中國儲能網(wǎng)訊：近日，廣東肇慶浪江抽水蓄能電站300兆瓦變速機組發(fā)電電動機通風模型試驗通過驗收，這是國內(nèi)首個實現(xiàn)100%國產(chǎn)化的大型變速抽水蓄能機組的通風模型試驗。
“該模型試驗的驗收完成，為下一步肇慶浪江抽水蓄能電站變速機組發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子等研發(fā)工作提供了核心專業(yè)支撐，推動我國300兆瓦變速抽水蓄能機組進入研發(fā)攻關(guān)的新階段?！蹦戏诫娋W(wǎng)儲能股份有限公司（以下簡稱“南網(wǎng)儲能”）基建部副總經(jīng)理雷興春說。
“300兆瓦變速抽水蓄能機組成套設(shè)備”被列為我國能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備項目，肇慶浪江抽水蓄能電站等3個工程為其依托工程。隨著依托工程的關(guān)鍵核心技術(shù)不斷被攻克，我國首臺（套）變速抽水蓄能機組正加速邁向工程化應(yīng)用。
研發(fā)國內(nèi)首個超大直徑金屬護環(huán)
日前，記者來到肇慶浪江抽水蓄能電站工程的“心臟”——地下廠房。目前，這里已全面進入機電安裝階段。
肇慶浪江抽水蓄能電站是粵港澳大灣區(qū)首個變速抽水蓄能電站，是“十四五”期間國家重點實施項目。電站總裝機容量120萬千瓦，將安裝4臺30萬千瓦機組，其中1臺機組為我國自主研發(fā)的可變速機組。
“要讓國產(chǎn)的可變速機組在此‘安家’絕非易事，核心難點在于技術(shù)裝備的研制?！敝袊茉囱芯繒樗钅軐Ｎ瘯泵貢L陳泓宇說，受裝備制造等方面的限制，我國目前開發(fā)的抽水蓄能電站基本采用定速抽水蓄能機組。因此，要將抽水蓄能機組從定速轉(zhuǎn)為變速，面臨巨大挑戰(zhàn)。
大型變速抽水蓄能機組研制涉及到發(fā)電電動機、水泵水輪機、交流勵磁、控制保護等多方面的技術(shù)攻關(guān)。
以發(fā)電電動機為例，變速機組與定速機組最大區(qū)別在于發(fā)電電動機的轉(zhuǎn)子部位。變速機組運行時，轉(zhuǎn)子繞組端部需要承受離心力、電磁力及熱漲力的綜合作用，高耐受能力的金屬護環(huán)是變速機組必不可少的部件。國內(nèi)此前并沒有該部件的制造經(jīng)驗。
“我們聯(lián)合東方電氣集團東方電機有限公司（以下簡稱‘東方電機’）攻關(guān)團隊在材料選擇、加工制造、安裝工藝等方面開展了一系列研究?！崩着d春介紹，最終，攻關(guān)團隊研發(fā)出國內(nèi)首個變速抽蓄機組超大直徑（約5米）金屬護環(huán)，實現(xiàn)了金屬護環(huán)的國產(chǎn)化制造。“這種新護環(huán)的直徑是普通汽輪發(fā)電機的2.5倍，材料屈服強度超過750兆帕，相當于1平方米的面積可承受75萬噸重物的壓力。”雷興春說。
攻克交流勵磁系統(tǒng)難題
交流勵磁技術(shù)是實現(xiàn)大型變速抽水蓄能機組功能的關(guān)鍵。變速抽水蓄能機組運行時，其中的部件轉(zhuǎn)子既要通過改變轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)功率的靈活調(diào)節(jié)，又要保持旋轉(zhuǎn)磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場的相對靜止，以實現(xiàn)穩(wěn)定的能量轉(zhuǎn)換。由于常規(guī)的直流勵磁系統(tǒng)無法滿足變速抽水蓄能機組運轉(zhuǎn)的要求，必須通過交流勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的可變旋轉(zhuǎn)磁場，彌補轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差。
要實現(xiàn)與復(fù)雜的機組變速運行工況精準匹配，交流勵磁系統(tǒng)需要滿足電壓達到6.6千伏、電流達到6.1千安、長期輸出頻率范圍控制在系統(tǒng)頻率的±10%以內(nèi)、短時連續(xù)輸出頻率范圍覆蓋0至110%的系統(tǒng)頻率等一系列嚴苛的參數(shù)要求。
為滿足6.6千伏電壓要求，南京南瑞繼保電氣有限公司研發(fā)團隊對比多個技術(shù)方案，最終攻克了大功率壓接式器件直接串聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備最優(yōu)性能。在電流方面，研發(fā)團隊采用了大功率電壓源型變流器并聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)7.2千安的大電流輸出。
“目前，機組的全部交流勵磁系統(tǒng)已完成設(shè)計。下一步，我們將開展一系列的功能驗證試驗。”南網(wǎng)儲能生技部總經(jīng)理李育林透露。
讓40個“樂器”和諧“彈奏”
大型變速抽水蓄能機組研制的難題不僅涉及電氣領(lǐng)域，還涉及水力設(shè)計領(lǐng)域。變速機組由于負荷調(diào)節(jié)寬，需要對水泵水輪機的轉(zhuǎn)輪翼型及通流部件進行多方面優(yōu)化，以實現(xiàn)更快的響應(yīng)速度。
“歷時15個月、7輪次的數(shù)值模擬及功能測試試驗，我們聯(lián)合東方電機開發(fā)出了性能優(yōu)異的水泵水輪機，實現(xiàn)了高效、穩(wěn)定、安全、大范圍入力可調(diào)的設(shè)計目標。”南網(wǎng)儲能建管分公司機電部總經(jīng)理葉飛說。
與技術(shù)裝備研制同步進行的是控制功能仿真建設(shè)?！靶略O(shè)備一旦投入運行，必須確保其在各種工況下運行萬無一失，否則會對電網(wǎng)安全穩(wěn)定造成威脅。”近兩年來，南網(wǎng)儲能科研院技術(shù)專家彭煜民帶領(lǐng)團隊，針對變速機組各種運行場景進行控制功能推演。
目前，研發(fā)團隊已完成機組工況轉(zhuǎn)換流程的編制和數(shù)模仿真平臺的搭建，正全面開展各項功能測試。數(shù)模仿真平臺僅針對“交流勵磁和調(diào)速器多模式切換協(xié)同控制技術(shù)”就有近40個邏輯策略模塊。“這些仿真模塊可確保近40個功能各異的‘樂器’一起演奏時，既不斷聲，也沒有雜音?！迸盱厦裾f。
除了300兆瓦變速抽水蓄能機組，我國首臺國產(chǎn)400兆瓦變速機組的技術(shù)設(shè)計也基本定型，預(yù)計2026年可完成機組制造，2027年投入惠州中洞抽水蓄能電站使用，屆時將實現(xiàn)抽水蓄能裝備技術(shù)的全面國產(chǎn)化。
“目前各項技術(shù)攻關(guān)和工程建設(shè)都在順利推進中?！崩着d春表示。
