中國儲能網(wǎng)訊：5月19日0時35分，夜靜悄悄的，坐落在皖南山區(qū)浮山腳下的響水澗電站猶如一幅水墨丹青。
然而，燈火通明的響水澗電站地下廠房里是另一番景象——轉(zhuǎn)動的機(jī)組發(fā)出轟鳴聲。在我國首套10萬千瓦級國產(chǎn)SFC的拖動下，響水澗電站3號機(jī)組僅用7分鐘，就從停機(jī)變?yōu)槌樗\(yùn)行方式，下水庫的水源源不斷地被抽至上水庫，為白天發(fā)電蓄滿了能量。隨后，這套投運(yùn)1個多月、已成功啟動46次的國產(chǎn)SFC恢復(fù)備用狀態(tài)，在設(shè)備室等候下一次抽水的到來。
彌補(bǔ)10萬千瓦級抽水蓄能機(jī)組設(shè)備短板
我國抽水蓄能行業(yè)起步較晚，20世紀(jì)90年代末大型抽水蓄能電站才陸續(xù)投產(chǎn)，而且早期投產(chǎn)電站的主機(jī)及輔助設(shè)備為成套進(jìn)口。十幾年來，經(jīng)過幾代人艱苦卓絕的努力，我國抽水蓄能電站裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)了幾何式增長，抽水蓄能設(shè)備研發(fā)制造逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但是抽水蓄能機(jī)組SFC設(shè)備國產(chǎn)化一直沒能實(shí)現(xiàn)有效突破。打破國外壟斷，研制出我國的SFC，成為國內(nèi)抽水蓄能行業(yè)從業(yè)者們的夙愿。
作為抽水蓄能電站的關(guān)鍵控制設(shè)備，SFC負(fù)責(zé)將抽水蓄能機(jī)組由靜止?fàn)顟B(tài)拖拽至抽水工況運(yùn)行。由SFC拖動的機(jī)組啟動方式相比背靠背等方式而言，具有快速、簡便、高效、可靠的特點(diǎn)。此前國內(nèi)抽水蓄能機(jī)組SFC研發(fā)、技術(shù)與市場長期被國外少數(shù)企業(yè)壟斷，導(dǎo)致設(shè)備成本昂貴、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，核心關(guān)鍵技術(shù)受制于人。
為打破國外企業(yè)的技術(shù)和設(shè)備壟斷、降低設(shè)備成本，早在2008年，國家電網(wǎng)公司便進(jìn)行抽水蓄能機(jī)組SFC國產(chǎn)化研制科技項(xiàng)目立項(xiàng)，國網(wǎng)新源控股有限公司與國網(wǎng)電力科學(xué)研究院聯(lián)合承擔(dān)并研制了國內(nèi)首臺抽水蓄能機(jī)組SFC，并成功在潘家口抽水蓄能電站（擁有3臺9萬千瓦機(jī)組）完成了示范應(yīng)用，積累了SFC國產(chǎn)化研制的寶貴經(jīng)驗(yàn)。
近年來，新建抽水蓄能電站機(jī)組單機(jī)容量多為25萬千瓦以上，10萬千瓦級抽水蓄能機(jī)組SFC一直未能國產(chǎn)化。為彌補(bǔ)10萬千瓦級抽水蓄能機(jī)組設(shè)備技術(shù)短板，公司于2013年立項(xiàng)，由國網(wǎng)新源公司與南瑞繼保公司聯(lián)合承擔(dān)開展10萬千瓦級國產(chǎn)抽水蓄能機(jī)組SFC研發(fā)。新研制的SFC將在總裝機(jī)容量為100萬千瓦（4臺25萬千瓦機(jī)組）的響水澗電站開展示范應(yīng)用，開始10萬千瓦級SFC國產(chǎn)化破冰之旅。中國工程院院士、國網(wǎng)電科院名譽(yù)院長、南瑞繼保公司董事長沈國榮的一番話擲地有聲：“國網(wǎng)新源公司和南瑞繼保公司有責(zé)任、有義務(wù)，也有能力研制出高水平的SFC產(chǎn)品，為大容量抽水蓄能機(jī)組設(shè)備國產(chǎn)化做出貢獻(xiàn)?！?
同心協(xié)力攻克技術(shù)難題
承擔(dān)這一科技項(xiàng)目，南瑞繼保公司研究院副院長沈全榮躊躇滿志，他說：“我們有信心研制出技術(shù)先進(jìn)、高可靠性的產(chǎn)品，因?yàn)槲覀冊谙嚓P(guān)技術(shù)領(lǐng)域已有豐富的技術(shù)積累、高水平的硬軟件平臺，更有齊全的專業(yè)研發(fā)隊(duì)伍?！?
然而自主創(chuàng)新之路并非坦途，首先遇到的難題就是SFC容量計算。設(shè)備研發(fā)技術(shù)負(fù)責(zé)人劉為群說：“SFC容量計算如同設(shè)計火車頭的動力一樣重要。容量算小了，將來機(jī)組轉(zhuǎn)速升不上去；容量算大了，浪費(fèi)投資。國外技術(shù)保密，國內(nèi)沒有成熟有經(jīng)驗(yàn)的算法，這是一塊硬骨頭?！?
石祥建是研究工作牽頭人，他帶領(lǐng)同事搜索相關(guān)材料，翻閱抽水蓄能SFC技術(shù)資料，但沒找到準(zhǔn)確有效的計算方法?！耙鰢a(chǎn)SFC，我們必須攻克容量計算這道難關(guān)，老外能做的我們也一定能做到?！笔榻ǖ囊幌捵屚聜儽镒懔藙?。
他們從電機(jī)運(yùn)動方程研究入手，通過理論方法推導(dǎo)SFC容量計算公式；研究同步電動機(jī)模型，改造實(shí)時數(shù)字仿真系統(tǒng)（RTDS）現(xiàn)有電機(jī)模型，用仿真辦法計算SFC系統(tǒng)容量。電機(jī)原理復(fù)雜，電機(jī)運(yùn)動方程研究更是枯燥乏味。近一個月時間，他們完全沉浸其中，加班、熬夜，研究過程和公式推導(dǎo)記了滿滿一個筆記本。用石祥建的話說，“做夢都在研究計算公式”。功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過復(fù)雜理論計算和實(shí)時系統(tǒng)仿真，兩種方法得到的SFC容量相同，容量計算方法得到了驗(yàn)證，項(xiàng)目組摸著石頭成功過了河。
大容量抽水蓄能機(jī)組SFC功率大，電氣一次部分設(shè)計難度高，既要滿足高電壓要求，又要滿足輸出大電流的要求。項(xiàng)目組成員吳龍說：“研制的SFC樣機(jī)系統(tǒng)在工作時，最大總發(fā)熱功率達(dá)120千瓦，這些發(fā)熱需要靠散熱系統(tǒng)散出去，否則熱量足以熔化金屬，更別說損壞那些嬌貴的可控硅器件了?！?
項(xiàng)目組廣泛汲取設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)研究SFC設(shè)備的特殊性，最終成功設(shè)計出既有利于散熱又有利于維護(hù)的風(fēng)冷結(jié)構(gòu)方案。與進(jìn)口設(shè)備相比，該方案具有更好的模塊化特點(diǎn)和檢修維護(hù)的靈活性。
承擔(dān)控制裝置研發(fā)任務(wù)的閆偉，為解決兩臺裝置之間的信息同步問題，一邊編程一邊試驗(yàn)；為測試裝置的軟件功能，在動模試驗(yàn)室加班加點(diǎn)連續(xù)做試驗(yàn)超過一個半月，啟動動模機(jī)組不下500次；為驗(yàn)證轉(zhuǎn)子位置檢測功能，最多時一天啟動機(jī)組超過100次，試驗(yàn)記錄本一天要記幾十頁。
“轉(zhuǎn)子位置檢測是在無位置傳感器的情況下，通過電氣方法精確測量轉(zhuǎn)子位置。對于響水澗電站機(jī)組的轉(zhuǎn)子位置檢測，好比在直徑10米的圓周上找出某個位置，其誤差要在7毫米以內(nèi)，技術(shù)要求非常高，但我們的方法更高。”閆偉說。在研發(fā)過程中，他們設(shè)計了至少3種試驗(yàn)方法，正是有了幾百次啟動動模機(jī)組試驗(yàn)，一種效果最好的解決方案最終確定下來。
同樣的技術(shù)難題還有很多，但研發(fā)項(xiàng)目組同心協(xié)力，逐一攻克。歷經(jīng)8個多月奮戰(zhàn)，首套10萬千瓦級國產(chǎn)抽水蓄能機(jī)組SFC順利通過測試，具備試運(yùn)行條件。
自主開展設(shè)備安裝調(diào)試
響水澗電站是國內(nèi)首個機(jī)組實(shí)現(xiàn)全國產(chǎn)化的大型抽水蓄能電站，原有一套進(jìn)口SFC。電站于2012年投入商業(yè)運(yùn)行，目前設(shè)備還處在磨合期，雖然總體運(yùn)行情況良好，但在這個時候接到國產(chǎn)SFC示范應(yīng)用任務(wù)，響水澗電站負(fù)責(zé)人魏偉坦言：“這是一個大手術(shù)，在正常運(yùn)行的設(shè)備上新增一套并行設(shè)備，比在基建階段安裝兩套同樣設(shè)備的復(fù)雜程度和施工調(diào)試難度高得多?！?
“在一個健康的軀干上‘動刀子’，絕不是沒事找事，這事關(guān)抽水蓄能設(shè)備國產(chǎn)化的大業(yè)，我們責(zé)無旁貸。”國網(wǎng)新源公司相關(guān)負(fù)責(zé)人說，“SFC示范應(yīng)用，對我國抽水蓄能行業(yè)有著非同尋常的意義。抽水蓄能機(jī)組配套設(shè)備能否全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，就看這臨門一腳。”
不打無把握之仗。響水澗電站組織生產(chǎn)骨干開展多次討論、審核和勘察，摸清了SFC安裝調(diào)試的三個難點(diǎn)：新增電纜數(shù)量多，電纜橋架改動大，施工難點(diǎn)多；電氣二次系統(tǒng)涉及面廣，信號點(diǎn)多，與其他設(shè)備接口多，系統(tǒng)接線異常繁雜；必須在確保原有進(jìn)口SFC設(shè)備順利恢復(fù)、保障電站安全運(yùn)行的同時，完成國產(chǎn)SFC靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試，并實(shí)現(xiàn)兩套設(shè)備切換。
項(xiàng)目組反復(fù)優(yōu)化安裝調(diào)試方案，開展事故預(yù)想，制定應(yīng)急預(yù)案。前期充分扎實(shí)的準(zhǔn)備工作，為原進(jìn)口SFC恢復(fù)和國產(chǎn)SFC安裝調(diào)試順利進(jìn)行打下了良好基礎(chǔ)。
但調(diào)試開始前傳來一個壞消息，原進(jìn)口SFC廠家不會在本次現(xiàn)場調(diào)試過程中提供技術(shù)支持。聞聽此言，大家都憋著股勁兒。
求人不如求己。3月26日一早，國網(wǎng)新源公司技術(shù)中心負(fù)責(zé)現(xiàn)場調(diào)試的秦俊精神抖擻地到了現(xiàn)場。這天是原進(jìn)口SFC恢復(fù)正常運(yùn)行的日子。魏偉問：“今天可是關(guān)鍵時刻，你們有沒有信心？”“每根電纜、每個信號、每個步驟都反復(fù)核對了好幾次，我們有信心一次恢復(fù)成功?！鼻乜』卮?。
隨著現(xiàn)場一聲啟動令，機(jī)組順利轉(zhuǎn)動起來，原進(jìn)口SFC恢復(fù)試驗(yàn)一次成功，現(xiàn)場工作的第一道坎順利邁過，接下來國產(chǎn)SFC調(diào)試才是真正考驗(yàn)。秦俊說：“SFC設(shè)備調(diào)試就跟飛機(jī)試飛差不多，一架新飛機(jī)能不能飛起來、性能怎么樣、怎么優(yōu)化、怎么安全降落，經(jīng)過試飛后才知道?！?
3月27日國產(chǎn)SFC設(shè)備首次帶電，3月28日首次拖動成功。經(jīng)過3天試驗(yàn)與參數(shù)優(yōu)化，4月1日14時許，國產(chǎn)SFC同期試驗(yàn)順利完成，拖動4臺機(jī)組抽水并網(wǎng)均一次性成功。在場人員歡呼雀躍。6天，這個數(shù)字比當(dāng)初進(jìn)口SFC調(diào)試時間少了近一個月，且調(diào)試過程中未發(fā)生一塊電路板燒損，未發(fā)生一個元器件損壞，未發(fā)生一起因試驗(yàn)引起的事故，刷新了國內(nèi)SFC調(diào)試紀(jì)錄。
4月5日，首套10萬千瓦級國產(chǎn)SFC在響水澗電站開始了為期6個月的并網(wǎng)試運(yùn)行?！?0萬千瓦級SFC在轉(zhuǎn)子位置識別等關(guān)鍵技術(shù)上的突破在實(shí)際應(yīng)用中是否確實(shí)可行，還需經(jīng)過試運(yùn)行考驗(yàn)?！眹W(wǎng)新源公司科技信息部主任吳毅說。
