哈電機(jī)沖擊空冷水輪發(fā)電制高點(diǎn)

　　電廠人員正在查看哈電機(jī)制造的三峽右岸23號(hào)機(jī)運(yùn)行情況。

　　9月29日，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱哈電機(jī)）與廣東樂(lè)昌水利樞紐工程管理局簽約3臺(tái)單機(jī)容量44兆瓦的空冷水輪發(fā)電機(jī)組合同，合同額達(dá)1.33億元。由于受金融危機(jī)影響，今年國(guó)家水電立項(xiàng)較少，各大發(fā)電設(shè)備制造公司都將目光集中到該機(jī)組上，使得競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。哈電機(jī)不僅拿下了此項(xiàng)合同，更是在大容量空冷水電機(jī)組方面一枝獨(dú)秀。截止目前，已簽訂59臺(tái)600兆瓦級(jí)以上大型空冷水電機(jī)組合同，并且率先開(kāi)始了1000兆瓦空冷水電機(jī)組的項(xiàng)目研究。

　　沖擊1000兆瓦空冷水電機(jī)組

　　《中國(guó)能源報(bào)》記者從哈電機(jī)了解到，早在2007年，哈電機(jī)與國(guó)家科技部簽定了國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目1000兆瓦水力發(fā)電機(jī)組研究，目前正在進(jìn)行方案計(jì)算；2008年又與三峽總公司簽定了金沙江水電工程特殊專項(xiàng)科研項(xiàng)目合同，以金沙江烏東德、白鶴灘電站為依托，哈電機(jī)進(jìn)入了百萬(wàn)水電的科研階段，合同中的3個(gè)子項(xiàng)計(jì)劃于近期完成。

　　業(yè)界公認(rèn)，對(duì)于600兆瓦級(jí)以上的大型水輪發(fā)電機(jī)，使用全空冷存在很多技術(shù)障礙，從而大多采用半水冷設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。因此，制造1000兆瓦級(jí)全空冷水輪發(fā)電機(jī)更是名符其實(shí)的世界性難題。

　　據(jù)了解，全空冷巨型水輪發(fā)電機(jī)主要技術(shù)難點(diǎn)是空氣對(duì)電機(jī)的冷卻效果和冷卻均勻性，如何避免不均勻冷卻導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)部件熱脹變形，以及由于冷卻效果差引發(fā)的溫升超標(biāo)，這是世界性的難題。為了解決這一難題，必須對(duì)全空冷電機(jī)的電磁計(jì)算、結(jié)構(gòu)、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)及絕緣系統(tǒng)等進(jìn)行整體協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和優(yōu)化創(chuàng)新。哈電機(jī)在成功研發(fā)700兆瓦全空冷水輪發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上，正在向1000兆瓦級(jí)全空冷水輪發(fā)電機(jī)所遇到的難題做出新的努力。

　　引進(jìn)吸收更新研發(fā)理念

　　目前，大型水輪發(fā)電機(jī)的冷卻方式主要有全空冷、半水冷和蒸發(fā)冷卻3種。空氣冷卻作為水輪發(fā)電機(jī)最早的冷卻方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。但隨著電機(jī)容量的增大，冷卻方式也有了改變。電機(jī)界通常以“每極容量”作為衡量和選擇發(fā)電機(jī)冷卻方式的指標(biāo)，認(rèn)為600兆伏安級(jí)以上的水輪發(fā)電機(jī)，“每極容量”達(dá)到約9000千伏安／極以上時(shí)，均應(yīng)采用半水冷方式進(jìn)行冷卻。這樣，隨著發(fā)電機(jī)的容量越做越大，半水冷的冷卻方式漸漸地代替了空氣冷卻。

　　“不過(guò)，采用半水冷的水輪發(fā)電機(jī)也暴露出很多的弊病，如接頭漏水容易將電機(jī)燒毀等。通過(guò)對(duì)多家采用水冷卻的電站進(jìn)行跟蹤，我們認(rèn)為半水冷這種冷卻方式不是最好的。”哈電機(jī)的相關(guān)人士介紹說(shuō)。于是哈電機(jī)的專家們開(kāi)始考慮，如何將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)的空氣冷卻系統(tǒng)應(yīng)用到大容量的機(jī)組上。從上個(gè)世紀(jì)70年代劉家峽的建設(shè)，到巖灘機(jī)組的投運(yùn)，哈電機(jī)對(duì)300兆瓦以內(nèi)的全空冷機(jī)組進(jìn)行了比較深入細(xì)致的研究。

　　哈電機(jī)的老專家說(shuō)：“當(dāng)時(shí)認(rèn)為風(fēng)量越大越好，在很小的機(jī)組中也加有很多的風(fēng)扇，用以降溫。但機(jī)組制造出來(lái)后，存在著通風(fēng)損耗大、效率低、風(fēng)量不均勻等缺點(diǎn)。后來(lái)通過(guò)與世界先進(jìn)的電機(jī)制造公司進(jìn)行合作和交流時(shí)發(fā)現(xiàn)，他們?cè)谠O(shè)計(jì)全空冷機(jī)組時(shí)，不是片面地追求大風(fēng)量，而是追求合理適宜的總風(fēng)量，并且風(fēng)量分配和風(fēng)速都要均勻。”這使哈電機(jī)的科研人員受到啟迪，他們對(duì)空冷水輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)理念漸漸改變了。

　　哈電機(jī)通過(guò)與世界先進(jìn)的公司進(jìn)行廣泛地技術(shù)交流，加快了通風(fēng)冷卻技術(shù)更新與進(jìn)步的腳步。與德國(guó)西門子公司合作，學(xué)習(xí)掌握了計(jì)算水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)發(fā)熱的“相似推導(dǎo)法”。此外，又與奧地利ELIN公司、日本的日立公司及瑞士的ABB公司合作，不斷吸收消化世界先進(jìn)的設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)技術(shù)，使自己研發(fā)實(shí)力明顯增強(qiáng)。這也使哈電機(jī)的設(shè)計(jì)理念由粗放轉(zhuǎn)向更精細(xì)、更合理、更科學(xué)。在消化吸收的同時(shí)，開(kāi)始不斷創(chuàng)新，自己研發(fā)新產(chǎn)品；對(duì)計(jì)算軟件進(jìn)行升級(jí)，提高計(jì)算能力；進(jìn)行各種試驗(yàn)，掌握大量真實(shí)的數(shù)據(jù)；派優(yōu)秀的工作人員對(duì)各電站進(jìn)行跟蹤，及時(shí)掌握第一手?jǐn)?shù)據(jù)，這些工作為巨型全空冷水輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)制造成功奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　“原來(lái)為了提高冷卻效果，加大風(fēng)量，增加風(fēng)扇，但風(fēng)扇的增多沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)者們預(yù)想的效果，問(wèn)題在哪呢？通過(guò)計(jì)算和在電站進(jìn)行實(shí)測(cè)，終于發(fā)現(xiàn)不使用風(fēng)扇，也可達(dá)到冷卻的目的，并且效果更好。”哈電機(jī)的科研人員說(shuō)。就這樣，哈電機(jī)在不斷的探索中，在大型全空冷機(jī)組的道路上前進(jìn)。

　　利用大型工程促進(jìn)技術(shù)成熟

　　在哈電機(jī)的研究人員看來(lái)，是三峽和龍灘電站兩大工程的歷練使他們具備了向1000兆瓦空冷水電機(jī)組沖擊的能力。

　　據(jù)介紹，龍灘電站700兆瓦機(jī)組在國(guó)內(nèi)招標(biāo)，選擇冷卻方式時(shí)，業(yè)主曾多次組織國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等方面的專家召開(kāi)咨詢會(huì)議。會(huì)上，一部分專家支持全空冷，一部分支持采用半水冷。哈電機(jī)專家認(rèn)為，龍灘是地下廠房，采用全空冷機(jī)組可以減少地下廠房的挖掘。他們提出了詳實(shí)的論證方案，最終該方案得到了龍灘公司和評(píng)標(biāo)專家的認(rèn)可。為了更好地驗(yàn)證全空冷機(jī)組的可行性，哈電機(jī)做了1臺(tái)和真機(jī)比例為1：5的通風(fēng)模型，進(jìn)行模擬試驗(yàn)。模型的運(yùn)轉(zhuǎn)證明了哈電機(jī)的實(shí)力，阿爾斯通的專家認(rèn)為他們制作的通風(fēng)模型的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

　　三峽工程右岸756兆瓦水輪發(fā)電機(jī)招標(biāo)時(shí)，冷卻方式又成為技術(shù)論證中的一個(gè)關(guān)鍵課題。當(dāng)時(shí)世界上投入運(yùn)行的大于600兆瓦的水輪發(fā)電機(jī)有54臺(tái)，80%是采用定子水內(nèi)冷的半水冷發(fā)電機(jī)，只有日立公司設(shè)計(jì)的10臺(tái)610兆瓦最大出力805兆瓦的委內(nèi)瑞拉古里水電站采用全空冷發(fā)電機(jī)。三峽左岸14臺(tái)機(jī)組招標(biāo)文件中規(guī)定發(fā)電機(jī)采用半水冷或全空冷，但是中標(biāo)的ABB和西門子都是采用半水冷發(fā)電機(jī)。哈電機(jī)沒(méi)有放棄空冷技術(shù)夢(mèng)想，他們?cè)谌龒{右岸機(jī)組投標(biāo)時(shí)選用全空冷的新設(shè)計(jì)得到了用戶的認(rèn)可。最終三峽總公司選定哈電機(jī)在三峽右岸4臺(tái)發(fā)電機(jī)上采用全空冷冷卻方式，而東電公司承制的4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)和ALSTOM公司承制的4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)依然采用半水冷的冷卻方式。

　　憑借著技術(shù)優(yōu)勢(shì)，去年8月底，哈電機(jī)又獲得了單機(jī)容量為770兆瓦的溪洛渡左岸6臺(tái)水電機(jī)組和單機(jī)容量為800兆瓦的向家壩左岸4臺(tái)機(jī)組，共計(jì)44.27億元的水電合同。這兩個(gè)電站機(jī)組均為混流式機(jī)組，將全部采用全空冷技術(shù)。哈電機(jī)董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理吳偉章認(rèn)為，44億元合同意味著在未來(lái)幾年，哈電機(jī)的任務(wù)會(huì)比較飽滿。不過(guò)，哈電機(jī)的高層已經(jīng)意識(shí)到，要想繼續(xù)擴(kuò)張市場(chǎng)份額，贏得更多訂單，就必須向1000兆瓦巨型空冷水電機(jī)組等前沿技術(shù)挺進(jìn)。