哈電機沖擊空冷水輪發電制高點

　　電廠人員正在查看哈電機制造的三峽右岸23號機運行情況。

　　9月29日，哈爾濱電機廠有限責任公司（簡稱哈電機）與廣東樂昌水利樞紐工程管理局簽約3臺單機容量44兆瓦的空冷水輪發電機組合同，合同額達1.33億元。由于受金融危機影響，今年國家水電立項較少，各大發電設備制造公司都將目光集中到該機組上，使得競爭異常激烈。哈電機不僅拿下了此項合同，更是在大容量空冷水電機組方面一枝獨秀。截止目前，已簽訂59臺600兆瓦級以上大型空冷水電機組合同，并且率先開始了1000兆瓦空冷水電機組的項目研究。

　　沖擊1000兆瓦空冷水電機組

　　《中國能源報》記者從哈電機了解到，早在2007年，哈電機與國家科技部簽定了國家科技支撐計劃項目1000兆瓦水力發電機組研究，目前正在進行方案計算；2008年又與三峽總公司簽定了金沙江水電工程特殊專項科研項目合同，以金沙江烏東德、白鶴灘電站為依托，哈電機進入了百萬水電的科研階段，合同中的3個子項計劃于近期完成。

　　業界公認，對于600兆瓦級以上的大型水輪發電機，使用全空冷存在很多技術障礙，從而大多采用半水冷設計和制造技術。因此，制造1000兆瓦級全空冷水輪發電機更是名符其實的世界性難題。

　　據了解，全空冷巨型水輪發電機主要技術難點是空氣對電機的冷卻效果和冷卻均勻性，如何避免不均勻冷卻導致的結構部件熱脹變形，以及由于冷卻效果差引發的溫升超標，這是世界性的難題。為了解決這一難題，必須對全空冷電機的電磁計算、結構、通風冷卻系統及絕緣系統等進行整體協調設計和優化創新。哈電機在成功研發700兆瓦全空冷水輪發電機的基礎上，正在向1000兆瓦級全空冷水輪發電機所遇到的難題做出新的努力。

　　引進吸收更新研發理念

　　目前，大型水輪發電機的冷卻方式主要有全空冷、半水冷和蒸發冷卻3種。空氣冷卻作為水輪發電機最早的冷卻方式，具有結構簡單、運行可靠、維護簡便、運行成本低等優點。但隨著電機容量的增大，冷卻方式也有了改變。電機界通常以“每極容量”作為衡量和選擇發電機冷卻方式的指標，認為600兆伏安級以上的水輪發電機，“每極容量”達到約9000千伏安／極以上時，均應采用半水冷方式進行冷卻。這樣，隨著發電機的容量越做越大，半水冷的冷卻方式漸漸地代替了空氣冷卻。

　　“不過，采用半水冷的水輪發電機也暴露出很多的弊病，如接頭漏水容易將電機燒毀等。通過對多家采用水冷卻的電站進行跟蹤，我們認為半水冷這種冷卻方式不是最好的。”哈電機的相關人士介紹說。于是哈電機的專家們開始考慮，如何將結構簡單、便于維護的空氣冷卻系統應用到大容量的機組上。從上個世紀70年代劉家峽的建設，到巖灘機組的投運，哈電機對300兆瓦以內的全空冷機組進行了比較深入細致的研究。

　　哈電機的老專家說：“當時認為風量越大越好，在很小的機組中也加有很多的風扇，用以降溫。但機組制造出來后，存在著通風損耗大、效率低、風量不均勻等缺點。后來通過與世界先進的電機制造公司進行合作和交流時發現，他們在設計全空冷機組時，不是片面地追求大風量，而是追求合理適宜的總風量，并且風量分配和風速都要均勻。”這使哈電機的科研人員受到啟迪，他們對空冷水輪發電機的設計理念漸漸改變了。

　　哈電機通過與世界先進的公司進行廣泛地技術交流，加快了通風冷卻技術更新與進步的腳步。與德國西門子公司合作，學習掌握了計算水輪發電機通風發熱的“相似推導法”。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的設計發電機技術，使自己研發實力明顯增強。這也使哈電機的設計理念由粗放轉向更精細、更合理、更科學。在消化吸收的同時，開始不斷創新，自己研發新產品；對計算軟件進行升級，提高計算能力；進行各種試驗，掌握大量真實的數據；派優秀的工作人員對各電站進行跟蹤，及時掌握第一手數據，這些工作為巨型全空冷水輪發電機的設計制造成功奠定了堅實的基礎。

　　“原來為了提高冷卻效果，加大風量，增加風扇，但風扇的增多沒有達到設計者們預想的效果，問題在哪呢？通過計算和在電站進行實測，終于發現不使用風扇，也可達到冷卻的目的，并且效果更好。”哈電機的科研人員說。就這樣，哈電機在不斷的探索中，在大型全空冷機組的道路上前進。

　　利用大型工程促進技術成熟

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

　　據介紹，龍灘電站700兆瓦機組在國內招標，選擇冷卻方式時，業主曾多次組織國內設計、制造、運行等方面的專家召開咨詢會議。會上，一部分專家支持全空冷，一部分支持采用半水冷。哈電機專家認為，龍灘是地下廠房，采用全空冷機組可以減少地下廠房的挖掘。他們提出了詳實的論證方案，最終該方案得到了龍灘公司和評標專家的認可。為了更好地驗證全空冷機組的可行性，哈電機做了1臺和真機比例為1：5的通風模型，進行模擬試驗。模型的運轉證明了哈電機的實力，阿爾斯通的專家認為他們制作的通風模型的技術已經達到了世界先進水平。

　　三峽工程右岸756兆瓦水輪發電機招標時，冷卻方式又成為技術論證中的一個關鍵課題。當時世界上投入運行的大于600兆瓦的水輪發電機有54臺，80%是采用定子水內冷的半水冷發電機，只有日立公司設計的10臺610兆瓦最大出力805兆瓦的委內瑞拉古里水電站采用全空冷發電機。三峽左岸14臺機組招標文件中規定發電機采用半水冷或全空冷，但是中標的ABB和西門子都是采用半水冷發電機。哈電機沒有放棄空冷技術夢想，他們在三峽右岸機組投標時選用全空冷的新設計得到了用戶的認可。最終三峽總公司選定哈電機在三峽右岸4臺發電機上采用全空冷冷卻方式，而東電公司承制的4臺水輪發電機和ALSTOM公司承制的4臺水輪發電機依然采用半水冷的冷卻方式。

　　憑借著技術優勢，去年8月底，哈電機又獲得了單機容量為770兆瓦的溪洛渡左岸6臺水電機組和單機容量為800兆瓦的向家壩左岸4臺機組，共計44.27億元的水電合同。這兩個電站機組均為混流式機組，將全部采用全空冷技術。哈電機董事長兼總經理吳偉章認為，44億元合同意味著在未來幾年，哈電機的任務會比較飽滿。不過，哈電機的高層已經意識到，要想繼續擴張市場份額，贏得更多訂單，就必須向1000兆瓦巨型空冷水電機組等前沿技術挺進。