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“黑麋峰抽水蓄能机组国产化改造，彻底解决了长期困扰电站安全运行的特定水头限负荷、非同步导叶等一系列问题。东方电机发明了一种头部悬伸式6+6长短叶片新型转轮，在保证能量特性的同时，解决了机组相位共振及动静干涉引起的振动超标和异常噪声问题。”东方电气集团东方电机有限公司副总经理尹国军接受《中国电力报》记者采访时表示，新转轮是世界上首个得到工程应用的6+6长短叶片转轮，为水泵水轮机转轮设计开辟了一条全新的技术路线。
国内首个抽蓄改造机组换上“中国心”
核心阅读 黑麋峰抽水蓄能机组改造是首次由国内厂家成功改造国外厂家设计的机组，被行业内专家誉为“抽水蓄能机组技术国产化的典范”，也标志着东方电机在300米水头段水泵水轮机关键技术领域取得突破。
黑麋峰抽水蓄能电站位于湖南省长沙市望城区，是湖南第一座抽水蓄能电站，也是湖南省目前唯一在运的抽水蓄能电站。该电站安装4台30万千瓦可逆式抽水蓄能机组，额定水头295米，转速300转/分钟，全部机组采用国外公司技术和设计方案，是我国发电设备企业通过“打捆招标”引进国外技术的典型机组。
该机组自2010年投运以来，一直存在诸多稳定性问题。尤其是4号机组，存在“特定水头限负荷运行”“采用非同步导叶并网”等问题，为保障电站安全运行，国网新源控股有限公司于2017年启动了4号机组改造工程，东方电机承担了机组国产化改造核心技术攻关任务。
“在国网新源控股有限公司的主导和黑麋峰抽水蓄能有限公司的大力支持下，东方电机通过多轮次优化和多方案比选，在多个关键技术领域进行了大胆创新并取得突破。2020年12月，东方电机自主研制的世界首台6+6长短叶片转轮成功应用于黑麋峰电站4号机组，国内首个抽水蓄能改造机组换上了‘中国心’。”尹国军告诉《中国电力报》记者。
通过对该机组改造，东方电机取得发明专利3项、实用新型专利12项。彻底解决了长期困扰电站安全运行的一系列问题，达到了预期改造目标。在解决过渡过程特性和非同步导叶问题的同时，还显著改善了原转轮的无叶区压力脉动幅值偏高、水泵工况空化裕量不足等问题，同时保持了原转轮的高效率水平，实现了机组性能的全方位提升。
据了解，东方电机黑麋峰抽水蓄能机组改造新方案具有以下创新点：一是首次采用了6+6长短叶片转轮型式；二是首次将水轮机S特性区域细分为“大S”和“小S”，并对各分区对不同性能的影响进行了量化研究；三是首次对转轮几何参数对不同区域S特性的影响进行了系统性试验研究，并总结了宝贵经验。
为国内中低水头段抽蓄机组改造树立典范
核心阅读 我国大规模开发建设抽水蓄能电站是近20年的事，经过十几年的运行实践，早期机组存在的主要问题之一就是因设计时未充分考虑到当前抽蓄机组运行特点对稳定性的要求导致机组运行时稳定性较差。黑麋峰机组改造为其他类似电站改造提供了经验和技术路线。
“黑麋峰抽水蓄能机组是300米水头段代表性机组，我国已投运的抽水蓄能机组有一批与黑麋峰机组类似，水轮机结构型式和水力设计接近，出现的问题和应对措施也差不多。”中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司市场总监张强接受《中国电力报》记者采访时说，黑麋峰机组原9个叶片、20个导叶水轮机结构型式在已运行机组中具有代表性，出现问题后，采取投入非同步小导叶、球阀参与调节及调速器延迟10秒关闭等。黑麋峰机组改造采用6+6长短叶片，成功地解决了这一系列问题，为其他电站改造提供了经验和技术路线。
东方电机为黑麋峰4号机组自主研制的世界首台“6+6”长短叶片转轮，彻底解决了原机组遗留的一系列问题。改善了过渡过程特性，解决了原机组甩负荷过程尾水负压问题，为电站摘掉“特定水头限负荷运行”的帽子创造了条件；改善了水轮机工况S特性，原机组需要预开6个非同步导叶才能并网，也是国内已投运抽蓄机组中情况最恶劣的，新机组彻底了取消非同步导叶，机组并网非常平稳，启动时间大大缩短。
此外，彻底消除了原机组引起的厂房内以及上游管路2倍叶频的异常噪声问题，新机组运行平稳、安静，水车室内噪声无任何优势频率，现场体感改善明显；彻底解决了原机组推力瓦温偏高的问题，改造后瓦温降低4~5摄氏度；显著改善了厂房振动问题，新机组运行时，机组各关键部位振动摆动非常优秀，机组旁边的楼板几乎没有振感；取消了球阀参与调解，消除了球阀的安全隐患，更好地保障了电站和机组的安全；取消了导叶延时关闭机制，新机组采用一段直线关闭即可全面满足要求，极大地提升了运行的安全性和稳定性。
“将抽水蓄能电站比作是点亮电网的最后一根火柴一点都不夸张。到2030年我国世纪新能源网、光伏发电装机将达到12亿千瓦，大量受气候影响的不稳定电源进入电网，将对电网安全造成很大影响，加之社会用电峰谷差加大，电网对储能电站的需求量越来越大。”张强告诉《中国电力报》记者，目前在所有储能技术中，抽水蓄能因其容量大、综合效率高、寿命长、安全性高、响应快等优点，是保障电网安全的优质调节电源。世界发达国家储能装机容量一般占电网总装机容量的3~8%，目前我国储能装机占比不到1.5%，在国家“双碳”目标下，抽水蓄能将会有一个蓬勃发展期。
东方电机抽蓄机组整体研制水平世界领先
核心阅读 从绩溪抽水蓄能电站“一年五投六并网”创造行业新纪录，到黑麋峰抽水蓄能改造树立国产化改造典范；从国内首台700米水头段敦化抽水蓄能电站投运，到国内最高水头长龙山抽水蓄能电站通过单机甩100%负荷试验，东方电机抽水蓄能机组整体研制水平已经达到国内领先、世界一流水平。
“东方电机作为国家研制大型发电设备的重大技术装备制造骨干企业，现已形成了水、火、核、气、风、光‘六电并举’的产业发展格局，发电设备产量连续17年位居世界前列，国内发电设备装机容量稳居行业第一。”尹国军接受《中国电力报》记者采访时表示，在抽水蓄能领域，东方电机是国内首个同时具备抽水蓄能机组研制和整组调试能力的发电设备制造企业，在制和已运行机组65台套，机组容量覆盖4万千瓦至37.5万千瓦，国内市场占有率达到38%。
三十多年来，东方电机勇攀抽水蓄能高峰。抽水蓄能机组单机容量从4万千瓦到国内最大的37.5万千瓦，水头从国内首个650米、首个700米到国内最高水头750米，转速从150转每分钟到500转每分钟。目前，东方电机已成为抽水蓄能行业研发技术水平最高、加工制造能力最强的企业之一，抽水蓄能机组整体研制水平已经达到国内领先、世界一流水平。牢牢把关键核心技术掌握在了自己手中。
2020年，东方电机为绩溪项目研制的抽水蓄能机组实现了“一年五投六并网”目标，创造了业内抽水蓄能机组安装调试的新纪录；今年6月4日，东方电机研制的敦化抽水蓄能电站国内首台700米级水头段超高水头、高转速、大容量抽水蓄能机组正式投入商业运行；紧接着6月7日，东方电机研制的长龙山抽水蓄能电站国内最高水头抽水蓄能机组通过100%甩负荷试验……一台台精品机组铸就一座座丰碑，引领中国抽水蓄能机组核心技术实现“领跑”跨越。
“从响洪甸、天荒坪、惠州、黑麋峰等项目的分包制造、请教学习，到仙游、仙居、深圳抽水蓄能机组实现自主组研制，从挑战绩溪、敦化、长龙山超高水头段大容量抽水蓄能机组无人区，到丰宁、沂蒙、永泰、蟠龙抽水蓄能项目的全面开花……深耕抽水蓄能三十余年，东方电机完成了抽水蓄能技术的三级跳。”尹国军说，机组参数水平达到世界先进水平；机组稳定性、安全性指标达到世界先进水平；机组机型成功扩展至800米的高水头段。随着河北丰宁二期、山东沂蒙、福建永泰、重庆蟠龙等一大批抽水蓄能机组相继中标，东方电机抽水蓄能技术正在全面升级换代。
面对构建以新能源为主体的新型电力系统对抽水蓄能机组带来的新要求，东方电机坚持创新驱动，着力研制具有完全自主知识产权、性能达到世界一流的抽水蓄能机组。在机组提质增效，满足频繁启停及快速响应的基础上，加快可变转速抽水蓄能机组研发，不断提升机组运行可靠性、稳定性、灵活性。同时，东方电机不断推进机组智慧化，以安全可靠的远程诊断分析技术，为用户提供诊断分析、维保、备件管理等全生命周期服务。
作者：于海江 杨静
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