摘要：2003年9月30日，德國圖林根州為1060MW的Goldisthal抽水蓄能電站舉行了正式的落成典禮。本文著重對發(fā)電機組及其在線監(jiān)測系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計做了總結(jié)回顧。

關(guān)鍵詞：Goldisthal 抽水蓄能 電站 創(chuàng)新設(shè)計

經(jīng)過了六年多的施工建設(shè)，2003年2月3日，VattenfallEuropeGeneration(VE-G)1060MW的Goldisthal抽水蓄能電站第一臺水泵-水輪機投入運行。

Goldisthal電站位于德國圖林根州南部的Schwarza河上，是歐洲最大的抽水蓄能電站之一。最早的兩個電站裝機容量都是265MW，已經(jīng)投入使用，并且成功地為Vattenfall的高壓輸電網(wǎng)送電。2004年伊始，另外兩個變速機組也將投入運營。Goldisthal電站將會躋身于世界上最大的、最先進的抽水蓄能電站行列。

負責水泵-水輪機組(KonsortiumGoldisthal水力發(fā)電站)的集團包括VATECHEscherWyss股份有限公司、Voith西門子水力發(fā)電站和CKDBlansko工程部門等等。發(fā)電機由ARGEAEV集團提供，包括AlstomEnergietechnik股份有限公司和VATECHELIN股份有限公司。

土建工程包括發(fā)電主廠房、隧洞和上游水庫，其承建者是ARGEPSWGoldisthal集團。

上游水庫環(huán)形壩的瀝青襯砌是由瑞士的WaloBertschinger施工，下庫主壩的瀝青襯砌由Strabag完成。

1.創(chuàng)新與協(xié)作

Goldisthal是德國新近修建的唯一一座最大的水力發(fā)電設(shè)計方案，至少超前20年。由于它包括4個發(fā)電能力331MVA的機組，它不僅是世界上同類電站發(fā)電量最多的一座，最具能量的設(shè)備之一，而且還有一些創(chuàng)新點。

完全自動化環(huán)形焊接技術(shù)(TIG-Hot金屬絲過程)首次應(yīng)用于焊接鋼制隧道內(nèi)襯的環(huán)形接縫，達到了很高的安全性和焊接質(zhì)量，其效率是手工焊接的兩倍，而且證明對于高強度QT鋼焊接是最好的。在點焊前，所有的焊接參數(shù)和程序都已經(jīng)在VATECH水力發(fā)電站的林茨工廠按1∶1的比例原形展現(xiàn)。焊工的培訓以及焊接程序的測試也將隨后進行。

VATECHHydro對Goldisthal的提供范圍包括變速異步發(fā)電機和同步發(fā)電機的詳細設(shè)計，活動部分、軸承、軸和轉(zhuǎn)動部分的生產(chǎn)，交流線圈的安裝，所有裝置安裝和投入運營的監(jiān)督管理，以及DIATech追蹤診斷體系的安裝。較大的水力發(fā)電設(shè)備，包括節(jié)制閘、叉管和所有的進、出口的水工鋼結(jié)構(gòu)都是由VATECHHydro和Linz提供的，電動機是由VATECHHydro和澳大利亞的Vienna/Weiz提供的。

2.提高效率

8400t鋼隧道內(nèi)襯是在一個臨時的野外制造廠現(xiàn)場生產(chǎn)出來的。節(jié)制閘門和鋼隧道內(nèi)襯總共有320000t，其中160000t是在臨時的施工現(xiàn)場生產(chǎn)的。

這種電動發(fā)電機的主要優(yōu)點之一就是可以在分載渦輪運轉(zhuǎn)方式(標準操作)下顯著提高效率。為了實現(xiàn)變速運轉(zhuǎn)，四臺發(fā)動發(fā)電機其中兩臺是帶有旋轉(zhuǎn)爐雙饋異步電機。

與正常的同步電機不同的是其轉(zhuǎn)子是由三相交流電提供能量，這就可以通過用一個低頻率變化的轉(zhuǎn)動場傳動轉(zhuǎn)子來改變轉(zhuǎn)動，而且是有計劃地設(shè)計一套可確保高效運作的程序。在水泵運轉(zhuǎn)中，為了高壓輸電網(wǎng)的穩(wěn)定輸出，可以控制輸出量。這些機器額定電能331MVA、額定電壓18KV和300347的轉(zhuǎn)速(535轉(zhuǎn)/分鐘)，另外的兩臺設(shè)計成常規(guī)的靜態(tài)激振同步電機。

該級別的異步電機在歐洲是特有的。類似產(chǎn)品只有在日本生產(chǎn)過。在歐洲和美國使用的許多大電機都是VATECHHydro生產(chǎn)的。

在德國，VATECHHydro與他的合作伙伴VoithSiemensHydro和CKDBlansk已經(jīng)協(xié)作完成設(shè)計、供貨并將完成安裝、委托代理這四臺水泵-水輪機，包括附件。在機械上，已經(jīng)實現(xiàn)了水泵-水輪機組設(shè)計上的創(chuàng)新。最顯著的設(shè)計特性包括一個帶有輕型調(diào)速環(huán)導葉運行裝置設(shè)計理念、FEM計算、最優(yōu)化的蝸殼設(shè)計和在沒有水壓力的情況下埋置蝸殼。用于Goldisthal水泵-水輪機預應(yīng)力導葉軸承證實了VATECHHydro的技術(shù)在一些年前已經(jīng)有所發(fā)展，尤其應(yīng)用于水泵-水輪機組。

VATECHHydro作為水泵-水輪機協(xié)會的領(lǐng)導者，應(yīng)對水泵-水輪機的基礎(chǔ)工程技術(shù)負責，提供一套座環(huán)的蝸殼、兩套完整的帶有導葉的導葉裝置、上下機蓋、兩套轉(zhuǎn)輪、專門為安裝水泵-水輪機建起的成套工具等等，還有發(fā)電站的高低壓系統(tǒng)。

3.監(jiān)測和故障早發(fā)現(xiàn)

鑒于生產(chǎn)最大化和成本最小化的重要性，先進的監(jiān)測和診斷系統(tǒng)對環(huán)境改變下的監(jiān)測指示，對于分析趨勢和超越警戒水面提供警告是十分重要的。它們應(yīng)該提供在發(fā)生嚴重破壞之前非正常老化和故障變異原因的快速診斷，這些分析和診斷結(jié)果可以幫助電站操作員、技術(shù)專家和電站業(yè)主作出明智的選擇，這樣就可以降低維修費用和提高發(fā)電效率。

硬件和軟件的利用是根據(jù)現(xiàn)代系統(tǒng)概念面向未來的發(fā)展和補充，也應(yīng)支持溶合現(xiàn)有的監(jiān)測部件要素和一定用戶的擴充。

早期故障診斷、減少不定期的運轉(zhuǎn)中斷和縮短修理時間是將來運作過程的主要目的。此外，長時間的電子存儲精確的結(jié)果能夠更容易地了解歷史數(shù)據(jù)，不僅在數(shù)據(jù)分析時具備巨大的優(yōu)勢，而且還可以幫助改善電站經(jīng)營。達到峰值能量供應(yīng)表明提高了效率。

為了完成這些目標，在Goldisthal的抽水蓄能電站上裝備了DIATECH監(jiān)測和診斷系統(tǒng)。

4.在線智能監(jiān)測系統(tǒng)

在一定程度上DIATECH系統(tǒng)和國際供電公用公司合作發(fā)展。軟件和硬件是由微軟公司生產(chǎn)的“視窗”操作系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展而來的。它的模數(shù)體系結(jié)構(gòu)使得對單個操作者的專用方案增強和補充發(fā)展成為可能。這種開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)允許三方成果的簡單綜合。

各種診斷模塊(已知模塊)對于機械、絕緣和熱力問題的鑒定是有用的，驗證和監(jiān)測不同的運轉(zhuǎn)方式(停止、啟動、穩(wěn)定狀態(tài)、關(guān)閉)和模型(例如發(fā)電、同步電容器運轉(zhuǎn)、水泵作用運轉(zhuǎn))。

使用這種在線智能監(jiān)測系統(tǒng)，能夠較早發(fā)現(xiàn)主要機器部件的狀態(tài)改變，而且更容易判斷應(yīng)力的大小，從而事先提供一個基本可靠的維修策略。這使得監(jiān)控機器管理簡化，與此同時改進電站的實用高效。

5.氣候和地貌

旱季水庫將提供2.9106m3的水量并在雨季水庫能起到控制增大洪水的作用。由于上下庫水位差很大，因此，兩庫的水都允許使用。

在站點，特殊的氣候條件要求所有的安裝制作必須在抗寒的條件下完成。必須嚴格地遵從許多的環(huán)境規(guī)律，尤其是對于野外裝配工作。與土木承包商的密切合作對隧洞工程的完成也是至關(guān)重要的。

上庫坐落在Farmdenkopf山上，是一座瀝青混凝土密封、填石環(huán)形水壩。上庫蓄水能力為12106m3，經(jīng)由鐘形入口，連接兩個920m長直徑為6.2m的鋼紋壓力隧洞，通往發(fā)電站的洞室。

主要的洞室長137m，寬26m，高49m。該發(fā)電站由水泵-水輪機、發(fā)電機、球形閥和附屬設(shè)備四部分組成。兩條380m長直徑為8.2m的尾水渠通向下庫的出口，下庫由Schwarza河上67m高的填石水壩構(gòu)成，也組建了一個小型的電力設(shè)備。

6.環(huán)境保護

Goldisthal工程的目的是為了開發(fā)可靠并且環(huán)保的水電能源。通過建造地下發(fā)電站，讓莊稼繼續(xù)在地面上生長，業(yè)主和建筑隊都能夠保護環(huán)境，則可避免主要的環(huán)境變化。地下洞室式發(fā)電站的運轉(zhuǎn)也將是比較經(jīng)濟的。

電站除了提供1060MW的能量外，還將帶來其它方面的利益，包括調(diào)節(jié)高壓輸電網(wǎng)和其他后備電站的主次功率。另外，在工程建設(shè)時期將用到近1000多個工人，還將有50個永久性工作崗位。另外將為當?shù)氐姆?wù)和維修部門創(chuàng)造80個工作崗位。

精密的規(guī)劃設(shè)計和施工上庫占地55公頃，包括截流，鉆4.74km長的隧洞進入山脈，開挖大量的石頭。為了避免地質(zhì)上的斷層，渦流洞窟干線的位置不得不改變。不管工程多么巨大，采用簡單易行的方式。

過去通常采用大塊巖石錨固，再噴混凝土和鋼嚙合以保護橋墩和一些內(nèi)部通道。開挖出的大約155000m3的原料作為水壩的填石。為了不影響風景，下游主壩的迎水面斜坡和環(huán)形水壩的外坡用草皮覆蓋并且管理部門的建筑按照當?shù)氐慕ㄖL格建造。

在整個工程中，Vattenfall不斷地監(jiān)測當?shù)氐膭又参锶郝洳⒉扇》e極的措施預防和糾正由工程引起的失衡和破壞。在德國的東部，為了保護自然環(huán)境和促進環(huán)境與工程相適應(yīng)，已經(jīng)和德國協(xié)會建立了合作基金會。