中國儲能網訊：未來5年，我國將陸續(xù)建設荒溝、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企業(yè)已完全掌握抽水蓄能核心技術，并實現(xiàn)根本性跨越，使得國內市場的設備招標價格大幅下降，預計可為國家節(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開發(fā)，全面提高產品制造質量，用先進優(yōu)質機組助推國家電力裝備技術繼續(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發(fā)電，機組各項技術指標均優(yōu)于設計值。哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司（簡稱“哈電機”）以卓越的技術實力，完成了這臺具有完全自主知識產權的、國內單機容量最大的、447米高水頭的水泵水輪機研制，助推抽水蓄能機組國產化實現(xiàn)了又一次重大飛躍。投運當天，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，在日前招標的荒溝抽水蓄能項目中，哈電機在國內外6家同行企業(yè)參與的公開競標中，憑借國際領先的技術再度贏得用戶信任，將4臺30萬千瓦抽水蓄能機組全部收入囊中。而“分數(shù)極路比繞組”技術作為其中的重要研發(fā)成果之一，在填補了國內技術空白的同時，也成為塑造抽水蓄能高技術含量的又一“標尺”。
填補大型抽蓄機組技術“空白”
“創(chuàng)新是引領發(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公司董事長、黨委書記鄒磊如是說。哈電機積極貫徹集團公司發(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)內也稱之為“S區(qū)”和“駝峰區(qū)”，機組并網困難是公認的世界難題，以往的進口機組通常借助機械手段來實現(xiàn)機組并網，這樣不但結構復雜，機組振動大，而且會嚴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)化上取得重大技術突破，用水力設計方法解決了水泵水輪機不穩(wěn)定區(qū)并網難題，大大降低了機組的振動，提高了機組的安全可靠性，此項水力設計技術達到世界領先水平。
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、混流式水泵水輪機長短葉片轉輪等獨創(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，達到世界領先水平。
與常規(guī)水電機組相比，抽水蓄能發(fā)電電動機轉子運行轉速要高得多。在高轉速下，發(fā)電電動機轉子要頻繁地承受機組啟停、正反轉過程中交變負荷和沖擊負荷，對轉子的結構安全性是一個巨大考驗。
針對抽水蓄能機組轉速高的特點，哈電機集中精力，各個突破，開發(fā)出了高轉速向心式磁極絕緣托板結構，有效地阻止了可能出現(xiàn)的繞組接地情況的產生；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“三斜結構”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，進一步拓寬了雙向推力軸承的可選技術范圍。先進合理的結構，完全保證了機組結構性能的安全可靠。
自動控制系統(tǒng)是指揮、協(xié)調、控制電站的“中樞神經”。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)和調速器，牢牢掌握了核心技術，處于國內同行業(yè)領先地位。從旁觀學習到親自實踐，哈電機逐步掌握了大型抽水蓄能機組現(xiàn)場整體調試技術，打破了以往外方主導該領域的壟斷格局。
為了更加精準地做好研發(fā)工作，哈電機發(fā)明的水流量區(qū)精確測量和轉輪葉片初生空化聲學測試技術，突破了全特性過渡工況流量測量和初生空化準確判斷的瓶頸；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)字照片的內部流態(tài)觀察設備、PIV試驗臺技術……技術手段與試驗能力珠聯(lián)璧合，幫助我國抽水蓄能技術向著高尖端方向邁進。
“分數(shù)極路比繞組”技術即將登臺
“哈電機具有自主知識產權的分數(shù)極路比繞組技術研究，是非常有意義的一項水電技術創(chuàng)新，填補了國內該類技術的空白?！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、電壓和轉速不匹配的問題。為了兼顧其匹配性，設計水泵水輪機時，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，分數(shù)極路比繞組技術應運而生。
采用集眾多優(yōu)點于一身的分數(shù)極路比繞組關鍵技術制造的機組，不僅主保護方案簡單，占地面積小，而且電站系統(tǒng)技術經濟指標更高，除了能夠應用在類似的抽水蓄能機組中以外，而且可以推廣應用至常規(guī)的水火電產品中。這項技術即將應用于黑龍江省首座大型抽水蓄能電站──荒溝電站機組的設計制造中。
倒推十年，國內對于“分數(shù)極路比繞組”技術僅處于“聽聞”階段。為了掌握關鍵技術，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。為了快速準確地挑選出最佳方案，科研人員提出了分數(shù)極路比繞組的評價指標，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。在試驗樣機設計過程中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的磁極結構根本無法滿足電機的性能指標。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構。付出終有回報，試驗樣機制造完成，試驗結果驗證了設計的合理性，最終可以在真機上應用。
從2014年開始，哈電機便針對可變速抽水蓄能機組的關鍵技術進行攻關，通過不斷的探索、鉆研、實踐，使這項應用前景十分廣闊的抽水蓄能新技術落地生根。
仙居首臺機組經受住了考驗，背后是哈電人日復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輪和方案，還是敦化8個模型轉輪和一套模型裝置，精益求精的哈電人嚴格把控每一道關口。
躋身世界抽蓄技術領域“第一梯隊”
“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，產品不僅要做好，還要做精?！惫姍C董事長兼總經理邱希亮如是說。
上世紀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?。粏螜C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)條件相當艱苦，沒有相應的試驗設備，沒有抽水蓄能項目研發(fā)制造的業(yè)績，有的卻是技術人員的一腔熱血和“不達目標誓不罷休”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，引進了中型抽水蓄能機組水力設計成果和原型機關鍵設計技術，為大型抽水蓄能機組的研制工作奠定了一定的基礎；2003年開始，在國家發(fā)展改革委、國家能源局、科技部、國家電網公司、南方電網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，經歷“技術引進、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，實現(xiàn)了大型抽水蓄能機組的自主研制并在核心技術上取得突破。
2011年，由哈電機研制的我國首臺具有完全自主知識產權的大型抽水蓄能機組──響水澗抽水蓄能機組成功并網發(fā)電，機組無論是效率、壓力脈動還是空化等綜合特性指標均達到了國際先進水平。而早在響水澗轉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，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。
“哈電機真正具備了自主完成大容量、高轉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責人、哈電機大電機研究所副所長覃大清如是說,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，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)制造技術實力的最好肯定，標志著我國已經實現(xiàn)了抽水蓄能機組研發(fā)、設計、制造、安裝、調試的全面自主化。
半個多世紀以來，哈電機堅持不懈地致力于抽水蓄能機組的研發(fā)，從結合密云電站的參數(shù)進行模擬研發(fā)；到依托回龍、白山、青松等項目，引進中型抽水蓄能水力設計成果和原型機關鍵設計技術；再到寶泉、惠州、白蓮河項目“打捆招標”，以市場換技術，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研發(fā)設計制造體系，站在了世界抽水蓄能技術領域的前沿，推動著我國大型抽水蓄能機組研發(fā)、制造技術不斷走向更高、更強。
