我国电力装备研制自主化情况及经验启示.pdf

22 2 0 0 6 年第1 0 期 观 点 O p i n i o n 电气制造 1 引言 电力装备的生产能力和技术水平 决定着电力工业的运行效率和质量。 近年来， 伴随我国国民经济的快速发 展， 电力需求量猛增， 我国电力建设脚 步加快， 截至2 0 0 5 年年底， 全国发电 装机总量达到5 0 8 4 1 万k W ， 同比上年 增长1 4 . 9 % 。 与此同时， 电力装备制造 业迎来了前所未有的高速发展， 不仅 产量上实现了大幅度增加， 技术创新 和自主化也不断取得突破， 有力地保 障了电力工业发展需要。 为了支持国内电力装备制造业加 快发展， 近来年， 国家有关部门结合重 点电力建设项目， 鼓励并组织国内企 业同国际著名跨国公司联合投标、 合 作设计、 合作制造、 引进关键技术， 消 化吸收再创新， 取得了明显成效。 目前， 我国电力装备制造业已形 成具有相当规模、 门类齐全的产业体 系。 2 0 0 4 年发电设备产量达到7 1 3 0 万 k W ，2 0 0 5 年达到 9 0 0 0 万 k W 。目前 全国发电装机容量中，8 0 % 以上为国 产机组。 “水、火、气、核、风”五大 发电设备联动， 主机、 辅机、 输变电设 备同步跨越， 电力装备制造业的发展 和进入了新的历史时期。 2 火电设备方面 经过多年努力， 我国3 0 万k W 、 6 0 万 k W 亚临界火电机组已经实现国产 化， 成为我国电力工业的主力产品。 国 际上， 发达国家已普遍采用了超临界 和超超临界技术， 超临界一次再热机 组热效率达到 4 0 % ，供电耗煤耗3 0 0 g / k W 时， 比同等容量的亚临界机组热 效率提高 2 % ～3 % ，超超临界参数机 组热效率更可高达 4 3 % ～4 5 % 。在国 家发改委的组织协调下， 依托河南沁 北、 江苏常熟6 0 万k W 超临界机组， 浙 江玉环、 山东邹县、 江苏泰州1 0 0 万k W 超超临界机组，四川白马3 0 万k W 循 环流化床锅炉等国家重点项目， 国内 制造企业与国外合作制造， 目前6 0 万 k W超临界火电机组已经实现批量生 产和投运， 1 0 0 万k W 超超临界机组自 主化工作正在顺利实施。 3 水电设备方面 哈电、 东电坚持自主开发与技术 引进相结合， 在三峡左岸1 4 台7 0 万k W 混流式水电机组国际招标中， 中外企 业组成联合体， 主投标人为外方， 中方 分包， 联合设计、 合作制造、 技术引进， 前1 2 台以外方为主， 中方制造比例逐 步提高， 后2 台由国内制造、 外方监制。 哈电、 东电在合作制造、 消化吸收国外 技术和自主创新中获得了长足进步， 在右岸机组招标中， 哈东、 东方不仅在 报价上优于外国竞争对手， 而且在模 型转轮的主要性能指标上明显优于左 岸机组， 具备了同国际跨国公司同台 竞争的实力。 在独立进行三峡右岸机 组设计制造过程中， 哈电又把自主研 发的空冷技术应用到大型水轮发电机 上，获得了成功。在抽水蓄能机组方 面， 我国制造企业基本不掌握大型抽 水蓄能机组的核心技术， 已建成的7 个 抽水蓄能电站2 7 台机组全部进口， 国 内虽然参与了一些分包制造， 但在关 键技术的开发和重要部件的设计、 制 造方面没有主动权， 在高水头、 2 5 万 k W及以上大型机组研制方面能力更 弱。 为实现技术跨越， 国家组织惠州、 宝泉、 白莲河等1 6 套大型抽水蓄能水 电站的捆绑招标、技贸结合、 引进技 术、 合作制造， 相关企业正在努力掌握 大型抽水蓄能机组设计制造技术， 促 进本土化生产。 4 气电设备方面 长期以来我国在重型燃气轮机设 计制造技术方面落后于国外同行。 国 际著名的G E 、西门子、阿尔斯通、 三 菱重要等公司立足长期的研究开发， 都形成了自己的系列产品， 单机容量 已达到2 5 ～2 6 万k W 级，燃烧初温为 1 3 0 0 ℃的联合循环机组已经非常成熟， 我国电力装备研制自主化 情况及经验启示 23 2 0 0 6 年第1 0 期 观 点 O p i n i o n 电气制造 效率高达6 0 % 的H 型燃机联合循环机 组已经研制成功。 由于燃机涉及航空 发动机和舰载动力设备的大量设计、 工艺、 材料和测试技术， 属高端战略性 产品， 国际上一直对我国技术封锁。 随 着 “西气东输” 工程的建设， 东部沿海 和其他发达地区积极发展燃气电站， 对重型燃气轮机需求迫切。 为提高我 国大型燃气电站设备的自主制造能力， 降低燃气电站建设、 运营成本， 有关部 门协调生产企业和用户部门， 统一对 外谈判引进技术， 采取组织多个项目 打捆招标的方式， 促使国外投标企业 与中方设备制造企业组成投标联合体。 目前， 第一批捆绑招标的哈电集团与 G E 合作制造的1 1 套9 F 级机组已交付 用户， 东方电气集团与三菱公司、 上电 集团与西门子公司分别合作制造的重 型燃气轮机组及南京汽轮机发电机厂 与G E 合作的9 E 型产品也已出厂，第 二批和第三批捆绑招标项目也在正常 实施中。 5 核电设备方面 我国已自行研制了秦山一期3 0 万 k W 和二期 6 0 万 k W 压水堆核电设备， 但百万k W 级产品均为进口。 目前， 国 际上一些后发展核电的国家 （如日本、 韩国、 西班牙等） 已基本完成本土化， 并开始输出技术。 而国内设计、 制造企 业在设计技术、计算机软件、工程管 理、 设备成套等方面差距很大。 我国将 以广东岭澳核电站正在运行的较为成 熟的先进机型为样板（业内称为2 代 + ） ， 依托大连红沿河及山东海阳等项 目， 兼顾第三代核电技术， 选择国外技 术合作伙伴， 组织国内条件较好的企 业和研究单位， 以我为主， 中外合作， 引进消化技术， 形成自主设计和建设 核电站的能力。 目前核岛系统、 常规岛 系统设计和核岛、 常规岛的大多数设 备自主化已基本实现，蒸发器、压力 壳、 堆内构件、 控制棒驱动机构、 百万 k W 级汽轮发电机组及大部分泵、 阀产 品和关键部件已经实现在国内制造。 6 风电设备方面 国际风电技术发展迅速， G E 等外 国先进企业已生出单机容量 3 5 0 0 k W 的风力发电机组。 国家组织几个1 0 万 k W以上大型风力发电项目的特许权 招标， 带动如新疆金风、 大起大重、 东方、 哈电等企业加快风电设备自主 化进程，国产M W 级风机已投入运行。 通过集中招标和设备自主化， 降低了 风电场和运营成本， 上网电价有望下 降到0 . 5 元/ k W . h 左右， 实现了风电由 “花瓶” 向实用产业的转化， 为风电的 推广和一次能源结构的优化高速闯出 了一条新路子。 7 电站辅机方面 辅机和控制系统长期落后于主机 的局面初步得到改善， 电力设备成套 能力明显增强。 上世纪九十年代中期， 国内开始研制具有自主知识产权的火 电站 D C S （分散式控制系统） 。目前， 国产 D C S 国内市场占有率超过 3 0 % ， 其中 3 0 万k W 煤电机组用D C S 市场占 有率接近5 0 % ， 总体反应良好， 特别是 在产品价格上有明显优势。 秦山核电 站国产核电设备配用的D C S 也由国内 提供。 在大型电站空冷设备方面， 哈尔 滨空调设备公司通过消化吸收再创新 和进一步技术攻关， 在设计院和用户 的配合支持下，3 0 ～6 0 万 k W 级电站 直接空冷系统已实现国产化。 此外， 磨 煤机、 引风机、 给水泵、 电除尘、 阀门 等产品质量和可靠性明显提高， 基本 可满足百万k W 级机组配套要求。 8 超高压交流电设备方面 国内已经形成以西安、沈阳、保 定、 平顶山、 许继、 南瑞继保等为代表 的一批重点骨干企业。其中交流5 0 0 k V 超高压输变电设备设计制造水平已 与国际水平接近。 5 0 0 k V 变压器可靠 性指标扰于国外同类进口产品；高压 开关设备可靠性明显提高， 5 0 0 k V G I S （气体绝缘开关设备） 已实现国产化并 开始批量生产； 5 0 0 k V 电力系统自动 化保护设备完全立足国内供应。 在直 流输电设备方面， 国家有关部门组织 国内企业引进消化国外技术， 在直流 系统仿真模拟设计、 电力电子器件制 造、 大型换流阀和换流变压器制造、 直 流控制保护技术和交、 直流滤波技术 方面已取得突破性进展， 我国已成为 直流输电发展最快、 工程最多的国家。 目前， 通过西北电网7 5 0 k V 交流输变 电示范工程和三峡5 0 0 k V 、 贵广I I 回5 0 0 k V 直流输电工程， 与国外合 作制造并引进技术， 我国已掌握了7 5 0 k V 交流和 5 0 0 k V 直流输变电关键 设备制造技术， 其中贵广I I 回自主化 率达到7 0 % 以上。此外，国家已经于 近期决定着手研发1 0 0 0 k V 高压交流 和8 0 0 k V 直流输电设备。 9 结束语 总结近年来电力装备技术进步历 程， 可以得出以下几点启示： ( 1 ) 政府组织引导是实现重大技术 装备国产化的重要保证。 重大技术装 备关系到国家安全， 是国家综合国力 的重要体现， 因此， 重大技术装备自主 化应该是一种国家行为。 政府主管部 门要在充分发挥市场机制作用的同时， 做好发展规划， 加强协调组织和支持， 突出重点， 并督促检查实施过程。 ( 2 ) 在引进消化吸收国外技术过程 中， 招投标方式对掌握国外核心技术 ( 下转第3 4 页) 34 2 0 0 6 年第1 0 期 制造经验 M a n u f a c t u r i n g E x p e r i e n c e 电气制造 件。G C K 型开关柜每柜最多可安装 9 个回路，D Z 2 0 、T G 、C M 1 、N S 、S 等 系列塑壳断路器，C J 2 0 、L C 、B 、3 T B 等系列接触器；J R 1 6 、L R 、T 、3 U A 等系列热继电器都可选用。G C S 、 M N S 型开关柜由于有1 / 2 或1 / 4 抽屉， 应选用无飞弧、体积较小的元件， D Z 2 0 、C J 2 0 、J R 1 6 一般不安装于这 两种柜型中。 2 . 5 电容器补偿柜电器元件的选用 电容器补偿柜对接触器的要求是 比较高的， 当交流接触器将电容器组 中的一个电容器接入电网时， 由于原 先已接在电网中的电容器起到附加电 源的作用， 接触器的工作条件较为严 酷， 因为此时流过接触器的涌流较大。 切换电容器专用接触器串接了限流电 阻， 有效的将电流峰值限制在额定电 流的2 0 倍以下， 现在选用的切换电容 器专用接触器有 C J 1 6 、C J 1 9 、B 3 0 C 、 B 6 3 C 。选用时，接触器的额定控制千 乏值应不低于被控制电容器的相应值。 3 从发热观点( 正常工作情 况下) 选用电器 低压抽出式开关柜中某一回路的 额定电流， 是由该电路电器元件的额 定发热电流及其布置和应用情况来确 定的， 一般采用元件制造厂规定的额 定封闭发热电流与额定分散系数的乘 积作为该电路进行温升试验时的考核 依据。 抽出式开关柜的抽屉都是上下 层重叠布置，其中G C K 型可安装9 层 9 个抽屉， G C S 型可安装1 1 层2 2 个抽 屉， M N S 型可安装1 1 层4 4 个抽屉。 根 据我厂的试验结果， 最上层抽屉内的 气温比最下层相应部位的气温要高出 1 5 ～1 9 K 。 如果按照环境每升高1 K ， 长 期工作电流降低 1 % 的降容原则来选 用电器元件， 则上下层同一种型式的 功 能 单 元 抽 屉 容 量 相 差 15%～ 1 9 % 。 这不仅给成套设计带来困难， 而 且在使用中预期地抽屉互换性能也会 受到限制。 因此， 在采用额定分散系数 时， 应将电器元件布置的抽屉层次同 时考虑在内。 目前我们采用以下几项措施 ： ( 1 ) 额定电流小于3 0 A 的单元回 路， 选择1 / 2 或1 / 4 抽屉， 安装于柜体 上层。 ( 2 ) 带有整流装置和变压器等发热 元件的功能单元， 尽可能安装于柜体 上层抽屉中。 ( 3 ) 选用断路器、 熔断器和热继电 器的额定工作电流时， 按该电器布置 的抽屉层次结合降容原则设计。 ( 4 ) 接触器主电路容量仍按降容原 则处理， 但线圈的温升取决于电压值， 无法采用降容措施， 应根据实际温升 数据， 结合线圈绝缘材料等级和柜内 最高气温一起考虑， 尽可能布置在中、 下层抽屉。 ( 5 ) 尽可能放宽柜内连接导线的截 面与降低接触连接的能耗， 减少热源 的产生。 4 从安全角度选用开关电器 低压抽出式开关柜是一种全封闭 式开关柜， 柜体门或抽屉与断路器之 间的安装有机械封锁或电器闭锁。 当 主开关在合闸位置时， 门或抽屉都是 无法打开和抽出的， 另外， 还应根据安 装场所的环境条件选择电器元件防护 等级， 若安装于温热带地区， 电器元件 还必须按三防要求选用。EM 至关重要。 对于国外跨国公司技术垄 断，而国内市场前景又很好的领域， “打捆招标” 可以集中市场资源优势， 激发外方企业积极性， 如重型燃机的 国际招标采购。 这种模式的特点是国 内企业消化引进技术的依托工程落实， 可望在较短的时间内结合工程提供合 作制造的产品。 对于国内企业技术基 础较好但无生产业绩的领域， 组织国 内招标， 由国内企业独立投标， 国外企 业分包， 通过联合设计和合作制造掌 握国外技术， 由外方对工程设备的性 能提供保证，如在国内6 0 万k W 亚临 界机组已有较好基础的条件下， 组织 对沁北超临界机组和玉环超超临界煤 电机组的招标。 对于国内企业有一定 技术基础， 但与国际先进水平差距较 大且无生产业绩的领域， 组织国际招 标， 国外企业独立投标， 向国内企业转 让技术， 参与联合设计， 分包制造， 逐 步提高自主制造比例， 由外方企业向 业主提供性能、 质量保证， 如白马电厂 3 0 万k W 级循环流化床锅炉的招标。 但 在实施这种模式时， 要警惕核心技术 转让的深度和进度受制于外方。 如三 峡左岸直流输电设备也是采取这种模 式， 但由于系统集成技术国内不掌握， 导致后续几个直流工程一直由外国公 司技术总负责， 国产化进程缓慢。 ( 3 ) 组织重大技术装备自主化要从 市场需求出发， 以提高整体效益为目 标。 自主化战略不能单纯追求本地制 造比率， 要始终坚持掌握关键核心技 术， 引进技术的消收与自主创新相结 合中， 不以牺牲产品质量和技术水平 为代价， 保证为用户提供优质高效的 产品和服务。EM ( 上接第2 3 页)