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国际最大水轮机——三峡70万千瓦水轮机组研发概略(上)

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发布时间:2023-07-19 14:44:16
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  三峡水电站是现在国际最大的水电站,这儿装置着国际最大的水轮发电机组。在三峡泄洪坝两边底部的水电站厂房内,共装置有32台70万千瓦级水轮发电机组;其间左岸厂房14台,右岸厂房12台,右岸地下厂房6台,别的还有2台5万千瓦的电源机组,总装机容量2250万千瓦;适当于20座百万千瓦级核电站,比巴西伊泰普水电站多了850万千瓦。左岸厂房和右岸厂房已建成投产的26台机组,日均发电量3.3亿度,满负荷运转可达4亿度,年发电量近1000亿度,约占全国发电量的33分之一。

  三峡水电站装置的32台70万千瓦水轮机组是现在国际上出力最大、尺度最大的混流式水轮发电机组。大型水轮发电机组是水电站中心设备,也是制作难度最高的顶尖工业产品之一,触及很多杂乱加工技能。长期以来,中心技能一向为少量发达国家所独占。

  在1996年三峡左岸14台机组投标前,全国际已建成的70万千瓦水机组仅有21台,别离坐落美国大古力(Grand Coulee)水电站和巴西伊泰普(Itaipu)水电站。1970时代,加拿大通用电气公司(GE Canada)和美国阿里斯-查尔摩斯公司,为其时国际最大的水电站——美国大古力水电站第三厂房制作了3台70万千瓦水轮发电机,这三台机组本来依照60万千瓦水轮机规划,后来改善了水轮机转轮,使转轮直径扩大到9.23米。首台机组于1978年4月建成投产,成为国际榜首台额外出力到达70万千瓦的水轮发电机组。

  1980时代,法国阿尔斯通、瑞士ABB、德国Voith以及加拿大通用电气、德国西门子等企业,共同为巴西和巴拉圭两国合建的伊泰普水电站,制作了18台两种标准的70万千瓦水轮机组,连续于1984年5月至1991年5月间投产发电,使其一跃成为其时国际最大的水电站。2001年,伊泰普水电站又在预留机坑方位扩建2台70万机组,使装机总量从1260万千瓦增加到1400万千瓦。

  水轮机由古代的水轮、水车演化而来,其作业流程为上游水库中的水经大坝引水管,流入坝体下方发电厂房的蜗壳、导水组织及水轮机转轮中,将势能转化为推进转轮叶片旋转的动能。转轮经过主轴与发电机转子联轴,带动转子旋转并切开发电机定子磁力线圈,运用电磁感应原理在发电机线圈中发生高压电,再经过变压器升压经过输电线路将电力输出到电网中。水轮机中作完功的水则经过大坝尾水管排向下流。

  水轮机按作业方式可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。反击式水轮机又可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。三峡电站选用的混流式机组是运用最广泛的一种。1827年法国工程师B.富尔内隆制成6马力的反击式水轮机,1849年经美国工程师J.B.弗朗西斯规划改善,形成了现代混流式水轮机,故称为弗朗西斯水轮机。1850年呈现冲击式水轮机。1880年美国工程师L.A.佩尔顿取得水斗型冲击式水轮机的专利,世人称之为佩尔顿水轮机。1912年奥地利工程师V.卡普兰规划出榜首台转桨轴流式水轮机,被称为卡普兰水轮机。到20世纪40-50时代又相继呈现贯流式和斜流式水轮机,一起水轮机又开展为水泵水轮机,应用于抽水蓄能电站。跟着二战后水电开发的开展,水轮机的功能和结构日趋完善,功率有了大幅进步。

  美国大古力水电站第三厂房745MW水轮机转轮吊装时的相片,该转轮直径9.23米。

  三峡工程作为超大型水电工程,其水轮机组功能好坏是影响工程效益的要害所在。自孙中山先生提议开端,三峡工程阅历了绵长的进程,水轮机组规划方案也再三改变。1944年5月,民国政府约请美国垦务局总工程师萨凡奇博士来华查勘三峡,在其编撰的《扬子江三峡方案开端陈述》中提出装置96台11万千瓦水轮机组用于发电,装机总量1056万千瓦。可其时接近溃散的国民经济,底子无力支撑这样巨大的工程。1947年5月,政府明令间断了三峡水力发电方案。

  1956年,在是否兴修三峡工程大争论中,长江水利委员会设定的单机装机容量进步到了30-40万千瓦。1984年4月,国务院检查的三峡150米低坝方案,方案装置26台50万千瓦机组,装机容量1300万千瓦。到1989年3月,长江水利委员会从头编制的175米方案,方案装置26台68万千瓦机组,装机容量进步到1768万千瓦。其时美国大古力电站70万千瓦机组现已运转,巴西伊泰普18台70万千瓦机组也连续投入运转。因而到1993年7月,国务院三峡工程建造委员会决议将单台机组额外容量由68万千瓦增加到70万千瓦,总装机容量进步到1820万千瓦。2008年9月,又获批在三峡右岸白岩尖地下厂房增设6台70万千瓦机组和2台5万千瓦电源机组,使装机总量进步到2250万千瓦。

  70万千瓦水轮发电机组关于根底薄弱的我国水电设备制作职业提出了应战。1949年新我国成立时,我国仅有上海、重庆等地出产过几百马力的小型卧轴混流式水轮机。1951年组成的哈尔滨电机厂制成我国榜首台800kW立轴混流式机组。1959年为新安江水电站制成7.25万千瓦混流式机组。尔后相继成立了德阳东方电机厂、重庆水轮机厂、杭州发电设备厂、天津发电设备厂等一批企业,为我国水电职业开展奠定了根底。1968年哈尔滨电机厂为刘家峡水电站制成22.5万千瓦机组,1972年制成改善型的30万千瓦机组。

  1979年和1980年,东方电机厂和哈尔滨电机厂别离为葛洲坝水电站制成转轮直径11.3米(国际最大转轮直径)的17万千瓦机组,以及转轮直径10.2米的12.5万千瓦转桨式机组。1984年东方电机厂为青海龙羊峡研发了32万千瓦大型混流式机组,1989年哈尔滨电机厂为广西岩滩水电站制成转轮直径8米的30.25万千瓦混流式机组。

  综上所述,在三峡工程建造前,我国国产最大的水轮机组是1987年在青海黄河龙羊峡水电站投产的的32万千瓦水轮机组,与美国、苏联在70时代研发的60-70万千瓦机组有着适当大的距离。尽管国家从80时代前期就开端对三峡工程机电设备进行技能攻关,但仍缺少实践制作经历。

  在这种情况下,国家决议以三峡工程为要害,经过国际投标,引入国外先进技能,提高我国企业竞赛力。以哈尔滨电机厂(哈电)和东方电机厂(东电)牵头,完成70万千瓦水轮发电机组国产化。在90时代全球水电职业处于低谷的情况下,三峡工程这笔国际最大水电机组收购项目,对跨国公司无疑具有强壮的吸引力。

  1996年6月24日,三峡左岸厂房14台70万千瓦水轮发电机组正式进行国际投标,引起国际注目。长达2000多页的投标书中规则了技能标准和技能转让条款,文件规则:左岸14台机组一次投标,职责方为外商,前12台以外商为主,中方参加制作;后2台机组以中方为主;要求外商和中方联合规划,协作制作。中标企业必须向中方全面转让中心技能,为协作技能转让,三峡总公司将付出1635万美元的技能转让费。

  至12月18日截标日,契合竞标条件的企业组成六家联合体参加投标。别离是: 1、GANP联合体(由法国GEC阿尔斯通Neyrpic和巴西圣保罗金属公司组成); 2、VGS联合体(由德国Voith、加拿大GE、德国西门子组成); 3、瑞士ABB和挪威克瓦纳(Kvaerner)动力公司联合体; 4、三峡日本水轮机联合体(由伊藤忠、日立、东芝、三菱重工、三井物资、三菱商社组成); 5、IMPSA(银萨)公司(署理乌克兰TURBOATOM科技工业公司和美国伍德沃德公司); 6、俄德联合体(由俄罗斯动力机械出口有限公司、列宁金属加工厂和德国苏尔寿组成)。

  1997年8月8日,总理掌管举办三峡建委第25次会议,决议由两个供货集团中标,8月15日宣布中标通知书。终究由法国阿尔斯通中标8台(4-6号和10-14号机组)水轮机、瑞士ABB中标8台发电机,算计4.2亿美元,被要求选用挪威克瓦纳(Kvaerner)动力公司开发的水力模型,与哈尔滨电机厂协作制作。别的6台(1-3号和7-9号机组)由德国福伊特(Voith)、加拿大通用电气(GE Canada)与德国Siemens组成的VGS联合体中标,总额3.2亿美元,选用该联合体开发的水力模型,与东方电机厂协作制作。三峡总公司延聘BV/EDF监造。14台机组总金额7.4亿美元,约合60亿元公民币,单台造价约4.3亿元公民币。

  1997年9月2日,我国长江三峡工程开发总公司与外商别离签定合同,中方分包比例为总价的31%,约2.3亿美元,技能转让协议和分包合同相继收效。1999年9月14日,三峡工程左岸电站高压电气设备收购合同在北京公民大会堂签字,合同总额达2.056亿美元,由德国西门子中标15台550kV主变压器,瑞士ABB中标39台距离GIS高压开关及相关隶属设备。并向保定天威、沈阳变压器厂、沈阳高压开关厂、西安高压开关厂等分包企业转让技能。2000年5月,与左岸机组配套的操控设备签定国际投标合同,相同转让技能并分包制作。14套励磁系统由德国西门子中标,与东电协作;14套调速系统由法国阿尔斯通中标,与哈电协作。梯级调度核算机监控系统由瑞士ABB供给,北京水电科学研究院分包,三峡总公司和南瑞公司参加联合开发。

  左岸电站14台水轮机规划制作合同别离颁发了两个制作集团,因而呈现了两个不同的水力规划和结构规划。为了有利于机组装置保护,在投标前曾参议几家中标企业选用一套图纸的可能性。因为投标商都是国际闻名水电企业,各有优势,很难抛弃自己的规划;一起,这些企业之间都是竞赛对手,也不愿意拿出自己的效果与人同享,因而未能完成14台机组选用一套图纸的希望。另一方面,两套规划也有其有利的一面,可使国内分包厂商经过技能转让,更全面地学习和了解国际先进技能,对国内发电设备技能开展有更好的促进作用。

  2004年3月27日,三峡工程右岸电站12台70万千瓦机组收购合同签定典礼在湖北宜昌举办。

  从1997年起,国内以哈电、东电为主的企业开端对70万千瓦机组进行技能转化,此刻距2004年三峡右岸电站12台机组投标只剩下7年时刻,除非我国企业在这7年里缩短与国际同行30多年的技能距离,不然下一次投标,依然只能眼睁睁看着几家国际巨子来分这块大蛋糕。并且除三峡工程外,我国规划在建的70万千瓦以上机组就有120台以上,这块价值数百亿元的巨大商场绝不能拱手让人。为此,哈电、东电等企业投入巨资进行技能改造,派出数百人次去国外学习,承受国外水电规划软件,把握了水轮机水力规划与模型实验、发电机电磁规划、大部件强度刚度核算、推力轴承核算与实验、轴系稳定性核算、发电机通风冷却核算等中心技能。

  2004年3月27日,三峡工程右岸电站12台70万千瓦机组收购合同签定典礼在湖北宜昌举办。在投标阶段的水力模型实验中,阿尔斯通全体点评榜首,哈电和东电紧随其后;由哈电、东电研发的机组转轮空化功能与左岸转轮适当,而水力稳定性显着优于左岸机组。经过与国际巨子同台竞赛,哈电、东电和阿尔斯通各取得4台机组的制作合同。国产机组均匀每台价格约3.75亿元,比外商价格低4450万元,12台机组就节省了5亿多元,这标志着国产化战略取得了重大效果。2007年9月13日,三峡右岸地下电站6台70万机组签定收购合同,哈电、东电和天津阿尔斯通又取得各承建2台的合同。

  2008年8月28日,我国三峡总公司在北京签定金沙江向家坝、溪洛渡水电站26台水轮发电机组投标收购合同,总金额达110多亿元。这是迄今为止国际最大一宗水电机组收购活动,包含溪洛渡电站18台单机容量77万千瓦机组,和向家坝电站8台单机容量80万千瓦机组。它们将替代三峡70万千瓦机组,成为国际最大水轮发电设备。

  终究哈尔滨电机厂中标10台,包含溪洛渡电站左岸6台77万千瓦机组和向家坝电站左岸4台80万千瓦机组,合同金额达44.27亿元。东方电气厂中标溪洛渡电站右岸9台77万千瓦机组。天津阿尔斯通中标向家坝电站右岸4台80万千瓦机组。上海福伊特西门子公司中标溪洛渡左岸电站3台77万千瓦机组。

  在这场国际化竞赛中,经过三峡工程,我国企业不只把握了中心技能,完成了从分包商到主承包商的位置转化,更找到了新的跳板,站到了国际电机制作业的制高点。使咱们在一些原先落后的要害技能领域敏捷赶上了国际先进水平。

  三峡右岸电站15号机组于2008年10月29日并网发电,是左岸和右岸26台机组中最终一台投产的机组。

  1974年第1期《公民画报》,哈尔滨电机厂自主研发的30万千瓦水轮发电机(双水内冷机组),装置到黄河刘家峡水电站。 1974年12月,5台机组悉数投入运转。这是其时国内最大的水电机组。1975年2月4日,我国榜首座百万千瓦级水电站——刘家峡水电站建成投产。该工程坐落甘肃省永靖县黄河干流上,距兰州市上游100公里。1958年开工,总投资6.38亿元,为156项重点工程之一。拦河坝全长840米,主坝为全体混凝土重力坝,最大坝高147米,正常蓄水位库容为57亿立方米。电站总装机容量为122.5万千瓦,年均匀发电量为57亿千瓦时。装置22.5万千瓦机组3台,25万千瓦和30万千瓦机组各一台。