8月24日,由东方电气集团东方电机有限公司制造的目前世界最大单机容量发电机——台山1号1750兆瓦核能发电机完成制造并顺利发运。
台山1号核能发电机是半转速汽轮发电机型,采用高效的水氢氢冷却方式,其转子直径为2040mm,接近常规火电1000兆瓦级汽轮发电机的2倍,定子和转子的总重达800多吨,是东方电机迄今为止制造的技术难度最高、结构最复杂、制造最精密、体积最大、重量最重的汽轮发电机,是目前世界最大单机容量的发电机。
该发电机的成功制造标志着东方电机自此形成了从1000~1800兆瓦等级全系列核电发电机的制造能力,在大容量、高参数发电机制造领域再次刷新纪录。
专项团队攻克了一个个难题
台山核电站是我国首座、世界第三座采用EPR三代核电技术建设的大型商用核电站,是中法两国迄今为止在核能领域的最大合作项目。2008年2月,东方电气集团与阿尔斯通公司合作获得了采用法国EPR型第三代核反应堆的广东台山核电站常规岛设备合同。东方电机为台山核电站提供首期全部两台核能发电机。
回望台山核电发电机的制造历程,从定子机座转入发电机分厂开始装配制造到第一次试运行,充满挑战,历经艰辛,台山核电的制造是一条布满荆棘之路。
从2010年11月22日机座上装压工位,定子装压工序开始,东方电机选拔包括设计和工艺工程师、项目生产管理以及车间操作工人的精兵强将成立台山核电装配专项团队,多次召开技术研讨会,结合其他机组铁芯装压经验,精心编制工艺技术方案。经过多次工艺样件试验,最终确定了该机组的“定子预留热压缩量”及 “齿轭部松紧控制量”两项重要的工艺参数,由此完善了铁芯装压工艺流程,顺利完成铁芯装压工作;通过在模拟定子上进行近十次槽楔装打烘焙试验,获取打槽楔最理想工艺数据,顺利开展定子嵌线工序工作;通过自主设计可靠工装,选定可靠的保护气体,精心修配焊缝间隙,最终攻克了定子环形引线装配的配装等装配瓶颈。
尤其令人难忘的是在最为关键的核电转子嵌线装配工作中,由于转子的主绝缘———槽衬异常“娇气”,其对环境的温度、湿度要求极高。为此专项团队仔细分析相关技术要求和工艺规程,开动脑筋创新制造方法。为解决了线圈很难放进槽内的技术难题,攻关队员自主设计出一件专用工装———嵌线引导块,在攻克难关的同时还提高了工作效率,该措施得到了外方技术专家的一致好评。为进一步加强对转子下线净化间环境的温度、湿度的控制,增加了转子装配净化间的空调和大型除湿机,增加温湿度检测仪,同时操作者每隔一小时记录一次周围环境的湿度及温度,严密监控、及时调整,保证了净化间环境达到工艺要求。
脑子一直想试验根本睡不着
台山核电是目前世界上单机容量最大的核能发电机,也是东方电机生产任务的重中之重。为此,东方电机研试中心和产品开发部门挑选技术过硬、经验丰富的技术人员加入专项团队针对台山核电项目做了长达三年的技术准备,在生产制造台山核能发电机的过程中针对台山核电定子和转子在生产制造过程中出现的问题,每天聚在一起进行讨论、研究,节假日也都会如期进行。为了解决一个难题,团队往往提出好几种方案,然后一个方案一个方案的反复计算分析并且进行实验,一个实验往往都要反复验证试验与改进,最终选择一个最佳方案。
2008年加入绝缘研究室的刘伟对反复试验的那段时间记忆犹新:“一个20几岁的年轻人,本来应该是12小时睡不醒的,那段时间我一天才睡5、6个小时,脑子一直在想试验,根本睡不着!”
多个工艺创新成就首台发电机
在台山核电机组制造工艺技术上,工艺技术人员借鉴外方经验,结合公司的装备状况、技术及管理水平,对台山1750兆瓦核能发电机制造技术进行了多项工艺试验、工艺研究,开发了转子线圈装配新工艺、定子线棒制造新工艺、护环装配新工艺、油密封系统装配新工艺等一系列创新成果,攻克了装配关系复杂、加工精度极高的困难,并成功应用于首台发电机的试制中。
台山核电机组在制造工艺技术上有许多难点,以台山转子装抽工艺为例:台山核电机组转子长近 16米,直径达2.04米,重近280吨,定子长12米,在这种困难的条件下,要实现装抽转子的平稳、可靠且不能对定转子造成任何的损坏,对工艺人员提出了很高的要求,以前的工艺方案和工艺装备都不再适用,必须创新。为此工艺部成立了专门的工艺专项团队,收集国内外定转子装抽较成功的工艺方法,经过对比,选用了较先进的气垫式装抽转子工艺方法,即用高压气体将转子悬浮起来,不与定子接触,完成整个转子插入定子的装配工艺过程。这种方法虽好,但要实现用高压气体将280吨转子在定子插装过程中悬浮起来,避免对定子损伤的全新工艺方法,仅凭手中掌握的非常有限的资料,其难度相当大。
攻关成员们抱着华山一条路,必须成功信念,查阅大量资料、经过多次计算分析,多次结构设计评审及三维模拟仿真工艺验证、工艺装备试验验证,终于攻克一个个技术难题,圆满完成定转子装抽工艺方案及工艺装备的设计、制造,成功运用气垫将转子顶起,完成了台山转子的装抽工作。
油密封系统装配是另一技术难点。该套油密封装配过程复杂、繁琐,传统交底方式无法形象描述装配过程。为使操作者能尽快熟悉、掌握其装配方法,工艺人员利用晚上加班的时间精心制作了台山核电油密封装配的三维动画版给操作者进行演示,操作工人通过对三维动画的观摩学习,准确掌握了装配方法,顺利地完成了发电机的总装。
“以前都是自己看图纸进行装配,不但慢,而且遇到精密、复杂装配时就容易出错,这次是第一次先通过观摩三维动画进行直观的学习,再理解工艺规范的要求,很快我们就掌握了装配工艺,顺利完成了装配任务。”一名操作工人说。
贯彻四个“凡事”严把核电质量
“凡事有章可循,凡事有据可查,凡事有人负责,凡事有人监督。”台山核能发电机项目执行以来,东方电机有限公司认真贯彻四个“凡事”,要求按照项目管理的模式,进行过程质量管理,使每个质检人员清晰的认识到,质量过程控制,是一个质量控制点层次分明、布局合理的过程。
在生产制造台山和电机过程中,质检专项团队不停地尝试各种方式来完善过程质量控制。例如,针对项目某些部件的特殊要求,采取多种形式,完善质量检验及试验方法,最大限度地发挥质量控制环节的作用;装配阶段对转子、定子、总装等重要装配工序,编制检查记录卡,由工艺部门会签,发电机分厂执行,每序要求操作者或检查员签字确认,避免了漏序现象;对NCR单按部件分类管理,对经常出现的同一不符合现象,归纳分析,主动反馈信息,及时解决生产难点等等。
质检员戴春鸿回忆说:“印象比较深的是台山核电机型式试验计划的高效执行。质检部大试站专门编制了多达30个型式试验程序,所有试验程序经多次评审。同时专门成立了台山 1750兆瓦总装及型式试验组织机构,对台山1750兆瓦总装及型式试验分工落实到具体试验人员,并且对每个试验项目,都做出较为准确的时间安排,尤其是台山机组额定氢压高达0.6MPa6兆帕,在所有东方电机厂内型式试验中最高,危险系数大,我们通过多次安全应急预演,确保紧急情况出现时每个参试人员能各司其职,最终确保型式试验顺利进行。”
据了解,东方电机已经获得国内核电市场近半壁江山,分别与中广核、中核、中电投和国家核电签订了二代半、三代等6种机型的核电发电机供货合同。目前东方电机已拥有二代半CPR1000压水堆1150兆瓦核能汽轮发电机、第三代EPR压水堆1750兆瓦核能发电机、AP1000压水堆1250兆瓦核能发电机制造技术,并正在自主研制CAP1400、ACP1000、模块式小堆ACP100压水堆核能发电机技术,拥有齐全的二代半和三代核能发电机产品。特别是2012年11月签订的国家重大专项———国核压水堆示范工程常规岛TG包设备研制采购合同,意味着东方电机将担负起为我国第一座具有独立自主知识产权的第三代压水堆示范电站装备两台1400兆瓦级大型核能发电机设备的光荣使命。目前,东方电机已产出核能发电机14台,总容量约为15790兆瓦,成为目前国内产出核能发电机台数最多的电机制造企业。
台山核电站一期工程两台机组建成后,年上网电量约260亿千瓦时,每年可节约电煤消耗1050万吨,减少温室气体排放约2275万吨。