科创中国

行业领域

高端装备制造产业,节能环保产业

需求背景

白山水电站位于松花江上游吉林省桦甸市白山镇境内，安装有5台混流式水轮发电机组，总装机容量1500MW，为国产化首批30万千瓦的水轮发电机组。主要承担着东北电网系统调峰、调频和事故备用的作用，是东北电网最大的水电站。

白山水电站由左岸、右岸电站和抽水蓄能电站组成。其中一期（右岸）1#、2#、3#机组分别于1983年～1984年相继发电，二期（左岸）4#、5#机组于1991年～1992年发电。一期和二期电站安装了5台国产单机30万KW混流式水轮发电机组，由哈尔滨电机厂制造，水轮机型号为HL200-LJ-550。白山一期、二期电站机组均已运行25～30年以上。虽然采用当时最先进的设计思路和设备装置，但不可避免的受到材料、工艺、方法和理念的限制。随着机组运行年限增加，各种问题越来越凸显出来，尤其水轮机部分问题最多。其中水轮机转轮汽蚀严重，频繁出现裂纹，经过反复维修叶片已经变形，在30%Pr和50%Pr负荷区间出现振动区域。因转轮、导叶、顶盖等设备位于整个机组的底部，为满足缺陷处理条件，受拆装顺序限制，往往需要被迫对整个机组进行拆装，重达几百吨甚至近千吨的设备吊出、吊入，检修工作存在着极大的安全风险，耗费巨大的人力、财力、物力。同时机组检修周期缩短，检修维护费用增加，机组等效可利用小时数减少，严重影响机组的安全经济稳定运行。为了从根本上改善上述问题，急需进行水轮机的更新改造。

2010年开始，哈尔滨电机厂有限责任公司（简称哈电）根据业主提出的改造意向，开始进行白山电站改造的前期参数论证和分析。白山电站供电范围为东北电网，在系统中担负调峰、调频和事故备用等任务。由于其调峰任务的需要，机组将经常处于旋转待机备用状态，而在非调峰状态下，又经常带小负荷调频运行，这样的运行特点要求机组除在水轮机正常运行范围稳定运行外，在部分负荷运行时也要有较高的稳定性能，也就是要求全范围稳定运行。由于混流式水轮机转轮叶片是固定式，不能随着运行工况调整安放角度，在偏离设计工况时，必然会出现转轮内部水流不稳定流动现象，从而产生水轮机运行的不稳定性。据对白山电站运行特点的分析，其大部分时间运行在额定水头和高水头之间，因此，在电站改造转轮设计中，如何改善高水头部分负荷的稳定性能，扩大水轮机的稳定运行范围，保证全负荷稳定运行是项目研究中的主要攻关目标，也是难点所在。

从2011年至2014年，项目组经过了三个轮次多个转轮的水力开发和模型试验，采用了近年最新的设计理念，并且经历了三次水轮机模型的专家见证试验，最终得出了符合白山电站运行特点的新型转轮A1243。该成果使水轮机整体效率有了大幅度的提高，特别是部分负荷稳定性能有了重大突破，为白山改造全负荷稳定运行奠定了坚实的基础。

需解决的主要技术难题

从水电市场的分布来看，国内早期相近水头段的电站较多，如白山、李家峡、云峰、新安江等，运行长达数十年，出现的问题与白山电站改造前类似，同样需要彻底的更新改造来解决问题。本成果不仅可以用于白山电站，而且可以用于水头和比转速接近的其它电站水轮机改造，应用前景广阔。此项目的完成使哈电在该水头段水轮机整体设计水平实现向更高台阶跨越和突破，为我公司在该水头段提供强大的技术支持，同时提升我公司市场竞争力，具有可观的经济、社会效益。

期望实现的主要技术目标

目前，白山混流机组改造已经运行的4台机组全范围运行良好，达到了改造的目标。项目研究技术成果为后续相近水头段电站改造提供了技术储备和成功的范例。项目成果可为后续新电站水轮机设计和老电站水轮机改造设计提供借鉴，将显著提高机组和电站的安全稳定运行水平，进而保障电网宽裕度、高灵活、强稳定的运行，促进可再生能源的消纳，具有广阔的市场应用前景，产生显著的直接和间接经济效益、巨大的社会和生态环保效益。

需求解析

解析单位：“科创中国”高端装备制造产业科技服务团（中国机械工程学会） 解析时间：2022-11-01

袁俊瑞

中国机械工程学会

高工

综合评价

白山混流机组改造均为哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称哈电）中标，陆续签订了5台机组的改造合同，总额达到2.31亿元。项目成果为哈电带来了巨大的直接经济效益。已经运行的3台机组全范围运行良好，达到了改造的目标。 项目研究技术成果为后续相近水头段电站改造提供了技术储备和成功的范例。此项目的完成能够促使哈电在该水头整体水平的提高和突破，大大拉近我公司与国内外其它厂家的先进水平的差距，为我公司在该水头段提供强大的技术支持，同时提升我公司市场竞争力，在未来的电站改造市场上将会创造更大的经济与社会效益。

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