大型抽水蓄能電站水泵水輪機國產化的經驗

王磊

摘要：抽水蓄能電站與普通的電站相比運作程序更加復雜、工作條件也更加嚴苛，其通常需要進行兩種運行工況的切換：一種是水輪機運行工況，即發電。另一種是水泵運行工況，即抽水蓄能。通常，重型旋轉機械進行方向的不斷變換以及可逆轉的機組變化存在一定難度，在制造上也具有相當苛刻的要求。近年來，我國加強了對水泵水輪機的研制和開發，然而在制造上仍舊存在一定的困難。本文就大型抽水蓄能電站水泵水輪機國產化的經驗進行了詳細總結和分析。

關鍵詞：抽水蓄能；電站；水泵水輪機；國產化

早期，我國無法進行大型抽水蓄能發電機組的生產和制造。直到近幾年國內公司與國外制造廠商進行合作，才成功完成一些發電機組的制造和生產。如青松、白龍等電站，這些電站掌握了相應的制造技術，并且將其更進一步的發展。水泵水輪的國產化是蓄水發電機組生產的關鍵，其能夠大力推進發電機組的國產化生產。因此，進一步加強水泵水輪生產技術的研究是必不可少的。通過對國外技術的引進和借鑒，進一步創新和發展，逐步取得成功。本文對國內的研究經驗進行了相應的總結和分析。

1 開發過程中存在的問題

首先，在開發水利性能的過程中，開發人員不僅要考慮水輪機的運行工況是否與水泵的運行工況相匹配，還要考慮兩者都具備良好的性能，從而確保設備的合理運作。這是開發過程中一個難以解決的問題。其次，電站對備用庫容發電的能力有一定的要求，所以水頭的變化幅度必須在一定程度上進行加大。通常，國產機組的毛揚程最大和最小之比約為1.2546，較之法國要高出很多，這就導致水泵水輪機的空化指標、能量等水平和質量方面都受到了影響，進而增加開發難度。

2 技術的優化與創新

我國在該項技術研究與開發的過程中，完成了參數的論證與選擇、部件的優化、模型的裝置等多方面的技術優化與創新。A971水泵水輪機參與了研究與開發，并且取得了相應的成果。優化結果顯示：與A971相比，A999的綜合性能更佳優良，因此決定將其作為模型進行轉輪的驗收。整個優化過程之中，我國采用了兩種優化與創新的手段，分別是：兩種運行工況之間相互匹配、改善運行的穩定性。在創新與優化的過程中，我國研究人員對它的參數優化方向進行了創新性的選擇，不僅確保了水輪機和水泵兩者的運行工況，還滿足了兩者在完成目標運行的前提下，利用水輪機運行結果對參數進行校對；為了更進一步研究水泵在運行的過程中轉輪出水邊處所形成的葉片幾何形狀，對沒有葉片的區域，也就是葉片之間存在空隙的區域的穩定性進行了分析與探究，了解了幾何形狀對穩定性的影響，并且改變了葉片出水邊和導葉近水邊的原有的平行狀態，使兩者之間的空間出現交錯的現象。

3 各項性能指標

3.1 水泵工況情況之下

在機械最高效率運轉之下，其模型值為91.29%，原型值為93.31%；在加權平均效率的情況下，其模型值為91_10%，原型值為93.14%；其臨界空化系數σ-0.2=0.225；壓力脈動值的最大數值為23.5%。

3.2 水輪機工況情況之下

機械的最高工作效率的模型值為91.83%，原型值為94.16%；在加權平均效率的情況下，其模型值為88.94%，原型值為91_21%；其臨界空化系數σ-0.2 0.134；壓力脈動值的最大數值為6.43%。

經過試驗驗收，我們可以得出結論：不論是在水泵的運行工況之下，還是在水輪機的運行工況之下，國內開發的轉輪的能量指標、壓力脈動性能等數值指標都十分良好，且其他特性也滿足開發需求。

4 壓力脈動水平

4.1 水泵工況

通常，我們要將測點的位置固定在蝸殼進口、椎管上游/下游、肘管內側/外側等位置。通過測量我們可以得知：在導葉的后方和渦輪前方的壓力脈動值，不論在國外還是國內都是最大值。然而，國內的數值為3.5%，與國外相比相對優化。

4.2 正常運行的水輪機工況

測點放置在頂蓋與轉輪兩者之間、椎管上游/下游、肘管內側/外側等位置。通過測量可以得知：壓力脈動幅值出現最大數值的位置在椎管的上游，國內的數值為6.43%，國外的數值為5.7%，可見國內外的差距并不大。

4.3 空載的水輪機工況

通過測量可以得知：如果水輪機進行空載運行，那么導葉后部和轉輪前方的部分會出現數值最大化的壓力脈動幅值。進行國內外測試結果的對比，可以發現國內外的技術水平旗鼓相當。

4.4 結果對比

通過結果的對比，我們可以得知：國內生產的水泵水輪機與國外生產的水泵水輪機相比，如果在水泵的工況運行區域，那么壓力脈動幅值要小于國外設備；如果在水輪機的工況運行區域之內，那么國內外的水平相似，沒有較大的差異。

5 結語

綜上所述，水泵水輪機的國產化已經能夠有效填補國內的技術空白，并且與全世界的技術水平同步，能夠在一定程度上取代進口設備。通過自主開發研制，我國具備了相應的知識產權，在激烈競爭的市場之中占據了一定的地位。