天津市发电设备厂抽水蓄能机组国产化回顾.pdf

3 1 4抽水蓄能电站工程建设文集——纪念抽水蓄能专业委员会成立十周年天津市发电设备厂抽水蓄能机组国产化回顾高道扬( 天津市天发重型水电设备制造有限公司)【摘要】本文回顾了天津市发电设备厂四十年( 1 9 6 5 ．2 0 0 5 ) 来为抽水蓄能机组国产化以及配合有关设计院开展抽水蓄能电站可行性研究的全过程；展示了抽水蓄能机组国产化艰难曲折历程及业绩天津发电设备厂( 以下简称天发厂) 在2 0 世纪6 0 年代初在原机械工业部、水电部( 以下简称两部) 的统一安排下，开创抽水蓄能机组国产化之先河，于1 9 7 3 年研制成功我国首台抽水蓄能机组——北京密云电站1 5 N W 斜流式双速抽水蓄能机组此后天发厂围绕“国产化”课题在各兄弟单位的支持下，开展了一系列工作：1 国产首台抽水蓄能机组一北京密云电站2X1 5 M W 斜流式抽水蓄能机组的研制1 9 6 4 年清华设计院根据密云电站多年运行的实际情况提出：利用闲置机坑安装的两台斜流式抽水蓄能机组1 9 6 5 年天发厂提出自行研制该机组1 9 6 5 ．1 9 7 1 年，天发厂技术人员在采用岗南机组水力型线的基础上攻克多项技术难关，成功设计出密云1 5 M W 斜流式蓄能机组，此后又进行了多项加工工艺攻关，全体职工克服重重干扰，终于在1 9 7 2 年研制出我国首台蓄能机组。

该机组1 9 7 3 年1 1 月1 5 日正式并网运行，启动一次成功，水泵及水轮机工况运行稳定，各项技术指标达到设计要求该机组主要技术参数如下：水泵水轮机机型：ⅪⅣ1 9 5 一L J 一2 5 0最大水头／扬程( m ) ：6 4 ／5 9额定水头／扬程( I T I ) ：4 6 ／5 2最小水头／扬程( I n ) ：2 8 ／3 1额定流量( m 3 ／s ) ：2 7 ．2 ( T ) ／2 3 ．6 ( P )转轮直径( m ) ：2 ．5额定转速( r ／m i n ) ：水轮机工况2 5 0水泵工况2 5 0 ( 当H ，4 7 m )额定功率( k W ) ：水轮机工况1 0 9 0 0水泵工况最大功率( k W ) ：水轮机工况1 3 0 0 0水泵工况吸出高度( m ) ：一3 ．0发电电动机机型：S F D 4 8 7 ／7 9 —2 2 ／2 41 3 5 0 01 4 5 0 0四、机电设计与研究3 1 5额定功率( k W ) ：发电工况1 2 0 0 0抽水工况1 3 7 5 0最大功率( k W ) ：抽水工况1 5 0 0 0密云抽水蓄能机组由于水头扬程变幅大( 水轮机工况2 8 ～6 4 m 、水泵工况3 1 。

5 9 m ) ，开展了下列科研工作并将其成果应用于真机设计 1 ) 启动方式：全面分析比较了大型电动机各种启动方式的优缺点，重点研究半电压启动对电网冲击影响，启动时间的长短，启动电流大小，启动阻力矩特性，转子极靴热容量大小及相应启动绕组设计，主变半电压抽头所需技术参数等一系列问题，通过以上工作，全面掌握了大型电动机半电压启动技术，并成功地应用于密云机组 2 ) 变极方式：密云机组电动机工况必须采用两个转速即2 5 0 r ／m i n ( 2 4 极) 和2 7 3 r ／m i d( 2 2 极) ，决定在密云机组上采用并极式 3 ) 液压减载装置：天发厂通过大量的科学试验研究，成功的设计了推力轴承高压油顶起装置，在启动前通过高压油( 7 0 k g ／c m 2 ) 将推力头顶起，使推力头和推力瓦之间自动形成0 ．0 4 ～0 ．0 6 m m 油膜，从而实现双向运行自动润滑密云蓄能机组采用了这套装置，由于其结构简单，操作方便，运行可靠，深受用户欢迎现不仅在我国大、中型水电机组上普遍推广，而且为国外各公司借鉴应用 4 ) 括板接力器：天发厂开展了括板接力器的试验研究，最后较成功的研制成当时国内最大的刮板接力器( 工作容量3 2 ．2 t ·m ) 。

5 ) 凸轮换向机构：机组运行中桨叶转动位置必须反馈给调速器，因为密云括板接力器是回转式，研制了将括板的回转运动转换为上下往复运动的大型滚动摩擦换向凸轮机构 6 ) 在天津大学的协助下对局部应力较大的“转轮体”和刚度要求高的“刮板接力器缸帽”等大型部件进行了强度、刚度的分析计算和模型应力实验总之，在特殊历史条件下，自1 9 6 5 年开始，天发厂职工在两部的关怀及有关兄弟单位的支持下，经历8 年的奋斗，终于在1 9 7 3 年将首台密云斜流式双速可逆式抽水蓄能机组研制成功并顺利投入运行，这个成功开创了抽水蓄能机组国产化之先河，填补了我国抽水蓄能机组空白，上述科研以及其后的设计、工艺攻关成果至今仍有借鉴与实用价值，十分可贵该机组获1 9 7 8 年全国科学大会奖首台抽水蓄能机组自1 9 7 3 年1 1 月1 5 日安全稳定的运行至1 9 7 9 年5 月2 9 日，其中发电运行4 1 4 4 h ( 4 9 0 9 2 万k W ·h ) ，共启动2 5 2 次，水泵工况运行1 5 5 6 h ( 抽水1 ．2 亿矗) ，对电站及电网发挥了效益天发厂制造的密云第二台同型号抽水蓄能机组也于1 9 7 4 年顺利投产。

1 9 7 9 年5 月3 0 日首台机组在发电工况运行中，于几分钟内1 0 个桨叶全部折断，被迫中止运行，1 9 8 0 年元月两部共同组织全国有关单位专家在密云电站对事故进行了现场分析，经历时一周的分析讨论，最后一致认为桨叶为脆性断裂，其主要原因是叶片材质问题：该叶片应用我国当时I 习, N t l 开始研究冶炼的1 C r l 3 不锈钢，虽然其梅花试棒o K 为9 ～2 1 ，但断裂的叶片本身取样试验a 值仅为O ．5 —0 ．7 ，口值过低，晶粒粗大，因此在某种外力作用下造成脆性断裂首个叶片折断后未及时发现停机，因此在几分钟内造成其余桨叶折断，这个事故在一定程度上对蓄能机组的国产化产生了负面影响此后在天发厂及密云电厂的共同努力下，对机组进行了修复，1 9 8 5 年首台机组修复完成并投入运行，经水科院、北京中试所等3 1 6抽水蓄能电站工程建设文集——纪念抽水蓄能专业委员会成立十周年单位的共同鉴定，各项技术指标达到原设计要求2 开展有关电站蓄能机组的研制工作2 ．11 9 7 6 ～1 9 8 3 年，潘家口1 0 0 M W 大型斜流式双速抽水蓄能机组的研制1 9 7 6 年天发厂开展潘家口机组的研制工作，由于变幅极大( 水轮机3 9 。

8 6 m ，水泵4 1 ，8 9 ．0 m ) ，只能采用高难度的双速斜流可逆式机组，其机组直径和容量与当时同类型世界一流的日本新冠、马濑川第一机组相当该研究项目为“六五”期间机械部6 0 个大型机电成套项目之一潘家口机组共安排l l 类，4 6 个研究课题( 其中水泵一水轮机7 类共3 0 项，发电一电动机4 类共1 6 项) 全国十几个科研机构和高等院校参加了上述研究工作，此外两部曾两度召开全国性潘家口科研协调会，以协调科研进度和交流科研成果，这些研究成果大部分为国内首次开展的抽水蓄能机组基础性研究工作，其成果对抽水蓄能机组( 无论是斜流还是混流式) 具有普遍意义，是天发厂和我国在抽水蓄能机组工作方面的宝贵财富，特别是岗南现场实验，斜流式全模拟全特性及过渡过程的实验研究，双速电机电磁设计研究等课题的研究，其理论分析深入细微，实验数据详尽可靠天发厂在以上科研的基础上完成了潘家口机组的扩机初步设计，1 9 8 3 年以后因多种原因潘家口机组改为由意大利引进，以上各项工作停止2 ．21 9 7 4 —1 9 8 3 年，混流式水泵一水轮机模型转轮研究天发厂在两部的统一安排下，针对国内的若干抽水蓄能电站与哈尔滨大电机研究所，清华大学、天津电气传动所共同开发了1 0 0 m 及3 0 0 m 水头段混流蓄能模型转轮的设计和实验工作，以上两项实验虽然未得到可适用的较好的转轮，但使国内技术人员对混流蓄能转轮的设计、试验( 效率、空蚀：飞逸、四项限特性、过渡过程等) 有了较深入的了解，为进一步开展混流式蓄能机组国产化工作打下了一个基础。

3 技术引进和应用由于l o o m 水头段转轮研究未得到高水平转轮，而国内当时1 0 0 m 左右的蓄能电站选点较多，特别是针对安徽琅琊山等抽水蓄能电站，天发厂1 9 8 4 年由瑞典N O H A B 公司引进 了该公司为美国大古力蓄能电站生产的5 0 M W l 4 0 m 水头段混流式模型转轮全套转轮技术资料1 9 9 0 年至今，配合天津勘测设计研究院开展天津蓟县桃花寺4 ×1 2 5 M W 蓄能电站的可行性研究工作天津院提出的《桃花寺抽水蓄能电站规划要点》( 1 9 9 0 年) 、《桃花寺抽水蓄能电站规划报告》( 1 9 9 4 年5 月) 、《桃花寺抽水蓄能电站一期预可行性研究报告》( 1 9 9 5 年6 月) 中提出在天津蓟县桃花寺建设抽水蓄能电站，其一期、二期均为4 ×1 2 5M W 混流式抽水蓄能电站，鉴于天发厂已引进1 4 0 m 水头段转轮技术且该蓄能电站机组属于中水头、中容量、技术难度相对较小，因此院方提出该机组制造可立足于国内，或以国内厂家为主体，国内外合作制造1 9 9 0 年天发厂利用引进的模型转轮为桃花寺项目开展工作；1 9 9 3 年1 1 月3 日，由天津市水利发电工程学会和北京水利发电工程学会在天津共同主办召开的“1 9 9 3 年抽水蓄能技术经济研讨会”上，天发厂正式提出了“天津桃花寺水泵一水轮机可行性分析”报告，这个报告在利用天发厂引进的大古力模型转轮的基础上对比转速、效率、强度等进行了认真分析四、机电设计与研究3 1 7后提出了6 个可供选择的水泵水轮机方案，各方案技术参数见表1 。

表1各方案技术参数最大出／入力( 万k W )最高效率方案直径D ( m )转速( r ／n f i n )吸出高度 水泵一水轮机发电一电动机吖P ( ％)I4 ．0 93 0 0 ，3 0 01 2 ．2 1 ／1 2 ．1 61 1 ．9 ／1 2 ．59 0 ．7 5 1 9 1 ．7—2 0Ⅱ4 ．0 92 7 3 ，3 0 01 2 ．2 4 ，1 2 ．1 61 1 ．9 ／1 2 ．59 2 ．2 5 ／9 1 ．7—2 0Ⅲ4 ．0 92 5 0 ，3 0 01 2 ．2 4 1 1 2 ．1 61 1 ．9 ／1 2 ．59 3 ．1 5 ／9 1 ．7—2 0Ⅳ3 ．9 23 0 0 ，3 0 01 1 ，2 4 ／9 ．7 51 0 ．9 ／1 0 ．09 1 ．4 ／9 1 ．6 4—3 lV3 ．9 22 7 3 ，3 0 01 1 ．2 4 ／9 ．7 51 0 ．9 ／1 0 ．09 2 ．9 ／9 1 ．6 4—3 1Ⅵ3 ．9 22 5 0 ／3 0 01 1 ．2 4 ，9 ．7 51 0 ．9 1 1 0 ．09 3 ．2 5 ／9 1 ．6 4—3 1上述I 、Ⅱ、Ⅲ方案适合天津院4 X1 2 5 M W 方案要求，Ⅳ、V 、Ⅵ方案适合天津院曾提出的5 ×1 0 0 M W 方案要求。

天发厂对上述I Ⅵ方案进行全面分析后，重点推荐Ⅳ方案，并对Ⅳ方案中水泵一水轮机大件尺寸进行了估算，这些分析成果反映在天津院有关文件之中 4 结语天发厂领导、技术人员、广大职工，根据世界各发达国家电力工业，特别是水力发电发展的历史，认识到：随着我国电力建设的发展，抽水蓄能电站的发展及抽水蓄能机组的国产化势在必行，因此从1 9 6 5 年以来在极为艰难、曲折的道路上为抽水蓄能电站在中国的发展，特别是为抽水蓄能机组的国产化工作进行了不懈的努力，并取得了相应的成果和社会效益四十年来，特别是抽水蓄能专委会成立的十年来，天发厂为配合全国各设计院开展抽水蓄能电站的可行性研究工作及时地提供了大量的技术资料，为今天全国抽水蓄能电站建设大发展作出了应有的贡献。