèi)企業(yè)贏得了與跨國公司同臺試驗對比水輪機模型的資格，激發(fā)了國內(nèi)外同行對三峽右岸機組新一輪轉(zhuǎn)輪優(yōu)化的競爭開發(fā)。
在中國水利水電科學研究院試驗臺與國際著名公司進行的三峽右岸模型水輪機同臺對比試驗中，東方電機最終以自主開發(fā)的、達到世界先進水平的轉(zhuǎn)輪贏得了三峽右岸4臺機組的自主研制合同，中國發(fā)電設備制造企業(yè)沒有資格自主研制巨型機組的歷史在東方電機手中得以改寫。
三峽右岸：突破兩項尖端技術(shù)
在三峽右岸轉(zhuǎn)輪取得突破的同時，東方電機通過對右岸發(fā)電機電磁方案進行優(yōu)化改進，解決了三峽左、右岸VGS發(fā)電機振動噪音問題，又取得三峽右岸發(fā)電機關(guān)鍵技術(shù)的突破。
東方電機的“洋師傅”VGS集團的三峽發(fā)電機左、右岸方案存在較大缺陷。發(fā)電機設計出身的東方電機副總經(jīng)理、總工程師賀建華通過縝密分析和論證，制定了詳細的改進方案。結(jié)構(gòu)及安裝工藝改進方案的實施，達到了降低低頻振動近50%的效果，振動改進方案的實施，將引起電磁振動的激振分數(shù)次諧波幅值削弱達90%，基本消除了定子鐵芯的100赫茲工頻振動，同時使發(fā)電機噪音大幅下降，達到優(yōu)良指標。10月30日，以三峽右岸電站最后一臺機組正式并網(wǎng)發(fā)電為標志，東方電機研制的4臺三峽右岸機組全部投入運行，各方面性能達到國際水準，并且很多參數(shù)指標領先其他廠家。尤其是15號機組各部位振動噪音數(shù)據(jù)創(chuàng)下了三峽右岸機組最好記錄，機組擺度也達到了國產(chǎn)機組最好水平。
東方電機在研制三峽右岸機組中取得了兩項國際尖端關(guān)鍵技術(shù)的突破———自主開發(fā)出比左岸國外機組性能更優(yōu)越、完全消除了困擾國內(nèi)外水輪機行業(yè)的特殊壓力脈動問題的右岸轉(zhuǎn)輪；解決了三峽左、右岸發(fā)電機中存在的振動噪音問題，提升了國際發(fā)電設備行業(yè)的技術(shù)水平，為三峽項目之后的近百臺巨型水電機組的開發(fā)奠定了堅實的技術(shù)基礎，對我國能源工業(yè)的發(fā)展和安全具有重大意義。行業(yè)專家一致認為：“三峽機組技術(shù)引進的再創(chuàng)新是我國重大裝備行業(yè)技術(shù)引進最成功的典范”。
12月8~10日，中國長江三峽工程開發(fā)總公司組織召開的三峽電站水輪發(fā)電機組性能評審會認為，經(jīng)過國內(nèi)多年的研究和科技攻關(guān)，三峽電站機組設計制造由左岸電站以國外廠商為主、國內(nèi)廠商分包制造，到右岸電站國內(nèi)廠商獨立設計制造其中的8臺機組（其中東電4臺、哈電4臺），走出了一條技術(shù)引進、消化吸收、再創(chuàng)新的成功之路，實現(xiàn)了700兆瓦級水輪發(fā)電機組的國產(chǎn)化。國產(chǎn)三峽機組在水力設計、電磁設計、冷卻方式、絕緣技術(shù)等方面達到了國際同等水平，三峽右岸電站機組總體性能優(yōu)于左岸電站機組。
蒸發(fā)冷卻“引領”天下
東方電機以三峽左岸電站水輪機技術(shù)引進為契機，完整構(gòu)建和全面提升了水輪機水力設計、流體動力分析、水輪機和發(fā)電機模型測試技術(shù)的硬軟件平臺，培養(yǎng)了新一代設計人員，采用新的設計理念和設計方法，在消化吸收引進技術(shù)再創(chuàng)新上下功夫，實現(xiàn)了跨越式的飛躍。短短幾年內(nèi)，陸續(xù)在巨型混流式、大型軸流轉(zhuǎn)槳式和大型貫流式水電機組開發(fā)中取得重大突破，技術(shù)開發(fā)達到了世界先進水平。
大容量發(fā)電機采用何種冷卻方式是發(fā)電機設計、制造中的重大問題，也是制約大型發(fā)電機發(fā)展的主要因素。隨著發(fā)電機容量的增大，電機各部分的損耗也明顯增加。因此，改進電機的冷卻，有效帶走各種損耗所產(chǎn)生的熱量，降低電機各部分溫升，是設計、制造大容量發(fā)電機的一個重要課題。
為了適應自主研制大型水輪發(fā)電機的需要，建立起我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型水輪發(fā)電機冷卻技術(shù)體系勢在必行。多年來，東方電機在大型水輪發(fā)電機的冷卻技術(shù)上與中科院電工所等單位合作研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機技術(shù)，研制的云南大寨10兆瓦蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機、陜西安康50兆瓦蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機和青海李家峽400兆瓦蒸發(fā)冷卻發(fā)電機皆獲得國家科技進步二等獎。蒸發(fā)冷卻技術(shù)與國外一些公司的水冷卻發(fā)電機技術(shù)相比，無論在技術(shù)上，還是安全可靠性以及操作維護等方面都有它獨特的優(yōu)點，而且還能突破空冷發(fā)電機設計制造的極限容量，充分體現(xiàn)出該技術(shù)的先進性。
如果把轉(zhuǎn)輪比為水輪發(fā)電機組的“心臟”的話，那線圈絕對是水輪發(fā)電機組的“血管”。在成功建設三峽左岸電站700兆瓦水輪發(fā)電機蒸發(fā)冷卻改造試驗臺，完成系統(tǒng)的試驗研究基礎上，東方電機又針對三峽地下廠房電站700兆瓦水輪發(fā)電機建設了1:1蒸發(fā)冷卻模擬試驗臺，進行真機結(jié)構(gòu)的工業(yè)試驗，確保先進和可靠的“中國血管”裝備三峽地下廠房機組。
目前，東方電機以獨特的技術(shù)優(yōu)勢承接的三峽地下廠房電站兩臺700兆瓦蒸發(fā)冷卻機組的技術(shù)準備工作已經(jīng)完成，正在進行制造。2010年，東方電機創(chuàng)造的世界最大的700兆瓦蒸發(fā)冷卻機組又將裝備長江三峽。在實 現(xiàn)火電和核電單機1000兆瓦目標后，東方電機又瞄準了中國水電設備業(yè)自主發(fā)展的新目標———單機1000兆瓦巨型水電的研發(fā)。 |
