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哈电集团站在了世界抽水蓄能技术领域的前沿,

2019-11-18 22:57

例如“S”区特性是水泵水轮机固有的不稳定特性,改善“S”区特性在水泵水轮机领域中是个世界性的难题,这也成为哈电集团赶超世界先进水平的切入点和长期的研究重点。经过科技人员历时一年多的不懈努力,水泵水轮机转轮“S”区空载稳定并网这一世界性难题终于被攻克,哈电集团设计制造的抽水蓄能机组在“S”区稳定运行的安全裕度指标此后一直优于从国外公司引进的世界最先进机组。

哈电集团站在了世界抽水蓄能技术领域的前沿,区特性是水泵水轮机固有的不稳定特性。白鹤滩电站机组为中高水头、中低转速、巨型混流式水轮发电机组。机组不仅运行水头高、变幅范围广,而且结构外形尺寸巨大。因此,要对水轮机、发电机参数进行单独及整体匹配优化研究;对机组总体结构型式选择、重大部件结构优化、动力响应及机械稳定性进行预估研究,不仅要考虑改善机组高水头运行的稳定性,而且要兼顾低水头超额定出力发电的要求。

《400MW级大型抽水蓄能机组水泵水轮机关键技术研究与应用》课题以仙居抽水蓄能电站机组为依托工程,研究确定400兆瓦级大型抽水蓄能机组水泵水轮机的选型设计、水力设计、结构设计、模型试验及稳定性设计等关键技术领域的设计方法,其关键设备水泵水轮机及球阀的研制成功是我国抽水蓄能技术进步和发展重要的里程碑。

而河北丰宁抽水蓄能电站机组智能运检故障诊断系统研究与应用技术开发服务项目的中标,更是落实哈电集团第一次党代会精神,实现全新的电站全生命周期系统服务的具体行动,继三峡水电站、向家坝水电站、溪洛渡水电站、丰满水电站、董箐水电站之后,在智能远程运维领域取得的又一硕果。该项目主要目的是有效指导丰宁抽水蓄能电站机组的运行和检修工作,提升工况转换频繁的抽水蓄能机组的运行质量,保障机组安全可靠运行,实现抽水蓄能机组由传统的“定期检修”进步到“智能检修”,从而大大降低机组运维成本,提高机组运行的经济性,延长机组寿命。哈电集团采用“Java+Hadoop+MySql”的技术路线。系统核心代码开发采用Java语言编写,业务架构分为4层,包括数据层、系统层、业务层和呈现层。同时提供基于故障诊断的监测点优化、智能故障诊断系统、数据仓库系统、专家知识库系统等4项研究成果。这将对发电设备智能远程运维技术的未来发展和后续市场开发工作产生深远影响。

“驼峰区”特性是抽水蓄能机组在水泵工况小流量区运行时的极不稳定区域,此区域的稳定性对水泵水轮机组的安全运行有着非常大的影响。为了确保机组在此区间安全稳定运行,哈电集团专门成立了科研团队进行长期的科技攻关。最终成功攻克了“驼峰区”不稳定特性关键技术难题,使哈电集团在国内后续的高水头超大容量水泵水轮机水力性能上处在领跑地位。

针对白鹤滩电站对机组运行的要求,哈电集团多轮次地优化设计水轮机转轮,大幅度降低了水轮机飞逸转速及无叶区压力脉动,提高了机组过速和甩负荷时的稳定性和安全性,既能满足高水头稳定性能的要求,又在低水头段具有较大的超发能力。同台对比最终结果表明:哈电集团研发的模型转轮最优效率和加权平均效率均达到了世界先进水平。

据了解,仙居电站共安装4台375兆瓦抽水蓄能机组,是我国目前已投运的单机容量最大的抽水蓄能机组,哈电电机承担了该电站水泵水轮机及其附属设备的研制任务,四台机组于2016年全部投产发电,实现了“一年四投”的目标。

近日,哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司接连收到了江苏句容抽水蓄能电站6台机组及其附属设备大成套项目、河北丰宁抽水蓄能电站机组智能运检故障诊断系统研究与应用技术开发服务项目中标通知书,哈电集团“7+1”业务板块水电市场“花开两朵”,在产品市场取得新业绩的同时,智能服务市场取得重大突破。

链接:丰宁抽水蓄能电站地处河北省承德市丰宁满族自治县境内,距北京市区的直线距离180公里,距承德市的直线距离150公里。规划总装机容量3600兆瓦,分两期建设,建成后将成为目前世界装机容量最大的抽水蓄能电站。一期建设规模为1800兆瓦,安装6台单机容量为300兆瓦的可逆式水泵水轮机组。

2008年,哈电集团承接了向家坝4台套80万千瓦和溪洛渡6台套77万千瓦全空冷水轮发电机组研制合同。其中,向家坝机组是当今世界已运行单机容量最大的机组,也是国内首个80万千瓦等级机组。在研制期间,哈电集团采用了多项“百万水电机组”的研究成果,使“百万水电机组”的研究得到工程实际的进一步验证。溪洛渡、向家坝机组投运后,相关专家得出的结论是:哈电集团研制的机组主要指标比最初确定的“精品机组”要求还要好,机组的稳定性超乎最初的想象。

11月7日,中国能源研究会在北京国际会议中心召开以“中国能源高质量发展”为主题的中国能源高端论坛,哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司(下文简称“哈电电机”)的科研课题《400MW级大型抽水蓄能机组水泵水轮机关键技术研究与应用》荣获中国能源研究会能源创新奖一等奖。

抽水蓄能电站被称为水电“皇冠上的明珠”。哈电集团拥有自己的抽水蓄能技术研发设计制造体系,掌握着机组的核心技术。从我国首台自主知识产权的响水涧抽水蓄能机组,到2016年当时国内单机容量最大的仙居抽水蓄能机组,哈电集团“一年四投”把这些大容量、高转速、安全可靠的“明珠”镶嵌在祖国的大好河山。

早在2009年,哈电集团就根据国家能源结构调整战略,针对清洁可再生能源领域花大力气进行科研攻关。抽水蓄能电站不仅是良好的调峰电源,提高电网的供电质量和运行安全,更是与核电站、风电站配套使用的“好伙伴”。为了更好地打入这片市场,2010年,哈电集团在独立研发响水涧和溧阳项目之时,就攻克了抽蓄能电站中水泵水轮机组的诸多世界性难题。

白鹤滩电站的尾水系统为“三机一洞”的布置方式,具有明满流交替的现象,对过渡过程的品质要求更苛刻,致使机组过渡过程的计算尤为复杂。为了攻下这一难题,哈电集团开发出了先进的软件,详细模拟白鹤滩左岸1号和右岸8号水力单元的管路系统,对机组运行中的各种过渡工况进行仿真计算,获得了一系列详实、有效的数据,为后续进一步优化设计奠定了坚实的基础。

课题攻克了水泵水轮机动静流道参数匹配设计难关,在大容量水泵水轮机稳定性方面取得重大技术突破;攻克了大容量水泵水轮机S特性区和驼峰区运行稳定性的世界性难题,以及高水头、大直径进水球阀技术难关。我国首台400兆瓦级抽水蓄能机组的研制成功,打破了国外技术垄断,在促进我国抽水蓄能产业的技术升级,提升我国在抽水蓄能领域的影响力,掌握更大市场话语权等方面都具有重要意义。

据了解,江苏句容抽水蓄能电站6台机组及其附属设备大成套项目单机容量225兆瓦,是继中标国内单机容量最大、700米高水头抽水蓄能项目阳江电站3台400兆瓦的抽水蓄能机组及其附属设备采购项目后,在抽水蓄能领域取得的又一重大胜利,是继响水涧、溧阳项目之后又一次取得水头变幅大、大尺寸抽水蓄能机组项目。业主国家电网有限公司将句容等4个项目打捆一起招标,6家国内外一流企业激烈竞争,哈电集团凭借多年的技术创新和经验积累,以雄厚的技术实力和先进的生产制造水平赢得业主认可,成为本次招标中最大的赢家——中标4个项目中机组台份最多的句容项目,合同额超过本次招标项目的30%。

3月18日,哈电集团水电业务传来喜讯,成功中标世界装机容量最大的河北丰宁抽水蓄能电站项目6台300兆瓦水泵水轮机组,合同额超过12亿元。该项目还填补了哈电集团在400至500米水头段水泵水轮机设计制造的空白。

梦想向这里进发:百万千瓦水电机组“攻关”

据悉,哈电集团此前还囊获了响水涧、溧阳、仙居、深圳等一批国内主要的抽水蓄能项目,成为我国抽水蓄能机组的设计制造大户。通过科技创新,大幅提升科研质量、提高产品技术含量,目前已经成为促进哈电集团逆势发展的新常态。

梦想在这里实现:百万千瓦水电机组“蜕变”

2014年以来,哈电集团又以500米水头段的荒沟、丰宁抽水蓄能项目,700米水头段的绩溪、敦化抽水蓄能项目为依托,全力攻克关键技术难关,丰富抽水蓄能机组产品系列。丰宁项目的中标,进一步确立了哈电集团在国内水泵水轮机机组技术的领先地位。未来的抽水蓄能市场前景广阔,哈电集团将以此为契机,进一步优化水泵水轮机组的性能,并全面提高产品制造质量,用“精品机组”与用户实现共赢,为未来市场开拓打下坚实的基础。

但由于当时的技术水平所限和历史原因,具体的研发工作并没有进一步展开。可是,研制100万千瓦水电机组,助力国家经济建设、助推中国科技进步这一宏伟的梦想,却深深地植入了哈电人的心中。

在项目的研究过程中,哈电集团发表了47篇论文,获得国内专利授权49项,其中发明专利16项。课题验收专家组认为,哈电集团研究的成果在某些方面达到世界领先水平,各项科研成果足可以支撑工程设计制造的各项需求。

今年8月,世界单机容量最大的白鹤滩水电站主体工程全面建设,标志着我国将开启世界水电百万千瓦级机组的新时代。潜心钻研多年100万千瓦水电机组关键技术的哈电集团,又要继续冲击新的行业制高点。

由于机组单机容量大,无论是电力系统扰动引起的振荡,亦或是系统的误操作,都有可能对电机或电网造成影响,甚至会带来巨大损失。避免此问题的唯一办法,就是对机组各个瞬态运行性能进行预估,找准应对方案。

由于机组的部件尺寸大,转轮和下机架均需采用工地制造,工艺人员详细分析和研究大型部件厂内和工地制造方案,先后对工地制造方案、所需设备、工艺流程、厂房布局、质量控制计划、吊装方案等工作进行了详细研究和讨论,更是首次对工地制造厂房进行了3D绘制,并在标书编制中进行应用和展示,为实现关键大型部件在工地的成功制造提供了保障。

从共和国第一台立式水电机组的诞生,到世界最大单机容量水轮发电机组的研制;从引进消化吸收国外先进技术,到自主创新、登顶行业技术制高点,哈电集团作为装备制造业“共和国长子”,用一个个骄人的业绩,登顶世界水电之巅。哈电集团与我国水电发展同辙共轨,着力打造“中国水电”名片。

随着单机容量的增加,电机的冷却难度也越来越大。经过分析得出,采用空气冷却方式的机组,结构布置简单、安装维护方便、运行更加可靠。然而,首次在这样大容量的机组上采用空气冷却,不仅是一个新的技术飞跃,更是一个巨大的挑战。

从1951年成功制造容量仅0.8兆瓦的下硐水轮发电机组、实现我国立式水电机组自行设计制造“零”突破,到安徽响洪甸水电站1万千瓦、浙江新安江水电站7.25万千瓦、甘肃刘家峡30万千瓦双水内冷水电机组的研制成功,再到四川二滩55万千瓦水轮发电机组投入运行,哈电集团在水电装备制造过程中直面艰难险阻,领跑中国水电装备的创造,为研发更大容量水轮发电机组积累了技术储备,进行了充分的实战演练。

哈电集团经过不断探索,将水导轴承设计为自泵外循环结构,冷却器外置式,这不仅减小了水导油箱的尺寸,而且保证了足够的维护检修空间;通过对主轴密封的研发,将静压自平衡式端面水压密封作为首选方案,这种结构能够保证密封环和转环之间形成润滑水膜,密封效果更稳定,工作寿命更长,维护和检修更方便。

时间快步行走至2012年,国家科技支撑计划攻关的重任依旧落在哈电人的肩上,不同的是,有了白鹤滩项目为依托。根据白鹤滩、乌东德工程的实际特点,三峡集团公司先后委托哈电集团开展了6个关于100万千瓦水轮发电机组专项技术的研究,使哈电集团的研究开发工作更具针对性,更接近工程实际。

1958年12月,在“全国科学规划会”上,哈电集团将编写好的《三峡枢纽水利机组容量论证初步意见》同与会专家分享,提出了研制30万千瓦、45万千瓦、60万千瓦、80万千瓦、100万千瓦水电机组等5个方案的构想,以及相应的设计参数、结构、尺寸和装配图,这便是“百万水电机组”的逐梦过程的起点。

2007年,受中国水电水利规划设计总院委托,哈电集团承接了《100万千瓦级水电机组制造可行性分析》专题研究,踏上了百万千瓦水电机组科研攻关的征途。同年,在向国家科技部提交可行性研究报告之后,哈电集团又联合国内知名研究院、所、高等院校和企业组成攻关团队,承接了7个国家科技支撑项目课题的研究工作,产、学、研、用相结合,获得了一大批新理论、新技术、新测试分析方法及发明专利。

同时,在抽水蓄能领域,哈电集团逐步形成了一套独有的抽水蓄能技术研发设计制造体系,不仅“S区”和“驼峰区”的稳定性,达到了世界领先水平,而且,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,也为水泵水轮机水力稳定性和效率的双向提高增加砝码,完全掌握了抽水蓄能机组的核心技术,实现了根本性的跨越,达到世界领先水平。哈电集团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、制造技术不断向前进。预计到2025年,我国抽水蓄能电站装机容量将从2016年的5032.5万千瓦增加至1亿千瓦,可为国家节省上百亿元资金。承建了响水涧、溧阳等6个抽水蓄能电站成套项目,实现了根本性的跨越。2017年7月,在召开的浙江仙居抽水蓄能电站工程表彰大会上,哈电集团荣获“最佳供应商”、“优秀调试奖”两项集体荣誉奖。浙江仙居抽水蓄能电站是我国国产单机容量最大的抽水蓄能机组,哈电集团在该项目中研制的4台水泵水轮机在2016年实现了“一年四投”。2016年5月,哈电集团首次在与国外企业公开竞争的项目中,签订荒沟4台300兆瓦抽水蓄能机组合同,合同额逾8亿元,其发电电动机绕组对称四支路技术填补国际空白。

哈电集团从100万千瓦水轮发电机组的安全高效运行角度出发,重点针对巨型机组稳定性、水力开发、电磁、结构、绝缘技术、疲劳破坏和过渡过程、通风冷却试验及测试方法等方面进行科研攻关,攻克了多项世界性技术壁垒,实现了历史性的跨越,推动着我国巨型水轮发电机组制造技术进一步走向成熟。

如今,“中国水电”已走出国门,哈电集团承建了厄瓜多尔辛克雷水电站、几内亚苏阿皮蒂水电站、苏丹鲁美水电站、越南宣光水电站、巴基斯坦马兰III水电站等多个水电站,使“中国水电”的名片在世界熠熠生辉。

凭着先进的技术和领先的制造,哈电集团成为全国巨型水轮发电机组市场的最大赢家。三峡工程全部发电机组共32台,而短时间内哈电集团承揽的50多台巨型水轮发电机组制造合同,相当于再造了两个新三峡,对国家装备制造业的贡献无可取代。

上世纪90年代起,哈电集团开启了“三峡时代”新模式。当时,在三峡左岸,哈电集团还只能做一个寂寂无闻的分包商,而在三峡右岸机组的制造中,哈电集团便以其“独门绝技”,实现技术上的两大突破:一是开发的优质新型转轮为机组带来最好的稳定性,攻克了水轮机高部分负荷压力脉动带的难题;二是全空冷技术的应用,打破了国外水电强国对全空冷水轮发电机极限出力为60万千瓦的设计理念,开创了大容量全空冷发电机运行的新时代。

梦想从这里开始:百万千瓦水电机组“萌芽”

为了获得有效的试验数据,哈电集团冷却团队设计制造了专用的模型装置,真实模拟真机的通风状态,验证了100万千瓦机组采用全空冷的方式是完全可行的。相关专家认为,哈电集团掌握了一套独有的全空冷技术。这一科研成果荣获了黑龙江省科学技术一等奖,该模拟试验装置也获得了国家发明专利。

白鹤滩水电站是中国长江三峡集团公司开发的金沙江下游河段梯级的第二级电站。电站装机16台总计1600万千瓦水轮发电机组。电站建成后,将仅次于三峡水电站,成为世界第二大水电站。

哈电集团电磁分析科研团队责无旁贷地承担了这一国家重点科研课题。无数次地计算,无数次地试验,100万千瓦水轮发电机最佳的电磁方案终于被成功地开发出来。在此基础上,电磁分析科研团队还针对三峡、溪洛渡、向家坝等巨型机组调试中出现的各种振动问题进行了跟踪测试,在白鹤滩机组的设计中,尤其是在定子低频振动方面,研究出了更加可靠的解决方案。

白鹤滩水电机组将继承三峡等项目的研制成果,水轮机转轮的上冠、下环、叶片,均采用精炼不锈钢材质铸造,再分别数控加工后进行焊接热处理,由于模型转轮设计优秀、材质好、型线准确、按设计区域运行,破解了以往转轮产生裂纹的难题。

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