三峡地下电站700MW水轮发电机蒸发冷却系统环流、温升与稳定性提高

水电站发电运行方案的电力系统稳定性分析与优化一、引言水电站作为一种常见的可再生能源发电设施，其运行方案的设计对于电力系统的稳定性至关重要。

本文将对水电站发电运行方案中的电力系统稳定性进行分析与优化，以提高发电效率和供电质量。

二、电力系统的稳定性电力系统稳定性是指电力系统在遭受外部干扰或内部故障时，仍能保持正常运行的能力。

电力系统的稳定性分为静态稳定性和动态稳定性两个方面。

1. 静态稳定性静态稳定性主要考虑电力系统在大负荷或突发负荷变化下的稳定性。

对于水电站发电运行方案，要考虑电力负荷的平衡和分配，确保各个发电机组的负荷均衡，并根据实时负荷变化进行合理的调整。

此外，还需考虑输电线路和变电站的负荷能力，以确保电力系统的静态稳定性。

2. 动态稳定性动态稳定性主要考虑电力系统在发生故障或突发负荷变化时的暂态响应和恢复能力。

对于水电站发电运行方案，要通过合理的发电机组调速方案和功角稳定控制，确保在负荷突变或电力系统故障时，能够保持电力系统的动态稳定性。

同时，还需考虑输电线路和变电站的容量和灵活性，以应对电力系统的暂态过程。

三、电力系统稳定性分析与优化方法为了确保水电站发电运行方案的电力系统稳定性，可以采用以下方法进行分析与优化。

1. 变电站和输电线路的规划和设计合理的变电站和输电线路规划和设计是确保电力系统稳定性的基础。

通过综合考虑电力负荷、输电距离、线路容量和可靠性等因素，确定合适的变电站布局和线路走向，以降低输电损耗和提高电力系统的稳定性。

2. 发电机组的运行调度发电机组的运行调度是影响电力系统稳定性的重要因素。

通过合理调度各个发电机组的运行状态和负荷分配，可以实现电力负荷的均衡和分配，提高电力系统的静态稳定性。

此外，还需考虑到发电机组的响应速度和调整能力，以应对负荷突变和系统故障。

3. 调速控制和功角稳定控制调速控制和功角稳定控制是保证电力系统动态稳定性的关键技术。

通过合理设计和调整发电机组的调速器和励磁系统，实现发电机组的快速调速和功角稳定，提高电力系统的动态响应能力和稳定性。

38第45卷 第07期2022年07月Vol.45 No.07Jul.2022水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station0 引言发电机纯水内冷却系统（以下简称纯水系统）用于降低机组运行时发电机定子绕组因大电流导致的温升。

纯水电导率主要影响机组定子绝缘和纯水管道腐蚀问题，若电导率偏高，可能导致发电机绝缘降低，甚至定子接地保护动作而导致非计划停运。

若电导率长期偏低，可能导致部分机型定子线棒纯水回路腐蚀，降低设备可靠性。

随着对机组长期运行时的纯水系统相关数据、故障分析，多次优化纯水系统启停流程、保护动作条件、相关机械设备[1]、现场应急处理流程等，有效降低了纯水系统故障导致非计划降负荷或停运的风险。

1 纯水内冷却系统概述某水电站水轮发电机组单机额定容量700 MW，机端额定电压20 kV，定子额定电流22 453 A，为降低机组运行时因大电流导致的温升，不同厂家的发电机采用了空气冷却、强迫循环的纯水系统内冷+空气冷却、蒸发冷却系统内冷却+空气冷却的不同方法。

本文重点介绍半水内冷发电机组，该种机组通过空气冷却转子及定子铁心，纯水通过中空的定子线棒冷却定子绕组。

该水电站每台半水内冷发电机组各配置有一套纯水冷却系统，由机械泵、热交换器、离子交换器、机械过滤器、膨胀水箱和管件等部分组成。

纯水自定子绕组流出后，依次经过纯水泵、热交换器、三通阀、机械过滤器，最后再次返回到定子绕组。

纯水由机械泵提供动力，在发电机定子线棒内部密封循环流通，对定子线棒进行冷却；纯水系统二次冷却水通过热交换器对纯水进行冷却，离子交换器和机械过滤器用于控制纯水水质及电导率。

为容纳定子绕组温度变化导致的纯水热膨胀体积，在纯水系统顶端设置膨胀水箱。

由三通阀控制冷却后的纯水与未冷却的纯水比率，使进入定子线棒的纯水温度保持恒定。

除此之外，还包括纯水控制盘、动力盘及监控纯水流量、压力、压差、温度及导电率等各种传感器[2]。

三峡右岸巨型全空冷水轮发电机组研制创新（一）案例内容摘要：哈尔滨电机厂有限责任公司制造的三峡右岸全空冷756兆瓦水轮发电机的研究成功是我国技术自主创新成功的典型，解决了700兆瓦级水轮发电机的冷却方式、高部分负荷压力脉动以及稳定性等一系列世界性难题，实现了核心技术的自主知识产权。

在自主创新的过程中，哈电公司引进技术、消化吸收、自主创新的三步走战略是企业成功的开始；鼓励个人创新与团队精神相结合所形成的企业文化，是哈电公司成功的保障；注重科技队伍的建设和人才培养，是哈电公司续写辉煌的基础。

2007年7月8日，哈尔滨电机厂有限责任公司(以下简称哈电公司)制造的世界最大的国产首台三峡右岸全空冷756兆瓦水轮发电机组成功发电，标志着我国大型水电设备制造水平通过自主创新，实现了完全自主知识产权，达到了世界领先水平，开创了世界上单机容量最大的全空冷水轮发电机组运行的新时代。

确立建设创新型企业的战略发展目标1997年8月，中国长江三峡开发总公司分别与两大国际联合体签订了三峡左岸14台机组的制造承包合同。

哈电公司作为ALSTOM-ABB—KEN联合体的分承包方承担了三峡左岸水轮发电机组技术的引进和消化吸收任务，并签订了技术转让合同。

哈电公司从三峡机组研制之初，就确定了引进技术、消化吸收、自主创新的三步走战略。

从1998年开始，哈电陆续组织了科研、设计、工艺等专门人员到国外接受ALSTOM—ABB—KEN集团的技术转让培训。

其间共接收设计分析软件42个，涉及水力设计与试验、电磁通风计算、推力轴承、结构刚强度、绝缘、关键工艺等。

在引进先进技术的同时，哈电公司要求将自有技术与引进技术有机地融合，最终形成具有哈电特色的技术。

经过分包制造和技术引进及消化吸收，哈电已完全掌握了三峡水轮机组的关键技术，在三峡左岸机组的制造中除了完成6台转轮、5台份调速系统外，还包括8台份的发电机基础埋件、定子机座、发电机轴，并独立制造了14#机组，哈电引进消化吸收的成果已经体现在了三峡左岸机组中。

具有自主知识产权的蒸发冷却技术装备三峡工程
余小波
【期刊名称】《机械》
【年(卷),期】2006(33)11
【摘要】9月2日，东方电机股份有限公司和与中国科学院电工研究所合作承担的“三峡左岸700MW水轮发电机水冷改造为蒸发冷却系统工业化应用研究”项目在四川省德阳市通过中国长江三峡开发总公司组织的专家验收。

标志着东方电机将用具有自主知识产权的、居世界领先水平的蒸发冷却技术装备三峡工程。

【总页数】1页(P66-66)
【关键词】蒸发冷却系统;自主知识产权;三峡工程;技术装备;中国科学院电工研究所;东方电机股份有限公司;水轮发电机;工业化应用
【作者】余小波
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TV68
【相关文献】
1.中国重型机械研究院研发的锻压重大技术装备产业化典型项目(产、学、研、用相结合具有完全自主知识产权) [J],
2.增强具有自主知识产权的重大技术装备制造能力 [J], 曾培炎
3.东方电机将用蒸发冷却技术装备三峡 [J],
4.东方电机将用具有自主知识产权居世界领先水平的蒸发冷却技术装备三峡工程[J], 余小波
5.三峡工程地下电站第二台蒸发冷却机组定子一次通过磁化试验 [J], 张冬梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水轮发电机组运行稳定性分析发布时间：2021-11-24T05:58:42.623Z 来源：《电力设备》2021年第10期作者：杨阳[导读] 进入新时期以来，我国各项事业均快速发展，取得了十分理想的成绩，特别是发电行业以惊人的速度向前发展。

（新疆伊犁河流域开发建设管理局新疆伊宁市 835000）摘要：进入新时期以来，我国各项事业均快速发展，取得了十分理想的成绩，特别是发电行业以惊人的速度向前发展。

水轮机的转轮作为水轮机的重要核心部件，其性能的优劣一方面决定机组的效率，另一方面也对机组稳定性具有关键性的作用。

早期由于制造技术的发展限制，转轮上冠、下环与叶片制造以手工铸造铲磨为主，由于叶片与上冠、下环结构过渡区是转轮力学性能上的薄弱区域，因此在机组运行中此区域极易出现裂纹问题。

本文对于水轮发电机组运行稳定性与转轮裂纹预防进行了阐述。

关键词：水轮发电机组；运行稳定性；问题引言近年来，随着对水力发电工程的深入研究发现，电站水轮发电机组转轮裂纹现象普遍存在，转轮裂纹对电站安全运行造成了极大的影响，因此着力于解决电站的转轮裂纹问题就显得尤为迫切。

1转轮防裂纹设计的措施转轮裂纹是转轮在水中交变载荷作用下材料发生疲劳破坏的结果。

转轮的设计经验、叶片铸造或模压、焊接质量以及机组运行稳定性，都极大地影响着疲劳载荷作用下的转轮寿命。

为使转轮有较好的抗裂纹性能，应在水力、机械设计、材质和制造工艺等方面采取措施。

水轮机转轮具备良好的水力设计的同时应增强其刚度和强度。

应用现代有限元分析方法，对转轮刚强度分析校核，保证足够的刚强度、疲劳强度和控制制造质量。

水轮机转轮抗振防裂纹设计的关键是提高转轮的强度性能，充分考虑转轮的振动特性，避免转轮在水中的固有频率与转轮叶片的转动和导叶尾流相互干扰所产生的水力激振力频率发生耦合产生共振现象。

2信号分析水轮发电机组设备信号可以分为三类：周期信号、非周期信号、随机信号。

水轮发电机运行过程中会出现集中低频随机信号，根据这一特点可以分析出机组运行的周期，这种分析方式比较特殊也具有一定难度。

崛起于电力之巅的中国动力航母——哈电气集团哈尔滨电机厂有限责任公司60华诞纪实本报通讯员王忠孝宋亚平本报记者由庆祝2011年6月2日，从三峡集团总公司传来一个振奋人心的消息，由哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称哈电机）生产制造的三峡地下电站31号机组移交给三峡集团总公司，并被鉴定为精品机组，实现了哈电机为三峡右岸（4台）和地下电站（2台）生产制造的6台具有自主知识产权700兆瓦巨型全空冷水轮发电机组一台比一台好的目标。

这一业绩，为哈电机60年的发展画上了浓墨重彩的点睛之笔。

它标志着哈电机制造的三峡工程重大机电设备国产化达到了一个新的高度。

60年滴水成涛，星火为炬。

60年往事历历，温故知新。

60年家珍再数，感怀切切。

……甲子轮回，从60年前的一片荒芜，到拔地而起的片片现代化厂房；从一个个“零”的突破，到一项项全国第一、世界领先。

一代代电机人，不负共和国发电设备制造业长子的美名和重托，走过了两万多个日日夜夜，挺起了共和国电机工业的脊梁！哈电机的60年，是一部激动人心、荡气回肠的史诗；一部让哈电人不会忘记、黑土地不会忘记、我们的祖国更不会忘记的华章。

崛起——站在世界水电之巅让我们回到哈电机完胜三峡，这个让国人感到骄傲的举世瞩目的伟大时刻。

为三峡提供水轮发电机组是哈电机60年生涯中最值得大书特书的一笔。

14年前，三峡左岸，哈电机还只能做分包商，承担了合同60%的工作量，却只获得30%的利润额，在世界水电设备制造行业中，也是寂寂无闻。

然而14年之后，哈电机完成了从“中国制造”向“中国创造”的跨越，让世界将目光投向哈电机。

哈电机的技术水平、产品水平不但实现了“国内第一”的夙愿，更在国际上达到了一流水平，以其先进的技术和制造能力挺起了民族工业的脊梁。

在三峡右岸机组和地下机组的设计制造中，哈电机有两项技术实现重大突破，一是优质的转轮为机组带来最好的稳定性；二是全空冷技术的应用开创了世界上单机容量最大的全空冷发电机组运行的新时代。

水电机组导瓦的温度升高及热稳定分析与处理摘要：水轮发电机导轴承的作用是：承受机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行。

调试阶段要在各个工况下进行轴承热稳定试验，以验证机组在长时间运行时轴承温度是否能稳定在设定值范围以内。

某水电机组首台机组调试阶段作轴承热稳定试验时，出现下导瓦温度偏高，热不稳定现象。

本文主要分析水电机组导瓦的温度升高及热稳定分析与处理。

关键词：喷淋润滑；导轴承；高温；热稳定引言对于导瓦瓦温过高问题，传统的处理手段是提高冷却效果，降低油温。

但是对于润滑液面较低、轴承大部分裸露在空气中的结构，上述措施无法解决该问题。

本文通过分析导瓦热平衡传递路径，提出了相反的措施，即提高润滑油温度，并辅以增大润滑流量的措施，成功解决了导瓦温度过高及热不稳定问题，同时还通过对比多个试验数据，发现提高润滑油温度比增加进入瓦面润滑油流量所起的作用更加明显。

1、导瓦损耗及热平衡分析为了解决上述问题，首先对导瓦损耗产生机理以及热平衡原理进行分析。

润滑油被滑转子旋转带入导瓦与滑转子之间的间隙以后会受到瓦面、滑转子面的剪切力，对滑转子面以及瓦面产生摩擦阻力并产生摩擦热。

同时油膜分子在层流状态下也相互摩擦产生热量。

这些热量一部分被润滑油通过导瓦出油边带走，另一部分通过润滑油与轴瓦、滑转子之间的对流换热带走，以及导瓦、滑转子与其周围的空气的换热带走。

对于传统的浸泡润滑轴承，还可以通过导瓦、滑转子与浸泡的润滑油换热带走。

导瓦热量无法快速通过润滑油带走，只能通过空气热对流散热。

众所周知，空气传热能力远远低于润滑油，因此导致导瓦上导的热量很难被快速带走。

如果传递到导瓦的热量P3大于导瓦散发到空气中的热量，则会在导瓦上形成热量积累，导致瓦温持续升高，热稳定时间比常规浸泡润滑的轴承更加漫长甚至无法达到热平衡。

2、检查情况乘务员停机后，在运行人员采取了防止机器旋转的安全措施后，维修人员去掉了水管路上的油桶盖。

三峡工程电站设计周述达;谢红兵【摘要】Using physical model and numerical simulation techniques, some technical problems were studied systematically, including layout of power station, measures of sediment and floating debris discharging, types of intake, embedded types of spiral case, layout of underground powerhouse tunnel group and block reinforcement. It was optimal in technique and economy with the arrangement of powerhouse at the dam-toe of both banks + underground powerhouse in the right bank, as well as the intake with a single and small orifice. The sediment and debris problems could be solved with disperse sediment ejection and floating debris discharging holes. With the adoption of techniques for spiral case such as heat and pressure preservation, cushion layer and combined embedding, the stable operation of generating units can be guaranteed. The arrangement of tailrace tunnel with sloping ceiling was better than that of tailrace surge tank. The technical requirements related to the embedding type of spiral case were proposed. The reinforcement of huge unfavorable blocks was discussed and the new idea for block reinforcement using anti-sliding piles and normal compressive stress of structural plane was put forward.%利用物理模型和数值模拟技术,系统研究了三峡电站布置、排沙及排漂措施、进水口形式、机组蜗壳埋设方式,以及地下电站洞室群布置、块体加固等技术问题.研究表明,三峡电站采用两岸坝后厂房+右岸地下厂房的布置及单孔小孔口进水口体型技术经济最优,采用分散排沙和排漂孔可较好解决电站的泥沙和漂污问题,蜗壳采用保温保压、垫层及组合埋设技术均可保证机组稳定运行,采用新型变顶高尾水洞优于设置尾水调压室.同时提出了与蜗壳埋设方式相关的技术标准,并对大型不利块体的加固进行了探讨,提出了利用阻滑键及结构面法向压应力加固块体的新思路.【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2011(013)007【总页数】7页(P78-84)【关键词】三峡电站;布置;排沙排漂;蜗壳埋设;浅埋;块体加固【作者】周述达;谢红兵【作者单位】长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,武汉430010;长江水利委员会长江勘测规划设计研究院,武汉430010【正文语种】中文【中图分类】TV73三峡水利枢纽工程总体布置格局为：河床中部布置泄洪坝段，两侧布置电站坝段和坝后厂房，左岸布置升船机和船闸，右岸布置地下电站。

三峡电站水轮机运行稳定性预测及预防措施
田子勤;刘景旺;胡平
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2003(034)007
【摘要】三峡左岸电站首批机组将于2003年第3季度投产发电,由于三峡电站水头变幅大、运行条件复杂,且机组容量巨大,加之在水轮机模型验收试验中,发现了与通常部分负荷下压力脉动不同的压力脉动峰值带.其表现为幅值大、频率较高.因此,三峡电站首批机组能否安全稳定投入运行,受到各方面的广泛关注.根据模型验收试验的结果,对三峡左岸电站水轮机的运行稳定性进行了初步预测,参考类似电站机组初期投运及运行过程中出现的问题及处理经验,对三峡左岸电站机组投运时可能出现的不稳定问题进行了分析,并提出了相应的几点预防措施.
【总页数】3页(P4-5,17)
【作者】田子勤;刘景旺;胡平
【作者单位】华中科技大学,能源与动力工程学院,湖北,武汉,430074;长江水利委员会,设计院,湖北,武汉,430010;长江水利委员会,设计院,湖北,武汉,430010;长江水利委员会,设计院,湖北,武汉,430010
【正文语种】中文
【中图分类】TV737
【相关文献】
1.三峡电站水轮机运行稳定性研究 [J], 张富钦;温国珍
2.三峡电站水轮机主轴成形与装焊工艺 [J], 陈明
3.三峡电站水轮机运行稳定性研究 [J], 张富钦;温国珍
4.三峡电站700MW水轮机座环监造质量控制 [J], 程诗昊;尹红建;段利英
5.大藤峡水利枢纽水轮机运行稳定性分析及预防措施 [J], 陈晓彬; 罗红云; 陈朝因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

蒸发冷却技术在李家峡水电站水轮发电机组的应用概要简介李家峡水电站是中国大型水电工程之一，位于甘肃省临夏回族自治州康乐县境内，距离黄河约37公里。

该电站总装机容量达到4.2万兆瓦，是中国最大的水电站之一。

作为水轮发电机组，靠水的转动产生机械能，再转换为电能。

为了保证水轮发电机组的安全及性能的稳定运行，对机组进行有效冷却是至关重要的。

在李家峡水电站，采用了蒸发冷却技术来降低机组的工作温度，本文将着重介绍该技术的应用概要。

蒸发冷却技术简介蒸发冷却技术是一种传统的家庭空调系统，其原理是利用水的蒸发吸热，将热量从空气中带走，实现降温。

蒸发冷却技术在李家峡电站的应用也类似，即利用水的蒸发吸热，将机组散热，保证机组的安全及性能的稳定运行。

蒸发冷却技术主要分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种方式。

•直接蒸发冷却直接蒸发冷却技术利用自然蒸发吸热原理将水蒸发为水蒸气，使空气温度降低，从而实现冷却。

直接蒸发冷却一般采用湿式冷却塔，即水从顶部喷淋下来，通过塔身内的湿帘进行蒸发，将热量带走，达到降温目的。

但湿式冷却塔也存在易滋生细菌等问题。

•间接蒸发冷却间接蒸发冷却技术是在蒸发过程中，让水和要冷却的物体分别位于两个不同的密闭空间，通过热交换管实现热量的传导，避免了直接接触，也避免了细菌等问题的产生。

李家峡水电站应用概要李家峡水电站应用的是直接蒸发冷却技术，其主要装置为湿式冷却塔。

在湿式冷却塔内，水从顶部喷淋下来，通过塔身内的湿帘进行蒸发，将热量带走，达到机组的降温目的。

李家峡水电站应用蒸发冷却技术的优势主要体现在以下三个方面：1.安全性高蒸发冷却技术采用的是水蒸发吸热的原理，不需要使用任何液体冷却剂，不存在漏液等安全隐患。

2.效果明显采用蒸发冷却技术后，机组散热效率大大提高，降温速度快，机组运行温度稳定，保证了机组的性能和寿命。

3.节约能源相比于其他方式进行机组散热，蒸发冷却技术不仅效率更高，而且能够节约一定的能源消耗，有利于环保节能。

蒸发冷却技术在李家峡水电站水轮发电机组的应用主要从设计、制造、安装、试验等一系列重要环节进行分析，论证了李家峡水电站大型水轮发电机组在保留原有空冷基础，保持机组基本结构尺寸不变的状况下，初次在400MW水轮发电机组中进行蒸发冷却技术的可行性，并结合李家峡4#机组近两年的运行状况，对蒸发冷却技术在水电站大型机组的设计与应用方面提出了一些设想。

1、水轮发电机冷却技术的进展水轮发电机的冷却方式有全空冷、定子水内冷、转子空冷、以及定转子水冷等方式。

全空冷的水轮发电机具有结构和系统简洁、运行维护简便等优点，向大型化进展时，电负荷大造成温上升而影响绝缘寿命，限制了制造容量的提高。

空气冷却的特点是定子绕组绝缘内导体的发热量必需经过绝缘外表向空气散热，或者再经过铁芯传导后向空气散热的冷却方式它必定导致导体温上升。

当机组立体性尺寸增大，绕组的高温升还会引起定子铁芯的热变形，以及过大的热应力。

电机起停过程时的冷热循环造成绕组伸缩而使绝缘疲惫脱壳，以及与定子槽的相对滑动等，这已经成为大型发电机的重要问题而影响电机的牢靠性。

此外，转子重量大，机械应力、以及轴承载负大等均增加了制造的难度。

水内冷技术虽然突破了上述的限制，但又带来了下列问题，①水的泵循环及水的去离子净化系统;②水的净化不够时的结垢以及氧化物的堵塞问题;③水一旦泄漏会引发绝原因障。

蒸发冷却技术正是为了继承冷的优点而克服它的缺点，不断在稳步进展。

在10MW和50MW水轮发电机工业机组研制胜利和长期牢靠运行的基础上，将李家峡4#机组定子绕组由空冷改为蒸发冷却，一方面可以改善原来机组的性能，另一方面可以通过试验为更大型的机组取得研制与运行的阅历。

2、4#水轮发电机组蒸发冷却的设计2.1设计原则李家峡4#机组是在3台空冷机组已经投产，且本机组肘管部分安装已经完成的状况下才改用蒸发冷却的。

由于李家峡水电站为双排机布置，转变冷却形式对结构转变的工程量较大，所以在改用蒸发冷却时要求4#机的发电机总体结构布置、掌握尺寸和定、转子高程不变，且尽可能与已投运的三台空冷机组保持全都。