大型抽水蓄能机组国产化研制（哈电） - 图文-

1、 型蓄国产研制大型抽水蓄能机组国产化研制 内容一、抽水蓄能机组技术引进与消化抽水蓄能机组技术引进与消化国产化的响水涧抽水蓄能机组响水涧抽水蓄能机组二、国产化的二、二国产化的三、下步国产化研制的走向三下一步国产化研制的走向 抽水蓄能机组国产化大致分为三个阶段:根据国家发改委统一战略部署。第一阶段,从2003年4月开始,以宝泉、惠州和白莲河抽水蓄能电站为依托工程,外方主包、中方(指哈电和东电分包、外方向中方进行技术转让。行技术转让第二阶段,从2005年5月开始,以蒲石河、呼和浩特和黒糜峰抽水蓄能电站为后续依托项目中方主包外方分包外方提供技术支持电站为后续依托项目,中方主包、外方分包、外方提供技术支

2、持。第三阶段,从2007年开始,以安徽响水涧、广东清远和福建仙游抽水蓄能电站为试点项目,总结并实践已经引进的先进技术,自主设计、能电站为试点项目总结并实践已经引进的先进技术自主设计自主制造,实现抽水蓄能电站机组设备制造的国产化。 一、抽水蓄能机组技术引进与消化技术引进宝泉、惠州、白莲河16台300MW抽水蓄能机组项目的技术转让工作从2005年2月正式开始执行。月正式开始执行水泵水轮机技术转让的内容共8大项,40个子项 发电电动机技术转让的内容共7大项,39个子项大项 联合设计与分包制造培训内容水泵水轮机15项发电电动机13项。内容涵盖了机组机械设计、制造工艺、质量控项内容涵盖了机组机械设计制造

3、艺质量控制和现场安装调试。 技术引进的消化与吸收在技术转让的基础上通过宝泉电站水轮机数值分析和试验验水 在技术转让的基础上,通过宝泉电站水轮机数值分析和试验验证,充分掌握流体分析计算软件和关键部件的设计与几何参数的选择与优化方法。宝泉电站水泵水轮机通流部件数值分析水泵水轮机通流部件数值分析主要是计算蜗壳、双列叶栅、转轮、尾水管内部的水流流动情况,通过计算出的压力场、速度场、流场等结果对通流部件的水力性能做出评判。通过对个电站的实设计与分析设计人得经验通过对三个电站的实际设计与分析,设计人员取得了经验。 惠州发电电动机全空冷模型试验研究 惠州发电电动机单机额定容量 为334MVA,每极容量为27

4、.83MVA, 槽电流为7142A,在世界上属高速大 容量抽水蓄能电机。为深入研究电 机采用全空气 径、轴向冷却方式。 根据惠州发电电动机设计的需要， 根据惠州发电电动机设计的需要 ALSTOM公司委托哈电进行惠州通 风模型的设计及试验工作。哈电根 据开发大型空冷水轮发电机掌握的 技术和取得的经验，开创性地完成 了此项研究工作。获得了宝贵的设 了此项研究工作 获得了宝贵的设 计参数。 惠州发电电动机模型 大容量高转速双向推力轴承模型试验研究 为了掌握发电电动机关键核心部件双向旋转推力轴承的设 计分析技术，哈电按目前已运行和即将投产的机组推力轴承综 合技术参数，设计制造了一套双向推力轴承，在30

5、00吨推力轴 承试验台上，对其性能进行测试，验证其设计的合理性。 3000吨推力轴承试验台 大部件刚强度技术进步 在大部件刚强度方面，除积极吸收国外的先进技术之外，还在国 外先进技术的基础上进行了改进和更新，进行了转让技术的二次开发 ，并开发了具有自主知识产权的技术。开展了“水泵/水轮机大 并开发了具有自主知识产权的技术 开展了“水泵/水轮机大 水泵水轮机转轮压力分布 蜗壳和导叶压力分布 水泵水轮机尾水管计算 双列叶栅压力分布 绝缘技术的转化、应用 绝缘技术实际转让的有关图纸52张，主要的相关绝缘 材料标准、试验方法、应用工艺和零件表共70余份， 包含了绝缘技术七个方面内容，绝缘技术转让于 2

6、006年11月完成。 根据外方提供的技术资料，哈电在宝泉项目上制定了 符合哈电实际条件的多胶模压绝缘体系的技术文件， 制定了相应的绝缘规范、试验标准和实施工艺，制造 的相关部件完全达到了国外厂家同等质量要求。 分包制造完成情况 哈电承担的分包项目的完成情况： 宝泉抽水蓄能电站：4#水泵水轮机和发电电动机已于2008 年12月完工。 白莲河抽水蓄能电站：4#水泵水轮机已于2009年3月完工。 宝泉水泵水轮机转轮 白莲河水泵水轮机转轮 中方为主的蒲石河抽水蓄能机组研究开发与ALSTOM公司合作,对蒲石河抽水蓄能机组,哈电除开展了机组的设计与制造工艺研究外,还利用引哈电除展了机组的设计与制造艺研究外

7、还利用引进软件对以下技术进行了验证及计算。 蒲石河转轮叶片 发电电动机起动及工况转换技术的应用在蒲石河项目研发中,利用SIMSEN仿真软件对机端三相、在蒲石河项目研发中利用三相两相及单相对地突然短路进行了仿真计算,得到了满意的结果。发电电动机通风系统及计算 哈电与ALSTOM公司合作,分别对蒲石河发电电动机通风系统进行设计分析计算。该机组的通风方式为无风扇双路径向通风统进行设计分析计算该机组的通风方式为无风扇双路径向通风方式。被冷却器冷却的空气从上、下风路经定子线圈端部后,在转子产生的压头驱送下,冷却空气流入转子支架、磁轭风道、磁极、气隙后,大部分冷却气体进入定子铁心通风道,小部分流经定子线圈

8、端部这些冷却气体汇集至定子铁心背部携带电机的热量重新回到冷,这些冷却气体汇集至定子铁心背部,携带电机的热量重新回到冷却器入口进行热交换,形成自循环通风方式。 轴承软件的应用 利用打捆招标引进的BearDes软件,进行蒲石河的推力轴承、导轴承、导瓦泵的设计研究。电站机组主要部件刚强度计算 利用引进技术对水泵水轮机、发电电动机和进水球阀的结构部件刚强度以及轴系稳定性进行了分析计算。在这基础上,还进行了以下工作:发电-电动机定转子动态气隙计算; 利用拓扑优化理论对结构的合理性进行了分析; 对结构主要部件进行疲劳寿命评估; 在计算中考虑了混凝土刚度的影响。 的响水涧抽水蓄能机组二、国产化的响水涧抽水蓄

9、能机组二、国产化响水涧抽水蓄能电站位于安徽省芜湖市三山区峨桥镇,电站安装4台单机容量为250MW的可逆式发电电动机组。水轮机额定水头为水轮机额定水头为190m,电站运行最大毛水头220.05m。 水泵水轮机开发 哈电完全自主研发了响水涧水泵水轮机,由于扬程变幅比哈电完全自主研发了响水涧水泵水轮机由于扬程变幅比白莲河大得多,水泵水轮机水力性能开发的难度大于引进的白莲河项目,经过哈电的模型验收试验和国外中立台的复核试验水泵水轮机水力性能参数水平满足合同要求,并达到世界先进水平。2008年10月中旬完成了预试验和国内模型预验收试验;国外最终验收试验也已于2009年6月末在瑞士洛桑圆满完成。最终验收试

10、验项目包括:能量、空化、压力脉动、飞逸、四象限特性等全部验收项目的复核试验。最终模型验收试验结果,水轮机工况模型最优效率92.20%,换算至原型94.60%;水泵工况模型最优效率91.61%,对应原型93.71%。9161%9371% 转轮进行空化观测 响水涧模型同时具有优秀的空化和压力脉动性能动性能。转轮在洛桑试验台安装 发电电动机起动及工况转换技术的应用 在响水涧项目的研发中,利用SIMSEN仿真软件,开发了机组承受150%过转矩的仿真模型。由于抽水蓄能发电电动机承受过转矩能力的计算一直是一个难题,以前采用传统的解析公式进行计算的结果精确度不高,且不能描述电机的整个动态过程和持续时间。因此

11、,开发时域仿真模型,模拟电机突然过转矩后的整个动态过程,从而解决模型模拟电机突然过转矩后的整个动态过程从解决了这一难题。 径向无风扇端部回风结构 发电电动机通风系统设计及计算机组为全空冷冷却响水涧发电电动机通风系统采用双路径向、无风扇、端部回风结构。系统通风路径如图所示通风方式:双路通风方式:双路、径向、端部回风、密闭系统优点:结构简便风路流畅端部冷却效果好目前已经完成了响水涧电站发电电动机通风系统设计和计算。 斜元件的应用 定子机座与上机架: 机座结构特点-钢 板组焊结构。环板间的垂直支撑成一斜角布置布置,改善铁心热胀 的受力状况,可减小或消除铁心翘曲,制造工艺复杂。 上机架结构特点-钢板组

12、焊结构。改善基础受力。 斜支撑圆盘式转子支架 结构特点-钢板组结构特点钢板组 焊结构,由中心体和斜支臂焊成一体。 优点-整体性好;轴向、径向、切向刚度大;通风损耗小;具有 保证转子支架的环形稳定性和向心稳定性的能力;改善中体的受力力;改善中心体的受力。 推力轴承及导轴承 结构特点:适应双向运行负荷传感器可精确调整推力瓦受力,降低各轴瓦力降低各轴瓦温差。自泵导轴承瓦提供润滑油循环动力,提高机组运行可靠性。有限元精确计算,确保机组安全运行。 机组主要部件刚强度分析计算 计方案的安全,应用有限元法和解析法对响水涧水泵水轮机的过流部件压力、转轮、蜗壳座环、顶盖、导叶、底环、球阀、打压工具等10个大部件

13、进行了结构刚强度分析,并进行了结构优化。提交的12份技术计算报告也已得到了业主的审批。保障了设提交的份技术计算报告也已得到了业主的审批保障了设计方案的安全可靠。 响水涧主要部件的应力和变形分析 响水涧转轮的应力分析 响水涧球阀设计 目前响水涧机组的设计工作已经接近尾声,正在全力投入部件生产和过程质量控制在全力投入部件生产和过程质量控制。 三、下一步国产化研制的走向从宝泉、惠州、白莲河技术引进,到蒲石河以我为主,直至响水涧项目的完全自主设计制造,我们将引进主直至响水涧项目的完全自主设计制造我们将引进技术应用到机组的开发设计中,并对技术引进的大部分内容进行了完善和二次开发,在高起点上进行再创新,迅

14、速缩短了与国外公司的技术差距,实现了抽水蓄能机组的国产化目标。具备了参与大型抽水蓄能机组市场竞争的能力争的能力。 1.补上原创为保证抽水蓄能机组在正反向运转及频繁启动情况下的稳定性和可靠性,对水泵水轮机的水力性能、刚强度及疲劳强度、振动分析及稳定性、材料及密封结构,正反向高速重载轴承、振动分析及稳定性材料及密封结构正反向高速重载轴承高性能绝缘绕组、通风冷却、机组工况转换、过渡过程及启动性能等关键技术还要进行大量的计算分析模型试验研究和真性能等关键技术还要进行大量的计算分析、模型试验研究和真机测试工作。我们正在或已经做了大量-补充试验、关联试验。补充试验关联试验目的:验证-如何做行、如何做不行。

15、 2、安全、可靠由于水泵水轮机的水头和转速均较高,且水泵水轮机起动和停机频繁、过渡过程复杂、各种振动因素引起的动态应力较大,水泵水轮机的各个部件都要经受严重的交变应力,故其疲劳破坏时有发生。因此必须把水泵水轮机的可靠性放在首位,开发出先进合理的设计和制造技术,把流态和应力的计算机分析与试验紧密结合起来。技术可靠性:利用时间差,应用最先进的计算技术、材料技术及各种关联技术,使机组“国产技术”综合可靠性比引进技术上一个新的台阶。“引进技术”上一个新的台阶服务可靠性:地理、通讯、文化、理念、法规。 3.数据积累(我国抽水蓄能机组起步较晚国内自主设(试验、制造、安装、运行我国抽水蓄能机组起步较晚,国内

16、自主设计与制造积累的经验少,在一段时间内还缺乏机组模型试验、真机启动、运行、调试、实测等数据积累需要通过不断的工程实践来验证等数据积累。需要通过不断的工程实践来验证设计、取得经验。 4大”“高”4.“大”而“高” 我国已投运的20座抽水蓄能电站机组 我国在建和将建的13座抽水蓄能电站机组 国产进口待定 仙游、溧阳电站水泵水轮机水力设计的自主研发福建仙游抽水蓄能电站的最大扬程475米,单机额定容量是水涧后内自开发第个抽水蓄能项目300MW,是继响水涧之后国内自主开发的第二个抽水蓄能项目。江苏溧阳蓄能电站最大扬程291米,单机额定容量250MW。仙游、溧阳蓄能电站水泵水轮机水力设计已经完成,其模型试验目前正在哈电高水头试验台上进行。试验目前正在哈电高水头试验台上进行 仙游项目在哈电试验仙游模型试验装置 5、“点”和“面”抽水蓄能机组正反向运转,且频繁启停等运行工况,要求机组具有高度的智能化和高可靠性,同时具有完要求机组具有高度的智能化和高可靠性同时具有完善的故障自诊断和保护功能,因此,