【編者按】

未來5年，我國將陸續(xù)建設(shè)荒溝、陽江、長龍山、文登、天池等一大批抽水蓄能電站，以哈電機為代表的國內(nèi)企業(yè)已完全掌握抽水蓄能核心技術(shù)，并實現(xiàn)根本性跨越，使得國內(nèi)市場的設(shè)備招標(biāo)價格大幅下降，預(yù)計可為國家節(jié)省上百億元資金。在機遇與挑戰(zhàn)面前，哈電機將不斷加快技術(shù)開發(fā)，全面提高產(chǎn)品制造質(zhì)量，用先進(jìn)優(yōu)質(zhì)機組助推國家電力裝備技術(shù)繼續(xù)保持世界高端地位。

4月12日，我國單機容量最大（37.5萬千瓦）的抽水蓄能電站機組──浙江仙居電站首臺機組成功并網(wǎng)發(fā)電，機組各項技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計值。哈電集團(tuán)哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司（簡稱“哈電機”）以卓越的技術(shù)實力，完成了這臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的、國內(nèi)單機容量最大的、447米高水頭的水泵水輪機研制，助推抽水蓄能機組國產(chǎn)化實現(xiàn)了又一次重大飛躍。投運當(dāng)天，業(yè)主做了一個簡單直觀的實驗，將3枚硬幣立于高速旋轉(zhuǎn)的機組蓋板上，硬幣居然挺立未倒，再次證明了機組運行的高穩(wěn)定性。

無獨有偶，在日前招標(biāo)的荒溝抽水蓄能項目中，哈電機在國內(nèi)外6家同行企業(yè)參與的公開競標(biāo)中，憑借國際領(lǐng)先的技術(shù)再度贏得用戶信任，將4臺30萬千瓦抽水蓄能機組全部收入囊中。而“分?jǐn)?shù)極路比繞組”技術(shù)作為其中的重要研發(fā)成果之一，在填補了國內(nèi)技術(shù)空白的同時，也成為塑造抽水蓄能高技術(shù)含量的又一“標(biāo)尺”。

填補大型抽蓄機組技術(shù)“空白”

【核心閱讀】

“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，創(chuàng)新興則企業(yè)興、創(chuàng)新強則企業(yè)強、創(chuàng)新久則企業(yè)持續(xù)強盛?！惫娂瘓F(tuán)公司董事長、黨委書記鄒磊如是說。哈電機積極貫徹集團(tuán)公司發(fā)展戰(zhàn)略，依托國家科技支撐計劃、企業(yè)三年科技趕超計劃等，一次次刷新著行業(yè)紀(jì)錄。

抽水蓄能機組的主要研發(fā)難點集中在效率與穩(wěn)定性同時兼顧的問題上，尤其是水力穩(wěn)定性更是難中之難。在水泵水輪機運行不穩(wěn)定區(qū)，業(yè)內(nèi)也稱之為“S區(qū)”和“駝峰區(qū)”，機組并網(wǎng)困難是公認(rèn)的世界難題，以往的進(jìn)口機組通常借助機械手段來實現(xiàn)機組并網(wǎng)，這樣不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機組振動大，而且會嚴(yán)重影響機組的運行壽命和安全可靠性。哈電機打破了傳統(tǒng)的機械思維方式，從水力設(shè)計的角度入手，在“S區(qū)”和“駝峰區(qū)”優(yōu)化上取得重大技術(shù)突破，用水力設(shè)計方法解決了水泵水輪機不穩(wěn)定區(qū)并網(wǎng)難題，大大降低了機組的振動，提高了機組的安全可靠性，此項水力設(shè)計技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

此外，研究人員還研發(fā)出降低水泵水輪機無葉區(qū)壓力脈動幅值技術(shù)、混流式水泵水輪機長短葉片轉(zhuǎn)輪等獨創(chuàng)成果，為水泵水輪機水力穩(wěn)定性和效率的雙向提高增加砝碼，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

與常規(guī)水電機組相比，抽水蓄能發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子運行轉(zhuǎn)速要高得多。在高轉(zhuǎn)速下，發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子要頻繁地承受機組啟停、正反轉(zhuǎn)過程中交變負(fù)荷和沖擊負(fù)荷，對轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)安全性是一個巨大考驗。

針對抽水蓄能機組轉(zhuǎn)速高的特點，哈電機集中精力，各個突破，開發(fā)出了高轉(zhuǎn)速向心式磁極絕緣托板結(jié)構(gòu)，有效地阻止了可能出現(xiàn)的繞組接地情況的產(chǎn)生；提出了新的端點迭代法，有效解決了傳統(tǒng)的端點迭代法在確定同步電機大功角穩(wěn)態(tài)運行工況過程中收斂慢甚至不收斂的問題；采用“三斜結(jié)構(gòu)”的可逆式同步發(fā)電電動機，具有半傘式密閉、自循環(huán)、全空氣冷卻、三相凸極等特點。

與此同時，哈電機還建立了功能強大的雙向推力軸承試驗臺，實現(xiàn)了真機全模擬發(fā)電電動機工況的試驗，開發(fā)出了適用于抽水蓄能機組的雙向彈性金屬塑料瓦推力軸承，進(jìn)一步拓寬了雙向推力軸承的可選技術(shù)范圍。先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)，完全保證了機組結(jié)構(gòu)性能的安全可靠。

自動控制系統(tǒng)是指揮、協(xié)調(diào)、控制電站的“中樞神經(jīng)”。通過不懈努力，哈電機早已研制出了適用于大型抽水蓄能機組的智能數(shù)字式勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器，牢牢掌握了核心技術(shù)，處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先地位。從旁觀學(xué)習(xí)到親自實踐，哈電機逐步掌握了大型抽水蓄能機組現(xiàn)場整體調(diào)試技術(shù)，打破了以往外方主導(dǎo)該領(lǐng)域的壟斷格局。

為了更加精準(zhǔn)地做好研發(fā)工作，哈電機發(fā)明的水流量區(qū)精確測量和轉(zhuǎn)輪葉片初生空化聲學(xué)測試技術(shù)，突破了全特性過渡工況流量測量和初生空化準(zhǔn)確判斷的瓶頸；建成了高精度水泵水輪機全特性雙向水力試驗臺，研發(fā)出每秒鐘拍攝50幀高清數(shù)字照片的內(nèi)部流態(tài)觀察設(shè)備、PIV試驗臺技術(shù)……技術(shù)手段與試驗?zāi)芰χ槁?lián)璧合，幫助我國抽水蓄能技術(shù)向著高尖端方向邁進(jìn)。

“分?jǐn)?shù)極路比繞組”技術(shù)即將登臺

【核心閱讀】

“哈電機具有自主知識產(chǎn)權(quán)的分?jǐn)?shù)極路比繞組技術(shù)研究，是非常有意義的一項水電技術(shù)創(chuàng)新，填補了國內(nèi)該類技術(shù)的空白?！敝袊こ淘涸菏繌堄聜鬟@樣評價。

隨著抽水蓄能機組容量的不斷增加，常出現(xiàn)容量、電壓和轉(zhuǎn)速不匹配的問題。為了兼顧其匹配性，設(shè)計水泵水輪機時，不得不退而求其次，放棄水力性能優(yōu)越的轉(zhuǎn)速。若要解決這一矛盾，就必須采用新的定子繞組連接方式。于是，分?jǐn)?shù)極路比繞組技術(shù)應(yīng)運而生。

采用集眾多優(yōu)點于一身的分?jǐn)?shù)極路比繞組關(guān)鍵技術(shù)制造的機組，不僅主保護(hù)方案簡單，占地面積小，而且電站系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更高，除了能夠應(yīng)用在類似的抽水蓄能機組中以外，而且可以推廣應(yīng)用至常規(guī)的水火電產(chǎn)品中。這項技術(shù)即將應(yīng)用于黑龍江省首座大型抽水蓄能電站──荒溝電站機組的設(shè)計制造中。

倒推十年，國內(nèi)對于“分?jǐn)?shù)極路比繞組”技術(shù)僅處于“聽聞”階段。為了掌握關(guān)鍵技術(shù)，哈電機科研人員在最初的兩年時間里，嘗試了上百種繞組連接方案，遺憾的是，沒有一種方案能夠適用于實際的生產(chǎn)制造工藝?？蒲腥藛T想盡了所有繞組接線的可能性，繪制了上千種繞組接線圖。為了快速準(zhǔn)確地挑選出最佳方案，科研人員提出了分?jǐn)?shù)極路比繞組的評價指標(biāo)，又是一個“兩年”過去了，終于選出了最佳的繞組排列方案，并開發(fā)出了相關(guān)的程序。

將理論付諸實踐，新問題再度擺在面前。在試驗樣機設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的磁極結(jié)構(gòu)根本無法滿足電機的性能指標(biāo)。問題如何破解？科研人員沒有放棄，他們繼續(xù)研究、分析，再次提出了新的磁極結(jié)構(gòu)。付出終有回報，試驗樣機制造完成，試驗結(jié)果驗證了設(shè)計的合理性，最終可以在真機上應(yīng)用。

從2014年開始，哈電機便針對可變速抽水蓄能機組的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，通過不斷的探索、鉆研、實踐，使這項應(yīng)用前景十分廣闊的抽水蓄能新技術(shù)落地生根。

仙居首臺機組經(jīng)受住了考驗，背后是哈電人日復(fù)一日的不斷嘗試和探索。單機容量35萬千瓦機組順利安裝在700米水頭段的敦化抽水蓄能電站，背后是哈電人“不將問題解決誓不罷休”的信念，無論是仙居13個得來不易的模型轉(zhuǎn)輪和方案，還是敦化8個模型轉(zhuǎn)輪和一套模型裝置，精益求精的哈電人嚴(yán)格把控每一道關(guān)口。

躋身世界抽蓄技術(shù)領(lǐng)域“第一梯隊”

【核心閱讀】

“研發(fā)要跟得上市場的腳步，市場需要什么，我們就開發(fā)什么。競爭是全方位的，產(chǎn)品不僅要做好，還要做精。”哈電機董事長兼總經(jīng)理邱希亮如是說。

上世紀(jì)60年代，哈電機便開始了抽水蓄能模型研發(fā)的“圓夢之旅”。從低水頭起步，向高水頭發(fā)展，100米、200米、300米、500米，直至700米水頭段的水泵水輪機水力研究，一步一個腳印；單機容量從6萬千瓦、20萬千瓦、30萬千瓦、35萬千瓦，直至目前國內(nèi)單機容量最大的37.5萬千瓦，步步鏗鏘有力。最初的幾十年里，研發(fā)條件相當(dāng)艱苦，沒有相應(yīng)的試驗設(shè)備，沒有抽水蓄能項目研發(fā)制造的業(yè)績，有的卻是技術(shù)人員的一腔熱血和“不達(dá)目標(biāo)誓不罷休”的實干精神。

2001年，通過回龍、白山、青松等項目，哈電機與國際公司合作，引進(jìn)了中型抽水蓄能機組水力設(shè)計成果和原型機關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，為大型抽水蓄能機組的研制工作奠定了一定的基礎(chǔ)；2003年開始，在國家發(fā)展改革委、國家能源局、科技部、國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司等國家部門和業(yè)主單位的大力支持下，哈電機開始了大型抽水蓄能機組的自主化研制之路，經(jīng)歷“技術(shù)引進(jìn)、掌握優(yōu)化、自主創(chuàng)新”三個階段，依托寶泉、白蓮河、蒲石河、響水澗等抽水蓄能電站的建設(shè)，實現(xiàn)了大型抽水蓄能機組的自主研制并在核心技術(shù)上取得突破。

2011年，由哈電機研制的我國首臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型抽水蓄能機組──響水澗抽水蓄能機組成功并網(wǎng)發(fā)電，機組無論是效率、壓力脈動還是空化等綜合特性指標(biāo)均達(dá)到了國際先進(jìn)水平。而早在響水澗轉(zhuǎn)輪模型同臺對比試驗之后，哈電機便以優(yōu)異的機組綜合性能指標(biāo)，一舉奪得300米水頭段的溧陽、500米水頭段的仙居抽水蓄能兩個項目的研發(fā)制造權(quán)。

“哈電機真正具備了自主完成大容量、高轉(zhuǎn)速抽水蓄能機組的研制能力，打破了國外壟斷。”國家科技支撐計劃負(fù)責(zé)人如是說,但求木之長，必固其根本，哈電機必須通過自主創(chuàng)新掌握核心技術(shù)，解決國外企業(yè)沒有解決的難題。

從抽水蓄能項目被納入國家科技支撐計劃，到依托項目開展研發(fā)制造，再到機組陸續(xù)投入商業(yè)運行，歷時將近5年的時間，哈電機在水泵水輪機、發(fā)電電動機、控制系統(tǒng)裝置及系統(tǒng)集成技術(shù)等方面取得了重大創(chuàng)新成果，獲得國家發(fā)明專利6項，獲得省部級科技進(jìn)步獎3項。而運行性能始終穩(wěn)定如一的蒲石河、響水澗抽水蓄能機組，是對哈電機研發(fā)制造技術(shù)實力的最好肯定，標(biāo)志著我國已經(jīng)實現(xiàn)了抽水蓄能機組研發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試的全面自主化。

半個多世紀(jì)以來，哈電機堅持不懈地致力于抽水蓄能機組的研發(fā)，從結(jié)合密云電站的參數(shù)進(jìn)行模擬研發(fā)；到依托回龍、白山、青松等項目，引進(jìn)中型抽水蓄能水力設(shè)計成果和原型機關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)；再到寶泉、惠州、白蓮河項目“打捆招標(biāo)”，以市場換技術(shù)，直至2010年抽水蓄能項目研制被納入國家科技支撐計劃……哈電人在探索中前行，在實戰(zhàn)中超越，參與研發(fā)制造了10余座電站的數(shù)十臺機組，逐步建成了一套我國獨有的抽水蓄能機組技術(shù)研發(fā)設(shè)計制造體系，站在了世界抽水蓄能技術(shù)領(lǐng)域的前沿，推動著我國大型抽水蓄能機組研發(fā)、制造技術(shù)不斷走向更高、更強。