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贺建华:科学创造奇迹,创新实现梦想
2009/4/21 11:27:58    新闻来源:中国水力发电工程学会

  1958年东方电气集团东方电机有限公司在四川德阳破土动工,五十年来一批又一批勤劳的东电人顽强拼搏、不断创新,用他们的聪明才智开发和升级了一代又一代的新产品,硕果累累。今天的东方电机已经拥有本行业中最高端的一流产品和最齐全的产品品种:水、火、核、气、风五电各类产品以及交直流电动机、特种电机和控制设备:在水电设备中方面,系列开发出500-800MW大型混流式水电机组,除三峡、龙滩、小湾、等机组外,还推进了瀑布沟、构皮滩、金安桥、锦屏、官地、大岗山、糯扎渡、溪落渡等系列大型水电的自主国产化;围绕轴流式水轮机转轮的技术进步,开发的喜河、土卡河、沙湾、葛洲坝增容改造等转轮模型效率平均提高2-3%;已经成功投运的57MW桥巩灯泡贯流式水轮发电机组,容量等级已居世界前列;通过技术优化和完善,正在设计制造的仁宗海和金窝电站单机容量分别达120MW和140MW的冲击式水轮发电机组,为国内单机容量最大同类产品;随着以惠州、宝泉、白莲河300MW抽水蓄能机组捆绑招标为依托的技术引进、消化吸收再创新战略的实施,正在以东方电机为主包方承担的黑糜峰、呼和浩特300MW抽水蓄能机组设计制造为依托,实现跨越式的发展。在火电等产品中,1000MW超超临界火电汽轮发电机、400MW级燃气轮发电机、二代半核电1150MW汽轮发电机已经产出,第三代核电EPR 1750MW汽轮发电机、核电主泵机组等正在试制中。东方电机拥有发电设备关键核心技术强大的开发能力和一流的制造装备,我们终于站在了世界发电设备制造业第一梯队之中。

  现在的东方电机具有最好的试验室及硬软件配置,可以进行各种水力试验、绝缘试验、电机试验、刚强度计算、专业工艺与检测试验,为产品开发提供技术支持。拥有本行业最先进齐全的开发生产装备,超过1530台各式生产设备,包括345台高精度、大型稀有数控加工设备,具有年产火力发电机30000 MW,核发电机3000 MW,水轮发电机组5000 MW的能力。2001年后,紧紧抓住电力设备快速发展的良好机遇,主要经营指标实现大幅攀升,综合实力不断增强,取得了良好的业绩。截止2007年底,已累计产出发电设备164250 MW ,其中水电机组505套 ,共 33130 MW。

  1981年公司首次以国际招标的方式参与国际市场竞争,向美国加利福尼亚州的卡曼奇水电站出口了三套轴流转桨式水轮发电机组,率先敲开了我国成套机电设备出口国际市场特别是发达国家的大门。经过二十多年的努力,截至2007年底,东方电机已先后向美国、加拿大等二十多个国家出口水火电设备共计73台套,总容量为7101 MW。正在执行的项目有18个共40台机组,总容量为9351 MW,约占总产量的20%。

  东方电机的发展历史,就是一部依托新产品不断发展壮大的历史,新产品的开发过程就是各项技术的不断创新的过程。我们始终坚持以自主创新、追赶世界先进技术为立足之本,同时注重引进国外先进技术,消化吸收再创新以满足企业快速发展的需求。

  八十年代我们走过的是完全独立自主创新开发的历史,创造过乌江渡、葛洲坝、漫湾、龙羊峡等200MW级大中型混流、轴流机组的开发奇迹。九十年代国外发电设备制造商进入中国市场,这期间我们采取了自主开发、项目合作引进关键技术或部件、分包制造的等多种方式促进新产品开发:实现了以李家峡400MW为代表的常规大型混流式、以红岩子30MW为代表的大型贯流式、以响洪甸40/55MW为代表的抽水蓄能、以及以高桥30MW为代表的冲击式水电机组的开发。完成了二滩550MW、十三陵200MW抽水蓄能等水电机组的分包制造,促进了制造工艺技术的发展。

  由于发电设备向大容量高技术方向发展,无论是产品品种、业绩或是关键技术水平,国内企业同国外先进企业相比都有较大差距,主要表现在基础理论、计算技术、试验技术等方面,科研设施与制造设备也比较落后。为了尽快提高中国制造厂家的研究开发设计能力和制造水平,国家决定利用三峡左岸机组设备采购的机会同时引进关键技术,并将其作为设备投标的必要条件。

  1997年三峡电站左岸机组国际招标,东方电机即按要求与VGS(VOITH SIEMENS GE Hydro)联营体达成了技术转让合同和分包制造合同。技术转让主要包括水轮机水力设计、发电机电磁及机械设计、结构件刚强度计算和动力稳定性计算、通风冷却系统及推力轴承、绝缘材料以及绝缘结构工艺性,关键部件制造及工艺等方面,体现在自开发软件转让、计算机硬件及商业软件准备、软件安装调试与试运行、验收等过程中。从1997年底开始,陆续派出设计、科研、工艺、管理和质量保证等专业技术人员共29批次,264人次,合计7536人日接受VGS联营体的技术转让,到1999年底,基本完成第一阶段引进技术培训工作。经过技术评定和验收,结合消化吸收的工作实际表明,技术引进工作是全面和成功的,为下一阶段的消化吸收再创新奠定了良好的基础。

  在国家有关部委的大力支持下,《三峡水利枢纽工程成套设备》课题列入了国家“九五”重点科技项目,其中9个子课题涉及三峡水电机组研制的方方面面,重点以关键材料和制造工艺为主,确保技术引进和分包制造的实施。2001年3月召开的“九五”国家重大技术装备研制和国产化项目“三峡水轮发电机组研制”鉴定验收会上,验收专家组的意见是:“三峡机组引进技术及消化吸收,显著地提高了东方电机的国际竞争力,使我国在一些原比较落后的关键技术领域迅速赶上了世界先进水平。”
国家“十五”科技攻关课题《三峡水利枢纽工程成套设备研制》的主要任务是以消化吸收后的再创新和机组的自主研制工作为主,通过系统研究攻关,东方电机在大型混流式水轮发电机组设计制造方面形成了自己的核心技术,提高了竞争能力,进入了世界水电设备设计制造技术先进行列。
三峡机组和后来的抽水蓄能机组关键技术引进以及消化吸收,对东方电机水电设备技术进步起到非常重要的作用。体现在使我们了解了当前世界最先进的水电开发技术,在研究开发的方法上入了门,为二次开发创造了条件。通过消化吸收国外的先进技术,我们在很多关键技术上进行了再创新,包括水力设计CFD技术和模型试验手段的创新,刚强度计算和可靠性研究的创新,结构设计和制造工艺的创新,绝缘体系的创新,通风冷却技术的创新和水电机组控制设备的创新开发。同时还将创新理念和技术扩展到公司的其它产品上去。

  为保证发挥最好的消化吸收效果,我们加快核心技术人才发掘与培养,把各专业行业带头人放在重大项目中锻炼,选送骨干到高校深化培养,攻读硕士、博士学位。加速机制体制改革,收入向关键技术岗位和优秀人才倾斜,拉开差距,建立职业上升通道,让大家明白通过努力就会有希望。公司设立了最高奖金额度达到50万元的重大项目创新成果奖,鼓励科技人员努力开拓创新。

  为科研开发顺利进行,公司加大关键研发装备投入,尽量做到本行业最好、最齐全的硬软件武装。例如水轮机模型加工、试验设施的扩建,现在年制造模型转轮从原来的几个增加到30-40个,试验周期由原来1-2年缩短为3-6月,最快的仅不到1个月。应用精密先进的测量系统改造了原有的2座试验台,贯流机试验台和高水头试验台已投入使用,新增的包括抽水蓄能试验台在内的4座高水平水力试验台目前进入土建和设备采购阶段,计划2009年7月投入应用。购买了水力、通风、电磁、刚强度计算分析商业软件,完善了计算条件。

  东方电机大型水电设备设计研究核心技术的创新和进步突出体现在以下几个方面:

  1.水轮机水力设计及其模型转轮试验技术

  过去我们开发的水轮机较国际同类产品先进水平效率相差至少1.5-2.0%,模型转轮加工缓慢,试验手段落后。在引进了技术掌握了水轮机转轮和通流部件水力几何型线设计,流动分析和性能预估等关键技术后,通过消化吸收对CFD方法进行了创新:旋转部件与静止部件的耦合CFD分析使部件的流动结构得到最大限度的优化;引水部件的整体CFD分析优化了蜗壳、固定导叶和活动导叶结构及其它们相互之间的合理搭配;活动导叶和转轮的耦合CFD分析优化了转轮叶片进口形状;转轮与尾水管的耦合CFD分析优化了转轮叶片出水边型线和尾水管形状。水轮机全流道CFD分析,使水轮机整个水力通道的水力型线和细部流动结构得到最完整的优化。通过转轮与导叶、转轮与尾水管的非稳定流动耦合CFD分析,避免因动静干涉及其水压脉动引起的水力振动;通过固定导叶数、活动导叶数和转轮叶片数的合理搭配模拟动静干扰对水力稳定性的影响,避免相振。

  尾水管非稳定流动的CFD分析可定性预测尾水管涡带引起的水压脉动振幅、频率;转轮叶片、固定导叶和活动导叶的非稳定流动CFD分析,可分析卡门涡的频率和强度,避免因卡门涡水力弹性共振造成的机组噪声和结构损坏。形成了具有东方电机特色的水力设计软件系统。

  同时重视模型装置设计制造和试验技术改进,试验台采用了先进的试验测试手段和实时流态观察系统。试验时转轮内部流动采用光纤内窥镜实施观测:转轮进口叶片正、背面空化的观测确保在水轮机全部运行范围无转轮进口空化;转轮叶片出水边空化的内窥镜和闪频观察确保在水轮机全部运行范围内无转轮出水边翼型空化;对转轮叶道涡的实施观测确定叶道涡初生和发展的运行工况,定性确定叶道涡的强度和可能引起的噪声与振动;尾水管涡带的实时观测和水轮机流道不同部位压力脉动的实时测量,根据观测结果和运行要求进一步优化转轮叶片的水力设计。

  通过一系列转轮研制开发表明,已稳定开发出一流水平的模型转轮160多个,并且开发周期越来越短。东方电机水力开发的最大的特点就是稳定性好。其中三峡右岸电站的700MW水轮机转轮,其94.6%的模型最高效率与左岸转轮相当,而水力稳定性明显提高,消除了左岸机组曾经出现过的影响稳定运行的特殊压力脉动带,低水头运行出力大幅提高,有利于电站在汛期多发电。模型最高效率94.8%和94.7%的600MW的瀑布沟和锦屏一级电站水轮机稳定性在三峡右岸的基础上又有进步,其尾水管最大压力脉动分别为7.3%和5.2%。在溪洛渡电站770MW水轮机的竞标中,东方电机的转轮更是以卓越的稳定和空化性能,和高于95%的模型最高效率取得了历史突破,名列同台对比中的各转轮综合技术性能第一。在龚嘴电站技术改造中,我们研究的转轮成功的解决了进口转轮低负荷水力振动和噪声问题,该电站后续水轮机改造都将采用东方电机的产品。

  通过对引进技术的嫁接再创新,使我们在轴流式、贯流式水轮机的水力开发都取得了丰硕的成果。我们所设计的水轮机高效区宽广,采用叶片抗空化设计和抗间隙空蚀裙边设计,保证了水轮机具有优良的防抬机性和叶片的安全可靠性。轴流式水轮机模型最优效率达93.0%,较过去提高了约3%,额定工况大流量区效率在原有基础上提高8~10%,与国际先进水平一致,空化、压力脉动等性能参数得到大幅度改善,设计的准确性和针对性十分明显。所开发的转轮已经使用到国内外几十个电站,获得每个业主的赞誉和好评。贯流式机组水力设计也实现自主开发,并在国际项目中中标。

  抽水蓄能水力研究具有相当高的难度,对250m、450m、550m的转轮开发,标志着我们对引进技术的消化吸收已经掌握了先进成熟的水力设计方法,可以做到水泵工况性能和水轮机工况性能最佳配合的水力设计,实现优良的能量特性、空化特性、水力稳定性和工况适应性,以及优良的过渡过程特性和全特性。

  2.刚强度计算和可靠性研究的创新

  我们对引进技术进行创新,将非线性理论用于机组各大部件刚强度和动力稳定性分析,提高了分析精度和可靠性。建立了机组各大部件接触、连接、预应力结构的刚强度的分析模型、基于子区模型的转轮局部高应力分析模型及分析方法。基于解析法和有限元法的定子铁心热膨胀分析,发展了适用于所有叠片形式的发电机铁心热膨胀分析技术。基于转子动力学采用ARMD软件对机组转动部件进行动力稳定性分析和轴系摆度预估分析。采用世界最先进的流固耦合分析技术对水轮机过流部件进行模型建立和计算分析,获得转轮、导叶等在水介质下的动力特性,经实测证明更符合实际,结果更可靠。并推广到贯流机组整机流固耦合动力特性、动力响应分析,完成了对红岩子、桐子壕等机组的计算。采用引进技术对水轮发电机气隙稳定性分析的思路,改进了针对特定形式发电机的解析法,采用有限元分析方法建立合理的分析模型,完成了三峡,红岩子等混流式和贯流式水轮发电机气隙稳定性分析。采用引进的水力和电磁力的分析技术结合我公司的经验和试验研究成果,进行机组定转子耦合振动计算分析,形成具有通用性的分析方法,完成了对红岩子,公伯峡机组的计算分析。通过引进刚强度、动力稳定性分析技术和软件,并加以创新吸收,形成了一整套具有东方电机特色的水电机组刚强度、动力稳定性、气隙稳定性及流固耦合动力分析、摆度预估的计算机软硬件系统和知识库。掌握了水电机组刚强度、动力稳定性、气隙稳定性、流固耦合分析、摆度预估的方法和技巧,经过大朝山、红岩子等多个电站的实测,证明分析方法和分析软件是先进的,结果是可靠的。

  通过系统学习和了解国外公司的结构刚强度和振动计算技术的主要思路和先进方法,掌握了国外公司的结构刚强度计算技术的技巧和计算程序的具体操作步骤,利用公司新购置了HP工作站和ANSYS、IDEAS、TASCFLOW、ARMD等商用软件,重新构建了三峡机组结构分析计算机环境。在我公司的计算机系统上完成了三峡右岸机组结构刚强度和动力稳定性计算,右岸机组运行性能全面超越左岸引进机组。在吸收消化和技术创新的基础上,编制了大型水电机组主要部件的结构刚强度和动力特性计算规范。形成了自主开发能力,提高了我公司水电机组结构分析的整体水平,缩短了计算分析周期,增强了快速反应能力。

  水轮机转轮是水轮发电机组的心脏,要求具有较高的效率、较好的稳定性和可靠性。水轮机运行时转轮承受着其自身重力、水压力和离心力作用,水头和负荷的变幅以及水压脉动所引起的动载荷的作用会造成转轮的振动。因此必须对其工作应力水平和振动模态进行详细计算分析和结构优化。水轮机转轮的刚强度与振动计算分析一直是转轮开发中的技术难点,这是因为叶片形状复杂很难准确建立其有限元模型、无法准确计算出作用在叶片上的水压力分布、无法准确估算出转轮在水介质下的振动模态。我们在掌握国外公司转轮结构分析技术的基础上进行创新,根据混流式转轮的结构和载荷特点,对有限元单元进行了优选,并实现了水压力载荷的自动施加,完成的转轮的结构分析结果与外方提供的计算结果一致,且计算精度大大高于引进技术。我们将混流式转轮强度分析的基本思想用于轴流式转轮的分析中,探索出一套轴流式转轮有限元建模方法和流场计算方法,并在某轴流式水泵叶轮强度计算分析中应用取得成功。

  3.结构设计和制造工艺的创新

  联合设计的三峡左岸水电机组是当时世界上单机容量最大的机组之一,也是尺寸最大的机组。VGS联营体在大机组设计中有比较丰富的经验。从联合设计中我们掌握了VGS的设计习惯,尤其在大尺寸转轮、主轴设计、双夹板带偏心销结构连杆设计、导叶臂与连接板之间设置摩擦环的导叶操作机构设计、水导轴承和主轴密封设计、主轴中心补气装置设计等方面有比较独特的考虑。

  通过消化吸收和根据电厂运行检修反馈,在三峡右岸以及其他后续大型机组中,我们在设计中做了改进:

  在顶盖与座环的把合面、底环于座环的把合面采用加垫结构。座环在工厂内不需上立车加工,在工地不需使用大型加工设备,可缩短工厂制造周期和工地的安装周期。在顶盖设计中加厚隔油环环板,增加水导瓦托架法兰及环板厚度,以减小顶盖焊接变形。适当提高底环的高度加大开档,增加制造过程中的操作空间,同时还适当增加了底环的刚度。对导叶接力器进行了设计修改,右岸接力器克服了把合面处及端面密封处渗油的毛病。在左岸的基础上适当增加水导轴承挡油筒高度和冷却器的冷却容量,调整了轴瓦间隙,避免了右岸机组出现油槽翻油和导瓦瓦温偏高的问题,导轴承盖内圆采用双层结构等措施,减少了油雾现象。在主轴密封盖下部设挡水环,消除了密封盖上部水雾现象。

  水轮发电机电磁联合设计包括基本电磁计算、温度分布、噪声、水冷线棒温升和定子铁心端部发热计算等。东方电机专门购置的工作站已进行了三峡右岸等大型水电站发电机的计算。通过再创新,目前东方电机的电磁计算分析由路的方式向以场为主的方式转变,从稳态分析向暂态分析转变,从独立发电机的分析向以网机关系为主体的方式转变。

  三峡左岸发电机采用水冷定子绕组,这在东方电机还是第一次。通过合作设计掌握了相关的计算方法和铁心端部发热的分析计算。通过对转子支架有限元结构强度和稳定性分析,计算出下机架在最大轴向载荷作用下的应力和变形,分析转子支架与磁轭之间所需的配合间隙进行磁轭键的设计。定子机座强度计算考虑了包括120°同步误合闸和地震等多种载荷在内的工况,根据综合应力和材料的许用应力进行强度判断。稳定性方面计算主要进行机组转动系统的固有频率、轴系的临界转速和机组的稳定性分析和计算,可以直接应用到各机组的设计中。转子磁轭过盈配合计算方法可以在大型水轮发电机的转子支架和磁轭的设计中应用。

  通过联合设计掌握了大型定子绕组水内冷端部回风通风冷却水轮发电机的设计,直径22m发电机定子装配,20kV水内冷定子绕组以及水电接头,多层圆盘式转子支架、大负荷小弹簧束推力轴承,大尺寸带有散热匝的磁极线圈的计算与设计以及工艺方法等。这些技术通过消化吸收很多都应有于后续机组上。
VGS设计的左岸水轮发电机推力轴承温度偏高,右岸设计时我们结合几十年的经验和试验研究成果进行改进,加大了油槽容量,修改了推力瓦尺寸,增加碟簧个数,改进油路循环方式,增大油冷却器换热容量,运行后的右岸机组推力轴承温度比左岸机组降低5-10 ℃ ,运行温度控制在70℃以下。右岸设计时修改了定子线圈水、电接头设计,使制造工艺简单,质量容易控制,安装工期缩短。增加集电环碳粉收集装置,不仅能有效地收集碳粉,而且能对滑环室进行强迫通风冷却,大大降低导电环及滑环室的温度。
  4.发电机主绝缘结构工艺和定子线棒制造技术

  绝缘专业的技术引进工作具有自身的专业特点,构成绝缘体系的绝缘材料、结构、工艺等诸多元素中,是不可能一一引进、原样复制的,而必须在工艺的本地化和材料的国产化方面有所创新才能实现预定的目标。三峡左岸机组技术引进绝缘技术的开发堪称范例。技术转让方西门子公司采用的是少胶VPI绝缘体系和绝缘工艺,但是东方电机不具备大尺寸VPI系统,且当时绝缘材料只能进口。我们攻关的关键就在于应用多胶绝缘体系和生产工艺生产满足外方的技术和质量要求的定子线棒。在吸收国外先进技术的基础上立足国内实际,应用多胶连续绝缘体系,完成了主绝缘工作场强为2.51kV/mm的定子绕组绝缘结构的设计和实际应用,效果良好,解决了当时VPI绝缘必须高价进口绝缘材料的问题。

  鉴于少胶VPI(真空压力浸渍)绝缘体系具有性能易保证且工效高的特点,2003年东方电机开始使用VPI绝缘体系,自主开发与之相适应的绝缘结构及工艺,以较高的绝缘击穿强度获得减薄绝缘厚度,增加槽满率,改善散热。试验表明新结构的绝缘击穿强度达到35-40kV/mm,高于国家行业标准击穿强度合格品>19kV/mm;优等品>25kV/mm的要求。电老化寿命试验结果表明,3Un耐电寿命试验经过25个周期冷热循环绝缘结构耐电寿命平均值为190h,远高于VDE0530标准、阿尔斯通和西门子公司不小于10h的要求。目前公司重点水火电项目、燃气轮发电机、核电发电机采用了这种绝缘体系。同时在优化改进的前提下保留了传统的多胶模压绝缘体系应用于常规水火电机组。

  现在东方电机全面实现了大型水火电机组绝缘自主化,性能、质量全面达到国际先进水平,实现了批量化。成功开发出目前世界上额定电压最高的27kV,绝缘厚度最薄(即单位厚度承受的最高电压3.85kV/mm)的24kV的绝缘结构,巨型常规水电、大型抽水蓄能机组、核电发电机、核岛主泵电机绝缘体系均为自主开发,并均已产出。另外与国际接轨的定子冲片环保绝缘体系水溶性涂漆系统也已建立并投入使用。

  5.定子绕组通风冷却技术的试验研究和设计应用

  目前世界上水轮发电机组定子绕组通风冷却主要有空气冷却、水冷却和蒸发冷却三种。

  通风冷却系统的开发由局部的研究向总体研究转变,由静态通风模型研究向动态通风模型研究转变,研究手段向多元化发展。我们应用从国外公司引进的通风网络计算分析方法程序,消化吸收后使用“TF”系列和Fowmaster商用软件,自主创新将CFD用于通风发热计算-用场的方法来分析通风冷却,在流场计算的基础上,再进行传热计算。利用仿真数值模拟来达到进行“虚拟模型试验”的目的,为确保与实际运行情况一致,我们按比例制作通风冷却模型样机,已应用于瀑布沟、小湾等700MW级大型立式水轮发电机和57MW桥巩贯流式水轮发电机的分析,经过真机测试比较与计算分析数值一致。同时少胶VPI绝缘体系的建立更有利于大型空冷技术的发展。目前已经投运的和在制的龙滩(分包)、瀑布沟、构皮滩、金安桥、糯扎渡、大岗山、溪落渡等600-700MW级的水轮发电机均采用了定子绕组空冷技术。

  三峡左岸机组技术引进与联合设计采用的是水冷却技术,自三峡右岸我公司研究开发的四台700MW机组也采用了这项技术。通过消化吸收,我们熟练地掌握了定子线棒及其水电接头制作工艺,顺利完成了左右岸6台机组的制造任务。

  东方电机与中科院电工所在发电机蒸发冷却技术开发和应用方面的合作接近四十年,具有深入的理论分析研究成果和400MW李家峡蒸发冷却机组的成功业绩。东方电机在三峡机组冷却方式选择,也加快了蒸发冷却技术的应用研究,研制了针对VGS系列发电机的真机模型试验台,确定了其蒸发冷却系统的参数指标和设计规律,完成了真机蒸发冷却改造的设计并通过业主和专家的评审。在此基础上,确定了三峡地下厂房机组的蒸发冷却方案,计划于2011年投运的三峡地下厂房机组将使完全自主创新的蒸发冷却技术达到新的高度和水平。东方电机是目前唯一具有水轮发电机定子绕组空冷、水冷和蒸发冷却三种机型运行经验的厂家。

  6.巨型水轮发电机电磁振动与噪音问题-电磁方案的创新

  东电的三峡右岸18#发电机采用与左岸VGS机组相同的电磁方案。定子510槽,并联5支路,转子40对数极,每相每极q=2-1/8槽,单元电机数 ,定子绕组每相采用的是10+7的一种大小相带布置,即每相正相带有10列电角度相同的槽号,负相带有7列电角度相同的槽号,这样的布置方案主要是考虑绕组跨接线距离较短,连接方便。18#发电机2007年10月投入运行后,发现定子铁心振动偏大。现场测量表明定子铁心100Hz高频振动幅值偏大,在40-50μm左右,带动邻近部件共振且振感强烈,盖板、端罩等部件共振释放出 “嗡嗡”的电磁噪声,直观感觉为站在盖板上麻脚。

  通过频谱分析,我们把18#机的振动归纳为两类:一类是低频振动,一类是高频振动。测试结果表明18#机与左岸各机组在100Hz高频振动较为接近,普遍偏大,可以判定高频振动是VGS电磁方案的共性。18#机低频振动偏大,而其他机组不大。对此我们分析认为当转子不圆造成气隙不均时,在励磁磁势作用下气隙中就会产生一系列的低次谐波磁场,这些谐波磁场与主波磁场相互作用而产生力波,从而引发低频电磁振动。通过对18#机定、转子圆度实测发现转子的凸轮和椭圆形状比较明显。三峡15#、16#机我们通过控制或调整定转子圆度降低低频振动,效果显著。

  在三峡右岸机组后续机组中,我们优化了定子绕组谐波的技术方案,最大限度降低了电磁振动的激励源,加强了安装时定转子铁心叠紧程度的控制,调整了定子接线方式,运行表明全面消除高频电磁振动和噪声,不稳定问题得到圆满解决,全面达到优良水平,机组运行平稳、安静。特别是15#成为三峡振动最小的发电机(三导摆度100um以下,定子铁心及机座振动27um,发电机盖板、端罩等部件高频振感完全消除,电磁噪声平均降低3~7dB(A),运行中的“嗡嗡”声彻底消除),被三峡总公司称为标杆机组。15#的成功也使我国大型水电机组整体技术水平提升到新的高度:制造+安装+调试运行取得重大进步。与转轮同称为三峡自主化两个重大关键技术突破!

  7.控制设备的研究与创新

  东方电机的水电控制设备研制和生产与主机同步进行。调速器从2000年开始了基于PAC控制器的应用研究,已成功推出了第四代微机调速器。现代大型水电机组对调速器系统要求具有极高的可靠性,优良的性能指标和操作简单、易于维护。东方电机研制的双伺服比例阀冗余自动控制+机械手动调速器系统完全满足高可靠性的配置要求,已成功应用于四川紫坪铺、云南漫湾、广西龙滩、青海拉西瓦、青海李家峡等电厂,技术成熟可靠。这种调速器采用了先进成熟的适应式变参数、变结构并联PID控制策略,增加了系统小波动控制的稳定性。在系统软件功能设计上增加了水轮发电机组的非线性仿真模型,可以用于水轮机发电机组的开、停机,扰动、并网带负荷及甩负荷等动态过程的仿真。在流量反馈技术、液压系统集成、过速限制/两段关闭装置设计、调速器的电磁兼容性等方面,都有明显的进步。

  现代的发电机励磁系统已基本上统一采用自并励系统并越来越优化和完善。以IPC和PAC为控制平台的励磁装置技术创新表现在:全数字脉冲生成、快速高效的智能交流采样、高速局域网络通讯技术实现通道间信息交换、现场总线技术、采用大规模门阵列编程实现通道无扰动切换、智能全动态均流技术、以太网冗余信息交换以及基于互联网络的远程维护技术。东方电机的GES-3000系列励磁系统经鉴定达到国内领先水平,是国内600MW级水电项目供货的励磁厂家之一,并出口20多个国家和地区。

  静止变频起动装置(SFC)通过多套装置的生产和调试已逐步积累经验,初步具备自主设计能力和国内配套生产的技术保障,可以为抽水蓄能项目配套的SFC的设计、制造和售后服务工作。在发电机冷却系统换热元件和蒸发冷却系统冷凝器等机组配套组件方面,也正在推进精细化设计,提高技术水平和配套产品性能,从而进一步提升机组的总体性能和可靠性。

  我们用短短几年的时间走过了国外同行30多年来走过的路,实现了水电机组跨越式发展。今天,我们已经能同国外一流高手同台竞技。代表本行业国际一流水平的高端产品正在由国内企业设计研究和制造。例如三峡地下厂房700MW蒸发冷却水电机组的研发、300MW抽水蓄能机组的开发与制造、潮汐电站水电机组相关技术问题的研究、与三峡总公司、长江委、华东院共同开展1000MW级混流式水电机组前期科研等等。

  在成绩面前我们清醒地知道,大型水电机组技术发展实现自主化是政府扶持、业主信任、企业努力的有机整体。在三峡左岸机组和抽水蓄能捆绑招标方面国家实施的“技贸结合”,“以市场换技术”的战略,对关键技术的引进及国产化起到了重要的促进作用,项目实施过程中,发改委、三建委、机械联合会对重大项目科研费用的支持为企业消化吸收创新创造了良好条件。以三峡为例,在技术引进过程中,三峡总公司全面贯彻了国家重大装备国产化这一重大国策,不但为国内厂家分包左岸机组创造了良好条件,让两厂掌握制造技术,并且在右岸机组的招标中要求国内企业参与公平竞标、同台对比,为右岸机组国产化提供平台,充分显示了业主的开明与远见。正是因为有政府的扶持,水电业主、设计院对自主化的有力支持,我们才有可能在较短的时间里,使水电设备研制能力与国际先进水平同步。
2008年汶川大地震造成灾区巨大损失,位于震中边缘的东方电机在努力参加救援的同时,积极恢复了生产,在此向所有向东方电气伸出援手的各位同仁表示衷心的感谢,我们将以开发更优质产品的实际行动报答国家和全国人民的无私援助。

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