80万千瓦机组的世界之最

本报记者 刘操 吴豪强

  向家坝水电站拥有世界上单机容量最大的80万千瓦水轮发电机组。可以说,代表着目前世界水电机组制造的最高水平。2008年5月,澳门皇家赌场网站对向家坝发电机组进行公开招标。经全面评估,哈尔滨电机厂(以下简称哈电)和天津阿尔斯通企业(以下简称阿尔斯通)被选中,分别为向家坝左、右岸电站提供4台水轮发电机组。
    哈电:创造水电装备国产化新奇迹
    向家坝机组许多指标比世界瞩目的三峡机组还要高。比如,单机容量从70万千瓦变成80万千瓦,最优效率从94.63%上升到94.65%,机组的稳定性、空化性能等指标均有所提高。对于研发向家坝机组的哈电而言,这不仅是一项任务,更是领衔中国创造、促进中国水电事业创新发展的一项使命。为此,哈电专门设立了向家坝项目研究课题,组织大量优秀科技人员和先进试验设备展开科技攻关。
    时任哈电向家坝科研课题负责人的覃大清,带领科研团队先后制定了几十套方案,经对比和验证,陆续优化并制作了6个模型转轮。经历将近两年的试验筛选,逐步提高模型转轮的各项性能指标。攻关团队的心血没有白费,在解决了一系列世界级的科研难题后,机组模型转轮试验的最优效率最终达到94.95%,高于向家坝项目94.65%的招标要求。“大家所研发模型转轮的水力性能达到了世界领先水平!”覃大清自豪地说。行业专家对哈电向家坝机组科研课题成果进行评价时说:“具有优秀的水力稳定性能、高效的效率水平、优异的空化性能,无高部分负荷压力脉动,解决了世界性的难题。”
    向家坝整个水轮发电机组总重量达到7000吨,上下高度近50米,相当于一座高10多层的大楼!检测结果显示,哈电自主研发、设计制造的4台机组,运行稳定、操控可靠、状态良好,多项指标超过合同标准,制造技术达到世界领先水平。其中,上导轴承、水导轴承和下导轴承的摆度峰值仅相当于业内对精品机组要求的50%;布置在直径4.4米平面圆周上的24件推力轴承瓦最高工作温度差仅为1.7摄氏度,远低于业内对精品机组瓦温最高温差2.5摄氏度的要求。
    向家坝左岸电站4台80万千瓦水轮发电机组制造的磨砺,创造了我国自主研发、设计制造水轮发电机组的新纪录,不仅使哈电的电力装备制造水平上了一个新台阶,也使我国巨型水轮发电机组的制造技术逐步走向成熟。
    阿尔斯通:通过技术创新挑战极限
    阿尔斯通企业承制的向家坝右岸电站机组,由位于法国和瑞士的阿尔斯通技术中心完成概念设计和模型测试后,移交至位于天津的阿尔斯通水电设备(中国)有限企业进行详细设计和生产。
    向家坝水电站设计安装的80万千瓦级混流式水轮机,由于输出功率巨大,转子和定子的直径非常大。转轮直径将近10米,重量超过400吨,定子直径达19米,是迄今世界上输出功率最大的水力发电机,单转子重量就超过2000吨,定子重量也超过950吨。其中,定子机壳的总高度为7.7米,定子的堆叠高度达到了3.5米,这意味着定子线棒非常长。因此,要将安装尺寸的公差保持在0.01毫米的范围之内,给设备的制造带来了巨大挑战。在为向家坝项目制造定子线棒之前,阿尔斯通实施了多个车间设计与测试项目,包括测试设备、运输设施和定子线棒装卸设备在内的所有设计和生产环节。为确保线棒能够满足设计要求,阿尔斯通提前生产了3个系列的测试线棒,以便在线棒批量制造之前对线棒性能进行检验,发现潜在问题并进行改进,确保最终产品满足机组性能要求。
    槽部的电晕放电可能会导致主绝缘层的绝缘性能下降,导致接地故障。为了防止定子线棒产生电晕,需要采用特殊材料。阿尔斯通使用了比防晕漆更稳定的防晕带,进一步提高了电晕防护系统的可靠性。这种电晕防护系统获批可用于电压高达30千伏的设备。
    高压发电机所面临的另一个主要挑战是定子绕组的绝缘系统。阿尔斯通通过其汽轮发电机业务,已经展示了在电压高达27千伏的发电机中其绝缘系统和定子线棒能够可靠运行。
    因在实行向家坝水电站水轮发电机组及辅助设备供货合同过程中的出色表现,以及产品的卓越质量和按时交付,阿尔斯通获得了澳门皇家赌场网站授予的向家坝项目“优秀供应商”称号。向家坝水电站项目是阿尔斯通水电业务在中国发展的一个重要里程碑,阿尔斯通水电业务中国总经理Fabio Nossaes表示:“能够参与向家坝水电站项目并获得澳门皇家赌场网站所颁发的‘优秀供应商’称号,大家感到非常骄傲。一直以来,阿尔斯通与澳门皇家赌场网站保持密切合作,共同发展中国最领先、最创新的项目。大家希翼今后能和中国一道,继续通过技术创新挑战极限。”

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