世界最大水轮机——三峡70万千瓦水轮机组研制概况(下

世界最大水轮机

——三峡70万千瓦水轮机组研制概况

(下）

工程总投资：150亿元以上

工程期限：1996年——2012年

三峡左岸电站厂房，总长度643.7米，跨度39米，高度93.8米，相邻发电机组中心距38.3米。总面积相当于两艘航空母舰甲板面积，足够战斗机在里面起降。

三峡水电站32套70万千瓦发电机组由水轮机、发电机、励磁系统、调速系统、控制系统、主变压器及附属设备组成，设备总重超过

20万吨，多数为超重型特大部件。左岸厂房14套机组有Alstom和VGS两种构型，右岸厂房12套机组和地下厂房6套机组，经过Alstom、哈电、东电完善设计，成功消除了对空化敏感的特殊压力脉动区，使水轮机运行稳定性有了进一步提高。

三峡工程最早建设的左岸14台机组，中标外商都是国际一流企业，但实际制造供货分散在17个国家100多个工厂，又逢制造企业兼并改组，富有经验的原产地只生产一些关键部件，其他部件转移到子公司，甚至关键的定子线棒德国Siemens公司交给巴西生产（2号机组1941个水接头返厂重焊)，瑞士ABB磁极装配在西班牙生产(5

号机组磁极返修后，转子才耐压通过)，ABB推力头和镜板在意大利生产（5号机组推力头止口与轴领偏心0.3mm，需要修磨放大止口间隙），出现不少质量问题，经过返修最终达到了技术要求。左岸还有55%的部件由国内企业制造，这批机组质量责任在总供货外商，在运行期间逐步进行升级改造。右岸电站12台机组有8台实现国产，地下电站6台机组全部实现国产。总体来说，机组设计制造代表了当今国际先进水平。

三峡水电站由于自然条件和以防洪为主的需要，初期水头61-94米，后期水头为71-113米，每年汛前水库水位降到145米高程，防洪库容221.5亿立方米，水头变幅很大，额定水头80.6米，给水轮机设计增加了难度。每套水轮机组主要由引水管、座环、蜗壳、导水机构、转轮、主轴、下机架、顶盖、转子支架、定子铁芯、定子线圈、尾水管等部件组成。单台机组出力700MW，水轮机转轮名义直径

9.709/10.427m(VGS/Alstom)，是当今世界最大的混流式水轮机转轮。机组采用三个导轴承的半伞式结构，推力轴承负荷5050/5520吨，为当今世界之最。发电机额定出力778MVA，功率因数0.9，为提高在高水头下水轮机运行的稳定性，发电机设计最大出力840MVA，可连续运行。发电机额定电压20kV，采用定子绕组水冷、转子空冷的冷却方式。发电机定子机座外径21.42/20.9m，定子铁芯内径18.5/18.8m,铁芯高度3.13/2.95m，单台机组重约7000吨，均为世界之最。

三峡右岸电站12根直径12.8米的特大型压力引水钢管，和大坝下方的右岸发电厂房12台水轮发电机组。

1、水轮机进水机构

每台机组有一根直径12.8米的特大型钢制引水管，由坝体进水口延伸到下游电站水轮机蜗壳前部，被浇筑在混凝土坝体中，是永久不修复部件。由72个管节组成，分上斜直段、下弯段、下平段、和锥管渐变段四部分，采用壁厚26-60mm的60kgf/mm2级高强度钢板卷制而成。单节重量在20-50吨之间。

三峡上游水库的水经大坝引水口钢制闸门进入引水管，以每秒1020立方米的流量倾泻而下，再流入蜗壳做圆周旋转运动，形成雷霆万钧般的强大冲击力，经导水机构调节，将水流均匀、轴对称地送入水轮机转轮，推动转轮叶片旋转。引水管还要承受来自水库内393亿立方米水形成的巨大压力，一旦钢管爆裂，浇筑在管道上面2-3米厚的混凝土根本难以抵挡这万钧之力。而大坝进水口钢制闸门至少需要3.5分钟才能关闭，在这期间下游厂房早已发生机毁人亡的事故。因此对引水管钢材的屈服强度、抗拉强度、延伸性能和冲击韧性等4大指标有严格的要求。

2000年5月，湖北出入境检验检疫局对从日本三井物产进口，住友金属株式会社生产的669.408吨低合金碳素结构钢板进行3次检测，均显示冲击韧性不合格，迫使日方全部退货。该批钢板主要用于

卷制左岸7-14号机组引水管，从而避免了一桩因钢材品质缺陷而可能造成引水管爆裂的重大事故隐患。

2005年12月7日，三峡右岸电站吊装完成的一台机组蜗壳，与大坝引水管相连，蜗壳中间是座环固定导叶。

2、水轮机引水机构

蜗壳是引水机构的关键部件，外型如同蜗牛壳，进口最大直径12.4米，从进口开始断面逐渐缩小，截面半径从最6.2米到2.1米不等，尺寸及重量均为国内之最。而且两家供货商的结构设计也不一样，VGS的蜗壳有33节，总重690吨，阿尔斯通的蜗壳有30节，总重739吨。采用60kg/mm2级高强钢板卷制，板厚24-120毫米，设计时考虑了3mm腐蚀余量。左岸机组蜗壳现场安装的二类以上焊缝总长度超过12.6公里，耗用焊条超过185吨。

蜗壳由于尺寸巨大，因此内水压力和水温的变化对蜗壳变形影响较大。三峡坝址处历年河水水温为1.4-29.5℃，在高温季节和低温季节保压浇混凝土的效果相差很大。因此浇筑蜗壳周边混凝土时既要控制内水压力，又要控制水温，还要考虑周边混凝土上升过程中产生的热量对蜗壳变形的影响。

座环位于水轮机底部蜗壳内侧，上部安装水轮机转轮，为平板式组焊结构，由上、下环板、固定导叶、导流板、过渡板、大舌板等部件组成。VGS供货的环座总重382吨，考虑到运输需要，分为6瓣，单瓣最重约70.5吨，组装后最大外径约14.5米，高4.265米。ALSTOM 供货的环座总重345.5吨，单瓣最重约65吨，组装后最大外径约15米。座环分6瓣在工厂制作并退火，在现场机坑内用预应力螺栓把合后组焊成整体，所有焊缝需磁粉和超声波探伤，相关尺寸精度要求高，制造装配难度较大。

三峡水轮机座环，重达300多吨，竖立的是座环固定导叶，内侧安装活动导叶，座环中间安装水轮机转轮。三峡水库上游来水经引水管流入蜗壳，在座环固定导叶和活动导叶调整水流形态后，冲击水轮机转轮，将势能转化为推动水轮机转轮旋转的机械能。

3、水轮机导水机构

导水机构位于蜗壳内部，通过活动导叶调节水轮机进水流量从而控制水轮机工况的部件。三峡水轮机导水机构由底环、顶盖、24片导叶、控制环及导叶操作机构等大小千余个零件组成，总重近千吨。