抽水蓄能电站发电电动机国产化

赵政

【摘 要】本文基于发电电动机国产化的基本要求,从电机设计的特殊性出发,对推力轴承、通风设计等进行了论述,并针对发电电动机的特殊问题,进行了深刻的剖析. 【期刊名称】《大电机技术》 【年(卷),期】2010(000)001 【总页数】6页(P5-9,18)

【关键词】发电电动机;国产化;参数;结构 【作 者】赵政

【作者单位】中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,杭州,310014 【正文语种】中 文 【中图分类】TM312

随着我国上世纪80年始大力兴建抽水蓄能电站，近20年以来，已建成百万千瓦级抽水蓄能电站15座。根据水电装机规划发展目标，2020年，我国蓄能电站装机容量将达 50000 MW。届时，我国所建的蓄能电站不论从数量或装机容量，将超过日本，居世界第一位。我国已建、在建、拟建装机容量为600MW及以上的抽水蓄能电站参照表1。

2020年蓄能电站装机容量与现有蓄能电站装机容量比较表明，今后 10年抽水蓄能电站新建装机将达30000MW，其建设前景十分广阔。

为解决抽水蓄能机组的国产化问题，2003年4月，国家印发[2003]97号

文件《关于宝泉和惠州抽水蓄能电站机组统一招标及组织管理协调会议纪要的通知》指示，以河南宝泉和广东惠州两座抽水蓄能电站（后增补了白莲河）为依托工程，通过统一招标和技贸结合的方式，引进抽水蓄能电站机组设备设计和制造技术，逐步实现我国抽水蓄能电站机组设备制造的自主化。2004年，阿尔斯通公司中标抽水蓄能电站依托工程。

2005年5月8日，国家印发[2005]886号文件《关于抽水蓄能电站机组设备国产化后续工作安排会议纪要的通知》，为了支持技术转让受让方哈电（哈尔滨电机厂有限责任公司）和东电（东方电机有限公司）全面掌握、吸收和应用已经引进的技术，巩固技术引进的成果，实现抽水蓄能电站机组设备国产化目标，决定将辽宁蒲石河、桓仁、广东深圳、内蒙古呼和浩特、福建仙游和湖南黑糜峰抽水蓄能电站作为抽水蓄能电站机组设备国产化后续工作的依托项目，机组设备采用招议标方式在哈电和东电之间进行采购。

2006年12月，哈尔滨电机厂有限责任公司在北京签订了辽宁蒲石河电站4台300MW抽水蓄能机组采购合同。蒲石河项目由哈电作为主包方，法国阿尔斯通水电公司作为技术支持方/分包方。该项目将使哈电更加全面地吸收和应用已经引进的技术，取得承制巨型抽水蓄能机组的资质，标志着我国抽水蓄能机组国产化进程又迈出了重要一步。

2009年1月，哈尔滨电机厂有限责任公司在北京签订了安徽响水涧电站4台250MW抽水蓄能机组采购合同。响水涧项目成为哈电设计、制造大型抽水蓄能机组的第一个项目。

作为国内水电制造核心企业之一的东方电机股份有限公司也分包制造了惠州、白莲河各一整台300MW的发电电动机，并作为技术转让受让方，参与上述机组的联合设计、分包制造。在黑糜峰、呼和浩特300MW发电电动机项目中，东电为主包方，ALSTOM为技术支持方。

哈电、东电为国家两大发电设备支柱企业，研发能力强，水平高，装备齐全、加工能力及技术储备雄厚。特别是经过三峡电站的工程实践，在常规水电机组的设计、制造方面，哈电、东电已走在世界水电制造业的前列。

对于蓄能机组技术，经“打捆招标”的工程实践，已在人才储备、技术装备、计算程序、部分应用实例（打捆招标的后几台机）等方面取得了长足的进步。对于发电电动机，打捆招标引进的程序共7大项，39个子项。引进的程序内容如下： 1) 推力轴承和导轴承润滑、轴瓦及支撑件变形和循环冷却系统计算程序 2) 发电电动机通风系统和发热计算程序 3) 发电电动机电磁设计程序

4) 发电电动机主要结构件强度、刚度和振动计算程序 5) 发电电动机起动性能计算程序 6) 发电电动机运行工况转换分析计算程序 7) 二维电磁场计算

上述程序及技术已在惠州、宝泉、白莲河等电站机组设计、制造中应用。哈电、东电已基本掌握阿尔斯通的设计。 以下特点：

1）双向旋转，其通风设计、轴承设计独特；

2）起停频繁，产生交变热应力、机械应力。应注意绝缘、机械材料选取； 3）负荷陡增；

4）需有专用的起动设备。现大、中型发电电动机常用静止变频起动装置； 5）过渡过程复杂。

发电电动机采用的中心支撑推力轴承与常规水轮发电机采用的偏心支撑推力轴承相比在以下几方面存在特殊性：轴瓦倾斜度、最小油膜厚度、承载能力、瓦变形及变形度、压力比等。因此，发电电动机推力轴承设计中应考虑其独特性，并针对不同

容量-转速机组，合理选择推力轴承的支撑结构、冷却方式以及减小搅拌损耗的措施等。方案设计时还应考虑伞式、悬式结构的不同对推力轴承设计的影响。表2、表3分别为典型常规大容量水轮发电机及典型大容量发电电动机推力轴承主要技术数据。

对于发电电动机，与常规水轮发电机相比，具有

由于双向旋转，发电电动机通风设计独特。一方面应考虑双向设计的协调性，同时还应考虑转子自身的风扇作用产生必须的风量带走相应的损耗（注：美国巴德溪电站原采用磁轭径向通风后改为外加风机）。大容量高转速及特高转速发电电动机通风设计中还应考虑外加风机或磁轭径向通风方式对风摩损耗等的影响。表4、表5分别为典型常规大容量水轮发电机定子内圆表面单位损耗及典型大容量发电电动机定子内圆表面单位损耗。

我国在蓄能机组设计制造方面起步较晚，尚缺设计、制造经验，特别是各类机型设计与实际的比对，实测数据及工程实例较少。发电电动机有不少特殊的问题，如转速（如 272.7 r/min、 428.6r/min）的一些特殊问题、机组电气自振频率与尾水管压力脉动频率（DTPP）共振问题、大容量高转速机组推力轴承设计、通风设计、不对称绕组设计、低电压机组设计、半伞式机组使用范围拓宽、紧急工况转换、高转速机组轴系稳定和经济功率因数的选择等问题。我们应在已有经验的基础上，注意综合调试经验的积累、网机联系、首台机首次不同起动方式（发电或电动）的调试程序及经验积累，并注意与水泵水轮机设计、调试等的协调，统筹考虑机组的参数、结构设计，使之成为一个和谐体。

由于蓄能电站建设存在独特性及差异性，同一容量机组由于转速不同，机组设计差别很大。不同制造商基于其经验及设计惯例均有各自的设计特点。因此，对于后续电站的建设，应加强对国内已建、在建蓄能机组的分析研究，除了打捆招标的电站外，还应研究天荒坪和宜兴（GE设计）；十三陵、桐柏和琅琊山（VA TECH设

计）、张河湾、泰安（Fuji- Siemens设计）、广蓄II（西门子设计）、西龙池（三菱-东芝设计）等电站的发电电动机。对于上述电站发电电动机制造厂家（如GE、东芝、西门子、富士、VA TECH）的技术，应对其参数选择、结构选择、电磁计算、结构计算等进行归纳总结，分析其设计理念、材料选择、疲劳评估、安装及调试标准等，博采众长，为我所用（注：宝泉发电电动机定子已采用高等级的35H210矽钢片；泰安机组投标时有的厂家热负荷已取至4434.5 A2/cm mm2；天荒坪II电站发电电动机技术交流时有的厂家提供机组的出力系数已达14（水冷）），并对已投运电站进行调研，了解发电电动机运行情况，对已建电站机组资料汇总、分析、整理，有针对性地解决实际问题。

经过多个蓄能电站的工程实践，我们已在设计理念、设计原则、设计方法和调试等方面具有开拓性的进展，已为电机标准的修订打下了坚实的基础。应注意有限元法的采用对应力取值范围、疲劳评估标准、振动标准、镜板硬度、试验标准、冷却水温等的修订。

随着机组设备国产化进程的进一步加速，想必在不久的将来，相继投运的抽水蓄能电站中将有许多我国开发和设计制造的发电电动机。从表1可以看出，今后10年，基本为300MW级的蓄能机组。有一些电站机组单机容量已达 350MW、375 MW 或400MW，发电电动机设计及制造具有一定挑战性。随着电网结构及需求的变化，必将出现我国开发和设计制造的可变速机组，500MVA-500r/min级发电电动机的出现也不再遥远。