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初曰亭:励精图治 开拓创新 为解决大型水电设备难题努力探索
2009/4/21 9:17:56    新闻来源:中国水力发电工程学会
           励精图治 开拓创新 为解决大型水电设备难题努力探索

                      龙滩水电站700MW空冷机组等设备实施的做法和体会

                                                     初曰亭    广西龙滩水力发电厂



  摘要:龙滩水电站是我国于二十一世纪开工建设的第一座巨型水电工程,在水轮发电机组等关键设备生产制造上带头走出了一条依靠民族工业并在工程实践中大胆采用新技术、新工艺和进行不断创新的模式,在设备安装和生产运行方面也探索走出了新路子。

  龙滩水电站位于广西境内的红水河上, 是我国“西电东运”和西部大开发的重点和标志性工程,也是我国南方电网和珠江防洪的骨干电站。龙滩水电工程总装机容量为6300MW,共安装9台700MW的混流式水轮发电机组,水库库容273亿m3,年发电量187亿kw•h,其中,高216.5m的碾压砼大坝,长388.5m、宽28.5m、高74.4m的地下厂房,总提升高度为179m的垂直升船机,以及额定容量为700MW和778MVA的空冷式水轮发电机组和三相组合式变压器,构成了龙滩水电站的多项世界之最。

  目前,龙滩水电站是我国已投产发电的第二大水电工程。龙滩工程于2001年7月1日开工建设。龙滩工程分两期建设,一期工程安装7台700MW水轮发电机组,首台机组于2007年5月21日比国家批准工期提前8个月投产发电,第7台机组于2008年12月20日比国家批准工期提前18个月投产发电。至此,在一年半的时间里实现了7台700MW水轮发电机组的提前投产发电(其中08年4投,08年12月2投),且7台机组的72小时试运行均一次成功,并保持自首台机组投产之日至今连续安全生产的安全成绩,龙滩工程整体提前一年半发挥效益.在投产发电的一年半时间里累计发电约190亿千瓦时。取得了良好的信誉和效益。
(一)巨型机组设备制造首次由中国公司成为项目责任方

  龙滩水电站开工建设时,正赶上我国水电建设的复苏期,因为在上世纪九十年代的大部分时间里,我们全国都在努力建设我国的超大型水电工程——三峡水电站,而长时间没有开工建设新的大型水电工程;从上世纪八十年代以来,在水电站大型机组设备生产制造方面我国一直走着一条引进吸收的道路,因此,在龙滩水电站水轮发电机组招标时,我们面临着一项重大的选择:国内制造厂是否有能力设计和生产制造龙滩这样的巨型机组,从而改变特大型水电机组大多依赖国外公司生产制造的惯例。我国改革开放以来,尤其是在上世纪八十年代末、九十年代初,开工建设了一大批大中型水电工程,如:二滩、岩滩、隔河岩、水口、漫湾、李家峡、小浪底等工程,在这些水电工程的建设过程中,有些机组设备是由我国自主生产制造的,但大部分机组是通过和国外的著名公司合作制造的,我国自主生产制造的机组设备基本上都存在一定的不足或缺陷,对电厂生产的长期安全稳定和经济运行带来很大影响。但即使如此,应该说通过这些电站机组设备的生产制造,我国厂商在大型水电机组的生产制造方面已经积累了很多经验,和国外著名公司的差距也在逐步缩小。同时,通过和国外著名公司的合作生产和技术引进也使我们的技术水平得到很大的提高,尤其是在1993年开工建设的三峡水电站700MW巨型机组的生产制造方面,国家加大了技术引进的力度,这也使哈电、东电两大厂通过与国外公司合作使大型水电机组的设计和生产制造能力得到进一步提升,此外,随着外国著名公司伏特西门子和阿尔斯通在中国设厂,也使得我国大型水电机组设备生产制造的环境进一步拓宽。

  龙滩水电站机组的设计水头高而且水头变幅大, Hr=140m,Hmax=179m,Hmin=97m,Hmax/Hmin=1.85,水轮机的设计制造难度排在世界前列,9台水轮发电机组全部布置在地下厂房内,由于布置和运行的需要,发电机选择了全空气冷却方式,定子铁芯高度达到3.3m,因此机组的设计制造难度很大。
在2001年龙滩机组设备招标采购时,究竟是采取以国内制造厂为主的国内招标还是采取以国外制造厂为主的国际招标模式是当时摆在我们面前的一道不小的难题,采用以国外制造厂为主的机组招标模式,直接引进国外品牌机组这种采购方式未知因素少、风险小,但采购过程复杂、投资大,依靠国内厂商则投资少,联络和沟通方便,但国内厂商在经验和技术上与国外著名公司尚有差距。然而综观世界水电市场,实际情况是国外水电的发展高峰已过,而国内水电的发展才刚刚重新起步且国内水电发展市场潜力巨大,长远来看我们早晚要依靠自己,国内厂商早晚要唱主角,总是依靠国外厂商是不现实的,造就民族品牌,依靠民族工业是一种明智的选择。此外,经过多年的引进、消化、吸收,我们已在引进技术上投入了大量资金和力量,国内制造厂在大型水电机组的生产、制造方面与世界著名厂商的差距已大为缩小,此时,我们再不实实在在地支持民族工业,把引进技术变为生产力,那国内制造厂就很难再有迎头赶上国际先进水平的机会,我们也就永远成不了世界水电制造业的强者,为此我们龙滩工程愿意迈出这支持民族工业、实现大型水电机组国产化制造的第一步,我们也因此希望哈电、东电两大制造厂珍惜这次机会,好好的在龙滩机组设备生产制造上表现出高水平,借龙滩这个平台使自己的水平有一个大的提升。于是,龙滩工程机组设备于2002年4月招标时,我们采用了主机设备在国内公开招标采购而某些关键技术由国外著名厂商提供技术支持的招标模式,由此,国内制造商就成为了龙滩机组设备供货的责任方,而国外著名制造商则成为合作方和分包方。在哈电、东电两大生产制造厂的大力配合下,龙滩水电工程机组设备采购招标于2002年9月顺利开标,并于2002年12月顺利地将水轮机制造标授予东电(包括分包方上海伏依特西门子) 、将水轮发电机组制造标授予哈电,在国内大型水轮发电机组生产制造方面第一个实现由国内制造厂牵头制造的模式。 

    在龙滩水电站机组设备制造采购合同签订后6年的时间里,哈电、东电(包括上海伏依特西门子)两大制造厂非常珍惜龙滩工程大型机组国产化制造的这次难得机遇,认真组织、精益求精,使得龙滩水电站的设备无论从质量上还是交货进度上和以前相比都有很大提高,合同履行顺利。龙滩水电站1#机组于2007年5月21日比国家批准工期提前8个月投产发电,2#~7#机组也均比国家批准工期提前11 ~ 18个月投产发电。

  (二)机组设备在设计制造中突破了多项技术难关

  1. 700MW水轮发电机组首次采用全空冷冷却方式 
由于龙滩700MW级水轮发电机组是世界上该级别机组首次采用全空冷冷却方式,这给水轮发电机组制造商哈电提出了一道很难的课题。为此,哈电在发电机的设计制造中与合作方阿尔斯通公司密切协作,建立了大比尺模型并进行多次多项反复试验,不断为合理选取发电机参数创造条件;通过不断的实验和优化,最终成功地将定子铁芯高度降为3.3m(委内瑞拉古里水电站650MW机组铁芯高度为3.6m),从而减小了发电机的制造难度,而在发电机电磁设计和结构设计以及推力轴承设计中,也均采用当今世界最先进的技术成果,使得龙滩电站发电机设计制造技术在哈电已有成功经验的基础上,又迈上了一个新的台阶。

    全空冷机组投运已将近两年,水库蓄水位也已达到设计高程,所有机组发电容量均达到700MW,虽然机组运行时间尚短,但目前发电机组的各项主要参数都是非常良好的。

  2. 设计制造水头变幅巨大的水轮机转轮

  龙滩水轮机的最大水头与最小水头之比达到1.85的高值,给水轮机设计也带来了很大困难,为了满足设计工况点既要保证在额定水头下有较高的效率,又要使机组在初期运行水位下(125m水头)能发足600MW出力的要求。东电和伏依特公司通过水轮机模型试验,对设计进行不断改进和优化,最终提供了一个性能良好的水轮机转轮。

  3. 首次在工地现场工厂化制作700MW机组水轮机转轮 

  500MW以上机组的转轮,在龙滩工程之前尚没有在工地现场整体制作的先例,但龙滩水电站地处高山峡谷,运输条件十分差,整体转轮运输费用昂贵,且制约因素多而无法保证运输安全和交货工期,因此,经过仔细评估后,我们决定在龙滩工地现场制作转轮。

  为了确保水轮机转轮的制造质量,我们和东电及伏依特公司共同努力,对转轮现场制造的工艺、流程和质量控制从难从严要求,一丝不苟,完全按工厂工艺和标准制造。转轮出厂验收证明,龙滩工地现场制造的水轮机转轮各项指标均达到优良标准。同时值得指出的是,龙滩转轮第一次系统地测试了转轮焊接前后的残余应力,按照国际惯例的要求,残余应力应为材料屈服强度的二分之一,但龙滩电站转轮退火后的残余应力均为180MPa左右,只占材料屈服强度的三分之一,创造了世界先进水平。

  (三)机组安装调试实现了高质量高速度

  客观地说,哈电和东电(包括上海伏依特西门子)首次承担700MW机组的制造和供货,在设计和工艺上均均存在诸多困难。为了解决这些困难,确保龙滩机组设备的高品质,我们和各制造厂加强沟通、密切配合、友好的解决工作中遇到的每一个难题。在龙滩机组供货中现场出现的最突出问题就是机组轴线不符合设计要求,偏差很大。为此,我们组织设备安装和监理等各有关单位在现场采取多项措施,经过反复研磨和调整,才最终使轴线满足规范要求。机组投运后,其运行过程中各部位的摆度非常良好,现场处理的方法和结果令人满意。

  龙滩机组的定子安装难度也很大,定子铁芯高度居国内之最,从定位筋、齿压板安装,到冲片叠装、压紧、磁化试验以及下线、接头焊接等。设备安装单位创造了一套有效的安装方法,实践结果表明,龙滩机组设备的安装质量达到很高水平,磁化试验结果显示定子铁芯的单位损耗只有1.23w/kg。

    龙滩电站的机组在启动试运行过程中严格按规程规范规定的项目进行调试,尽管试验项目多、实验程序复杂,但由于设备制造和安装质量较高、安装试验单位经验丰富,因此,机组从首次启动到完成72小时试运行后正式投产发电比较顺利,用时较短,最快的一台机组我们只用了10天时间就完成了从启动到正式商业运行的全部工作。在始终只有一个工作面、一个垂直供货商的情况下,我们07年投产3台机,08年投产4台机组,实现了机组安装的高速度,使整个工程提前一年半发挥整体效益。

  (四)电厂运行实行科学化管理,使机组设备状况不断改善,设备品质不断提高 

  机组投入运行后,龙滩电厂始终把保证设备安全稳定运行放在首位。在水库蓄水过程中,根据水库水位上升情况对机组对应各水头段进行稳定性试验测试,以判断机组性能和使机组长期保持在高效稳定区运行,减少不稳定区运行对设备的损害;同时对所有设备进行实际运行情况与设计要求的对比评估,针对设备存在的缺陷和技术进步带来的部分设备功能落后进行改进和完善,确保所有设备始终处于良好状态。

  自2007年5月21日龙滩水电站首台机组投产发电到2008年12月22日,龙滩水电站7台机组已实现连续安全生产582天,累计发电量约190亿kwh,创造了大型多机组电厂自投产之日起安全生产的全国纪录,机组设备没有发现影响设备健康和安全运行的重大缺陷和质量问题,设备运行情况良好。更为难得的是自龙滩工程机组设备采用国内招标后,我国后续的大型水电站机组设备均采用以国内厂商为主的授标方式,从此结束了我国大型水电机组设备长期依靠国外厂商和不断重复引进的历史而逐步走上自主创新之路。

  实践证明,龙滩水电站机组设备采用以国内制造厂为主的国内招标授标方式是正确的,这样一来国内制造厂才有机会把多年引进吸收的技术直接地在大型水电工程设备制造上展现出来,使国内制造厂在大型水电站机组设备生产制造技术和能力上迈上新台阶,同时,通过龙滩水电站已投产设备近二年的运行结果可以初步看出,国内制造厂生产制造的大型水电机组设备的质量也是令人满意,这些设备达到了目前大型水电机组设备制造的国际水平。

  此外,在龙滩水电站的建设过程中,我们在其它关键设备的生产制造上也坚持走国产化为主的道路和不断进行开拓创新。龙滩水电站778WVA的世界最大三相组合式变压器,以及调速器系统、励磁系统、计算机监控系统设备都是采用的国内品牌,即使在我国已实现人造卫星上天几十年并成功进行太空行走却一直面对由国外厂商垄断供应几十年而不能进行国产化的500KV干式交联聚乙烯电缆方面,为了打破垄断、降低工程造价和支持民族工业,龙滩工程又带头在国内首次采用了2回500KV干式交联聚乙烯国产电缆并成功挂网运行,这项决策又为500KV干式交联聚乙烯电缆的国产化开辟了历史性的一页。

   目前,龙滩水电站机组投产已近二两年,已投产设备均没有发现影响安全稳定运行的重大缺陷和质量问题,所有设备一致性、匹配性非常良好,这证明龙滩水电站的所有供货厂家的设备是过硬的,龙滩工程在设备国产化和创新方面的选择和决策是正确的,这就更加激发我们对国产化设备的信任和进行不断创新的热情,我们将在今后的工程建设方面继续总结,不断提高,为中国的民族工业发展、为中国的水电发展做出更大贡献。

  初曰亭简介:

  初曰亭,男,高级工程师,1986年毕业于华北水利水电学院水动专业,现任龙滩水电开发公司副总经理。(

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