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东方电机：引领三峡水电“中国创造” |
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| http://cn.newmaker.com
12/31/2008 12:51:00 PM
中国工业报
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 12月2日，中国水电发展史上新的里程碑诞生，东方电气集团东方电机有限公司（以下简称东方电机）研制的三峡右岸电站最后一台机组———15号机组通过三峡工程右岸电站机组启动验收委员会的验收。中国长江三峡工程开发总公司总经理、三峡工程右岸电站机组启动验收委员会主任李永安表示，右岸机组全部通过验收，是机组国产化过程的阶段性成果；三峡工程机电设备的国产化，对于引进、消化吸收、再创新具有很好的示范作用。15号机组通过验收，还意味着三峡工程左右岸电站26台700兆瓦机组全部通过验收。至此，三峡电站装机容量达到1.82万兆瓦，自首批机组投产发电以来，三峡电站共发电2836亿千瓦时。
三峡左岸：初试牛刀
三峡机组是全球容量最大、直径最大、重量最重的机组，其设计和制造难度对世界著名的制造商也具有很大挑战。在实施三峡工程左岸项目时，有关方面提出了主承包方必须是有巨型水电机组制造经验的大型企业。国家实施的“以市场换技术”战略，为东方电机的三峡机组技术引进与分包制造创造了历史性的发展机遇。1997年，在国家有关部门和中国长江三峡工程开发总公司的支持下，东方电机获得了引进国外先进技术并分包制造单机容量700兆瓦三峡左岸水电机组的合同。
东方电机经过三峡左岸机组5年的技术引进和消化吸收以及潜心攻关，实现了三峡机组定子、转子绕组绝缘材料的国产化以及制造的本地化，并取得VGS联合体承制的6台左岸水电机组中2.5台份的分包制造，全面掌握了700兆瓦级大型水轮发电机组的开发、设计和制造技术，大大提高了东方电机的技术水平；实现了发电机绝缘技术的突破和自主化，电压20千伏、主绝缘工作场强2.51千伏/毫米，实现了多胶模压线棒全面达到国外VPI少胶绝缘体系先进性能指标；叶片数控加工、转轮等大部件焊接、主轴窄间隙焊接、转轮等大部件加工工艺技术都在这一时期发展起来，具备了立足国内自主研制700兆瓦级巨型水电机组的能力和条件。
东方电机总经理韩志桥指出，虽然国外公司在左岸电站项目中占据了“大头”，但通过参与制造三峡左岸，我们掌握了机组的核心技术，推动了技术创新，实现了水电单机容量从300兆瓦到700兆瓦的历史性跨越，分包制造的三峡左岸水电机组质量精良，为三峡左岸水电机组提前一年发电做出了贡献。
转轮是水轮发电机组的“心脏”，其性能的优劣直接影响到水轮机的效率、空化性能和压力脉动。国外多家知名发电设备商经过多年研究推出的三峡左岸转轮虽然效率达到了要求，但由于电站运行水头变化大，压力脉动不甚理想，且之前中国从国外引进的小浪底、大朝山等水电站水轮机转轮都出现了“卡门涡”问题，国务院三峡质量检查组给国务院写信，建议三峡右岸机组待左岸机组转轮问题解决之后再招标。国务院三峡办紧急召集国内水力专家进行了多次研讨，提出在三峡右岸开发性能优于左岸的转轮。时年36岁、东方电机最年轻的水力设计总设计师石清华接受了这项世界水力研究界最具有挑战性的研究任务。
石清华在消化吸收国外公司流体计算软件的基础上，又进行了二次开发和创新，创建了具有中国特色的集水轮机转轮水力设计、流态分析和性能预测于一体的水力开发软件系统。在试验台上对国外公司的三峡转轮进行了复核试验，在对压力脉动高的区域进行模拟分析的基础上，利用自行开发的软件系统和多年来积累的水力设计经验，对三峡右岸转轮进行了水力优化设计，优化了水轮机各过流部件。
经过几轮试验，新开发的转轮压力脉动已明显优于国外的三峡左岸转轮，水轮机水力稳定性有了实质性突破，自主开发出了比左岸国外机组性能更优越的转轮核心技术，完全消除了困扰国内外水轮机行业的特殊压力脉动问题，为国内企业赢得了与跨国公司同台试验对比水轮机模型的资格，激发了国内外同行对三峡右岸机组新一轮转轮优化的竞争开发。
在中国水利水电科学研究院试验台与国际著名公司进行的三峡右岸模型水轮机同台对比试验中，东方电机最终以自主开发的、达到世界先进水平的转轮赢得了三峡右岸4台机组的自主研制合同，中国发电设备制造企业没有资格自主研制巨型机组的历史在东方电机手中得以改写。
三峡右岸：突破两项尖端技术
在三峡右岸转轮取得突破的同时，东方电机通过对右岸发电机电磁方案进行优化改进，解决了三峡左、右岸VGS发电机振动噪音问题，又取得三峡右岸发电机关键技术的突破。
东方电机的“洋师傅”VGS集团的三峡发电机左、右岸方案存在较大缺陷。发电机设计出身的东方电机副总经理、总工程师贺建华通过缜密分析和论证，制定了详细的改进方案。结构及安装工艺改进方案的实施，达到了降低低频振动近50%的效果，振动改进方案的实施，将引起电磁振动的激振分数次谐波幅值削弱达90%，基本消除了定子铁芯的100赫兹工频振动，同时使发电机噪音大幅下降，达到优良指标。10月30日，以三峡右岸电站最后一台机组正式并网发电为标志，东方电机研制的4台三峡右岸机组全部投入运行，各方面性能达到国际水准，并且很多参数指标领先其他厂家。尤其是15号机组各部位振动噪音数据创下了三峡右岸机组最好记录，机组摆度也达到了国产机组最好水平。
东方电机在研制三峡右岸机组中取得了两项国际尖端关键技术的突破———自主开发出比左岸国外机组性能更优越、完全消除了困扰国内外水轮机行业的特殊压力脉动问题的右岸转轮；解决了三峡左、右岸发电机中存在的振动噪音问题，提升了国际发电设备行业的技术水平，为三峡项目之后的近百台巨型水电机组的开发奠定了坚实的技术基础，对我国能源工业的发展和安全具有重大意义。行业专家一致认为：“三峡机组技术引进的再创新是我国重大装备行业技术引进最成功的典范”。
12月8~10日，中国长江三峡工程开发总公司组织召开的三峡电站水轮发电机组性能评审会认为，经过国内多年的研究和科技攻关，三峡电站机组设计制造由左岸电站以国外厂商为主、国内厂商分包制造，到右岸电站国内厂商独立设计制造其中的8台机组（其中东电4台、哈电4台），走出了一条技术引进、消化吸收、再创新的成功之路，实现了700兆瓦级水轮发电机组的国产化。国产三峡机组在水力设计、电磁设计、冷却方式、绝缘技术等方面达到了国际同等水平，三峡右岸电站机组总体性能优于左岸电站机组。
蒸发冷却“引领”天下
东方电机以三峡左岸电站水轮机技术引进为契机，完整构建和全面提升了水轮机水力设计、流体动力分析、水轮机和发电机模型测试技术的硬软件平台，培养了新一代设计人员，采用新的设计理念和设计方法，在消化吸收引进技术再创新上下功夫，实现了跨越式的飞跃。短短几年内，陆续在巨型混流式、大型轴流转桨式和大型贯流式水电机组开发中取得重大突破，技术开发达到了世界先进水平。
大容量发电机采用何种冷却方式是发电机设计、制造中的重大问题，也是制约大型发电机发展的主要因素。随着发电机容量的增大，电机各部分的损耗也明显增加。因此，改进电机的冷却，有效带走各种损耗所产生的热量，降低电机各部分温升，是设计、制造大容量发电机的一个重要课题。
为了适应自主研制大型水轮发电机的需要，建立起我国拥有自主知识产权的大型水轮发电机冷却技术体系势在必行。多年来，东方电机在大型水轮发电机的冷却技术上与中科院电工所等单位合作研发了具有自主知识产权的蒸发冷却水轮发电机技术，研制的云南大寨10兆瓦蒸发冷却水轮发电机、陕西安康50兆瓦蒸发冷却水轮发电机和青海李家峡400兆瓦蒸发冷却发电机皆获得国家科技进步二等奖。蒸发冷却技术与国外一些公司的水冷却发电机技术相比，无论在技术上，还是安全可靠性以及操作维护等方面都有它独特的优点，而且还能突破空冷发电机设计制造的极限容量，充分体现出该技术的先进性。
如果把转轮比为水轮发电机组的“心脏”的话，那线圈绝对是水轮发电机组的“血管”。在成功建设三峡左岸电站700兆瓦水轮发电机蒸发冷却改造试验台，完成系统的试验研究基础上，东方电机又针对三峡地下厂房电站700兆瓦水轮发电机建设了1:1蒸发冷却模拟试验台，进行真机结构的工业试验，确保先进和可靠的“中国血管”装备三峡地下厂房机组。
目前，东方电机以独特的技术优势承接的三峡地下厂房电站两台700兆瓦蒸发冷却机组的技术准备工作已经完成，正在进行制造。2010年，东方电机创造的世界最大的700兆瓦蒸发冷却机组又将装备长江三峡。在实现火电和核电单机1000兆瓦目标后，东方电机又瞄准了中国水电设备业自主发展的新目标———单机1000兆瓦巨型水电的研发(图为三峡发电机转子吊装就位资料图)。
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