goldisthal抽水蓄能电站的创新设计(1)

GoldisthalGoldisthal 抽水蓄能电站的创新设计抽水蓄能电站的创新设计(1)(1) 摘要：XX 年 9 月 30 日，德国图林根州为 1060MW 的 Goldisthal 抽水蓄能电站举行了正式的落成典礼。本文着 重对发电机组及其在线监测系统的创新设计做了总结回顾。 关键词：Goldisthal 抽水蓄能电站创新设计 经过了六年多的施工建设，XX 年 2 月 3 日， VattenfallEuropeGeneration1060MW 的 Goldisthal 抽水蓄 能电站第一台水泵-水轮机投入运行。 Goldisthal 电站位于德国图林根州南部的 Schwarza 河 上，是欧洲最大的抽水蓄能电站之一。最早的两个电站装 机容量都是 265MW，已经投入使用，并且成功地为 Vattenfall 的高压输电网送电。XX 年伊始，另外两个变速 机组也将投入运营。Goldisthal 电站将会跻身于世界上最 大的、最先进的抽水蓄能电站行列。 负责水泵-水轮机组（KonsortiumGoldisthal 水力发电 站）的集团包括 VATECHEscherWyss 股份有限公司、Voith 西门子水力发电站和 CKDBlansko 工程部门等等。发电机由 ARGEAEV 集团提供，包括 AlstomEnergietechnik 股份有限 公司和 VATECHELIN 股份有限公司。 土建工程包括发电主厂房、隧洞和上游水库，其承建 者是 ARGEPSWGoldisthal 集团。 上游水库环形坝的沥青衬砌是由瑞士的 WaloBertschinger 施工，下库主坝的沥青衬砌由 Strabag 完成。 1.创新与协作 Goldisthal 是德国新近修建的唯一一座最大的水力发 电设计方案，至少超前 20 年。由于它包括 4 个发电能力 331MVA 的机组，它不仅是世界上同类电站发电量最多的一 座，最具能量的设备之一，而且还有一些创新点。 完全自动化环形焊接技术（TIG-Hot 金属丝过程）首次 应用于焊接钢制隧道内衬的环形接缝，达到了很高的安全 性和焊接质量，其效率是手工焊接的两倍，而且证明对于 高强度 QT 钢焊接是最好的。在点焊前，所有的焊接参数和 程序都已经在 VATECH 水力发电站的林茨工厂按 11 的比 例原形展现。焊工的培训以及焊接程序的测试也将随后进 行。 VATECHHydro 对 Goldisthal 的提供范围包括变速异步 发电机和同步发电机的详细设计，活动部分、轴承、轴和 转动部分的生产，交流线圈的安装，所有装置安装和投入 运营的监督管理，以及 DIATech 追踪诊断体系的安装。较 大的水力发电设备，包括节制闸、叉管和所有的进、出口 的水工钢结构都是由 VATECHHydro 和 Linz 提供的，电动机 是由 VATECHHydro 和澳大利亚的 Vienna/Weiz 提供的。 2.提高效率 8400t 钢隧道内衬是在一个临时的野外制造厂现场生产 出来的。节制闸门和钢隧道内衬总共有 3XX0t，其中 160000t 是在临时的施工现场生产的。 这种电动发电机的主要优点之一就是可以在分载涡轮 运转方式（标准操作）下显著提高效率。为了实现变速运 转，四台发动发电机其中两台是带有旋转炉双馈异步电机。 与正常的同步电机不同的是其转子是由三相交流电提 供能量，这就可以通过用一个低频率变化的转动场传动转 子来改变转动，而且是有计划地设计一套可确保高效运作 的程序。在水泵运转中，为了高压输电网的稳定输出，可 以控制输出量。这些机器额定电能 331MVA、额定电压 18KV 和 300347 的转速（535 转/分钟） ，另外的两台设计成常规 的静态激振同步电机。 该级别的异步电机在欧洲是特有的。类似产品只有在 日本生产过。在欧洲和美国使用的许多大电机都是 VATECHHydro 生产的。 在德国，VATECHHydro 与他的合作伙伴 VoithSiemensHydro 和 CKDBlansk 已经协作完成设计、供货 并将完成安装、委托代理这四台水泵-水轮机，包括附件。 在机械上，已经实现了水泵-水轮机组设计上的创新。最显 著的设计特性包括一个带有轻型调速环导叶运行装置设计 理念、FEM 计算、最优化的蜗壳设计和在没有水压力的情况 下埋置蜗壳。用于 Goldisthal 水泵-水轮机预应力导叶轴 承证实了 VATECHHydro 的技术在一些年前已经有所发展， 尤其应用于水泵-水轮机组。 VATECHHydro 作为水泵-水轮机协会的领导者，应对水 泵-水轮机的基础工程技术负责，提供一套座环的蜗壳、两 套完整的带有导叶的导叶装置、上下机盖、两套转轮、专 门为安装水泵-水轮机建起的成套工具等等，还有发电站的 高低压系统。3.监测和故障早发现 鉴于生产最大化和成本最小化的重要性，先进的监测 和诊断系统对环境改变下的监测指示，对于分析趋势和超 越警戒水面提供警告是十分重要的。它们应该提供在发生 严重破坏之前非正常老化和故障变异原因的快速诊断，这 些分析和诊断结果可以帮助电站操作员、技术专家和电站 业主作出明智的选择，这样就可以降低维修费用和提高发 电效率。 硬件和软件的利用是根据现代系统概念面向未来的发 展和补充，也应支持溶合现有的监测部件要素和一定用户 的扩充。 早期故障诊断、减少不定期的运转中断和缩短修理时 间是将来运作过程的主要目的。此外，长时间的电子存储 精确的结果能够更容易地了解历史数据，不仅在数据分析 时具备巨大的优势，而且还可以帮助改善电站经营。达到 峰值能量供应表明提高了效率。 为了完成这些目标，在 Goldisthal 的抽水蓄能电站上 装备了 DIATECH 监测和诊断系统。 4.在线智能监测系统 在一定程度上 DIATECH 系统和国际供电公用公司合作 发展。软件和硬件是由微软公司生产的“视窗”操作系统 的技术发展而来的。它的模数体系结构使得对单个操作者 的专用方案增强和补充发展成为可能。这种开放式的系统 体系结构允许三方成果的简单综合。 各种诊断模块（已知模块）对于机械、绝缘和热力问 题的鉴定是有用的，验证和监测不同的运转方式（停止、 启动、稳定状态、关闭）和模型（例如发电、同步电容器 运转、水泵作用运转） 。 使用这种在线智能监测系统，能够较早发现主要机器 部件的状态改变，而且更容易判断应力的大小，从而事先 提供一个基本可靠的维修策略。这使得监控机器管理简化， 与此同时改进电站的实用高效。 5.气候和地貌 旱季水库将提供 106m3 的水量并在雨季水库能起到控 制增大洪水的作用。由于上下库水位差很大，因此，两库 的水都允许使用。 在站点，特殊的气候条件要求所有的安装制作必须在 抗寒的条件下完成。必须严格地遵从许多的环境规律，尤 其是对于野外装配工作。与土木承包商的密切合作对隧洞 工程的完成也是