哈电科技应用NOVACAST

哈尔滨大电机研究所建于1959年，是我国发电设备产品开发的重要科研基地。主要从事大型水轮发电机组、大型汽轮发电机、大型交直流电机的研究，并负责组织上述各类产品国家标准的制、修订及承担产品质量的监督检测工作。
研究所下设水轮机、电机、绝缘、金属材料、强度、计算机等专业科室和一个试验装置加工车间。国家大型水电设备、大型电机产品质量监督检测中心和黑龙江省水力发电设备工程技术研究中心设在该所。我国电力行业的8个国家级学术机构也挂靠在哈尔滨大电机研究所，其中有全国水轮机标准化技术委员会和全国旋转电机标委会发电机分会。现有职工300余人，其中从事各种专业具有中级以上技术职称的230多人，约占总数的76%。所内拥有硕士研究生30人，博士研究生4人，中层干部18人。
研究所科研设施完备，技术装备精良，拥有各类试验设备及装置370余台套，其中重要的有二座试验水头在百米以上的高水头水力试验台，3000T推力轴承试验台，通风模拟试验台，蒸发冷却试验台，绝缘试验用 300KV/300KVA工频试验台，金属材料试验用岛津精密万能试验机和高、低频疲劳试验机二台五轴联动数控加工中心等。
研究所拥有一批本行业的知名专家和中青年学术带头人，有较强的科研能力，各专业的研究成果一直居国内领先地位，有数百篇学术论文发表在国内外著名的学术刊物上。建所 40多年来，完成了2400余项科技攻关项目，其中有140多项获国家、部及省市科技进步奖，大部分研究成果已直接用于国家重点工程项目，例如，葛洲坝、岩滩、水口、三峡、平圩和珠江等大型水、火电站。
研究所与美国、德国、法国、瑞士、挪威、加拿大、日本、俄罗斯等国动力设备制造公司和科研机构有着多年的技术交往和合作关系。
一、水力开发研究达到世界先进水平
在哈电股份制改造10年中，哈电科研水平得到很大的提高。研究所有目前国内最大的水力机械试验室，共有两座高水头水力试验台。其中高I台最高试验水头 100米，最大流量1.2m3/s，效率综合测试精度为0.25%，可进行各种型式水轮机模型试验。2000年建成投入使用的高水头试验Ⅱ台，采用可控硅整流供电、计算机控制机组运行，电气系统可靠、测试系统先进，效率综合测试精度达0.22%，最高试验水头可达150米，属目前世界上一流水平的水力试验台。由内窥镜、摄像、频闪光源、计算机图像采集与处理器组成的流态观测成像系统，既可观测蜗壳、导叶、尾水管内的流态，又可观测转轮叶片间的流态，从外特性试验发展到了内特性研究。改造后的冲击式水轮机专用试验台，可进行１－４个喷嘴的冲击式转轮试验。水轮机圆筒阀接力器驱动结构试验和主轴密封结构试验台，研究开发了我国自己的水轮机主轴平板密封、端面碳精密封、水压端面密封、转桨式水轮机转轮叶片密封、稀油自润滑筒式轴承、水轮机圆筒阀和主轴静压密封等结构形式，还进行了水轮机导水机构自关闭的研究，并对水轮机导水机构导叶轴套及传动机构轴套的材料进行了改进，用自润滑轴套代替干油润滑的青铜轴套。还拥有流体三维粘性流动分析软件TASCflow；用于三维实体造型和工程绘图的MDT软件；科学计算及试验数据处理的Matlab软件；用于工程绘图的 CAXA软件，以及VXI总线的HP、HD2000数据采集与处理系统，Iotech500便携式数据采集与处理系统，SJ-911超声波流量计等相关设备组成的超声波法现场性能试验测试系统、F700AC测温仪等相关设备组成的热力学法现场性能试验测试等系统。同时还拥有多通道频谱分析仪等试验设备和仪器仪表。
水轮机的水力设计，从一元、二元理论发展到今天应用现代水力设计方法和全三维粘性流体计算分析；水力试验由初期的低水头、低精度，发展到今天的高水头、高精度；试验手段由原来外特性研究发展到了内特性研究。综合试验能力增强、试验自动化程度高的当代国际先进水平。研究范围包括了流体机械方面的大型水电机组水轮机的能量性能、空化性能以及稳定性的专题研究；大型泵和特殊用泵的性能研究；过流通道的水阻计算；新的水轮机结构研究；水轮机模型验收试验；大型机组的现场试验；贯流和可逆式水轮机等新产品开发等。结合三峡机组技术引进与消化吸收，全面采用了全三维粘性流体计算分析，改进了模型制造手段并提高测试精度，在各个不同的水头段，研制出了一大批模型效率超过94%的转轮，其中三板溪 250MW水电机组的模型转轮效率更是突破了95%。先后完成了三峡右岸、邦朗、公伯峡、新丰江改造、三板溪、岩滩、乐滩、尼尔基、戈兰滩、构皮滩等一大批大型水电项目的模型试验研究，特别是三峡右岸新模型开发取得重大突破，使哈电实现了在水力开发上“争国内第一、创世界一流”的目标。
二、大型旋转电机研究取得突破性进展
推力轴承是大型水电机组的关键核心部件，哈尔滨大电机研究所有国内最大的3000T推力轴承试验台，可进行推力轴承的全尺寸模拟试验，对润滑参数作全面的测试。在大型水轮发电机组全空气冷却研究方面，研究所有1∶5的广西龙滩700MW、黄河拉西瓦700MW、云南小湾700MW和三峡右岸700MW等多台进行通风研究的试验模型，在大容量全空冷技术研究方面走在了行业前列。对于700MW以上容量或更高转速的大型机组建成了800MW蒸发冷却试验台。研究所还有电机流体及换热参数试验台（又称回流式风洞），可进行流体各种阻力元件的特性测试，阻力元件、压力元件方面的科研试验，冷却器性能试验，电机外表面散热系数试验和其它与流体相关的热模型试验，此试验台目前在国内电机制造方面处于领先水平。在各种船用电机的轴承研究方面有水润滑推力轴承试验台和水润滑径向轴承试验台。同时拥有进行汽轮发电机、水轮发电机、交、直流电机产品电磁、温度及结构设计的ANSYS计算软件；用于蓄能电机的起动过程计算、三峡电站的直流输电分析及各种变频电机仿真计算的SIMSEN电机及系统分析软件；用于进行大型发电机端部磁场、损耗和温度计算的FLUX3D三维电磁场计算软件；用于电机通风、温度计算的FLOWMASTER流体及温升计算分析软件；用于水轮发电机推力轴承性能分析的TBEARMG软件；自行开发的 FEEM、TP、NS、TM等用于电磁、冷却、结构研究的软件。
在大型旋转电机研究方面，应用ANSYS电磁场分析、 Flowmaster通风网络分析和SIMSEN网机分析等当代先进的计算软件，使电磁理论、支撑结构、冷却技术、机电一体化等方面的研究达到了国内领先水平。1997年和1999年与ABB公司合作，对三峡水电机组6000T级弹性金属塑料瓦和ABB设计的巴氏合金瓦进行了模拟试验，获得了大量的宝贵数据，为三峡机组的安全运行提供了可靠的依据。2003年进行高水头大容量抽水蓄能机组双向推力轴承的试验研究，为国内企业制造抽水蓄能机组创造了条件。大电机研究所开发的大型水轮发电机径向供风无风扇端部回风式通风系统，风量分配均匀，通风损耗小，冷却效率高，安全可靠，已为国内外制造厂广泛采用。首次在国产汽轮发电机上采用径—轴向气隙隔板技术，使定、转子平均温升及最热点温升均有了大幅度地下降，经不断完善的水氢氢、气隙取气斜流通风方式已成为哈电 200MW、300MW及600MW汽轮发电机成功选用的冷却方式。将副槽冷却新技术成功地应用到大型全空冷汽轮发电机组中，提高了联合循环机组电机的安全和可靠性，单机容量达到180MW。蒸发冷却技术为大容量水轮发电机组及抽水蓄能机组提供了新型冷却方式。电机通风模型技术研究保证了三峡等700MW 大型水轮发电机组的安全可靠运行。在电机瞬态过程的分析方面，首次提出了变转速情况下电机瞬态过程的等空间位移时变场仿真方法，从而实现了对电机瞬态过程的时变场、电路和机械方程的联合模拟，解决了汽轮发电机误同期过程及各种突然短路过程的计算机仿真问题。在汽轮发电机的负序承载能力、端部发热、端部电动力以及机网关系等方面的研究也取得了丰硕的成果，为产品设计提供了可靠的依据。上述这些成果保持了哈电在大型电机研究领域的领先地位。
三、材料研究工作确保了公司生产经营的顺利完成
近十年来哈电绝缘技术有了很大发展。绝缘室现有高压试验大厅，条式线棒包绝缘及热压和圈式线圈模压场地，电机绝缘结构和工艺，绝缘材料的理化性能、机械性能、电气性能，电晕等试验室。在高压试验大厅有800千伏冲击电压发生器、高精度恒温干燥箱、300KV/300KVA工频高压变压器、美国产局部放电检测仪、180kV直流高压发生器、高压交流电机定子线圈匝间试验器、瑞士产2809A高精度半自动平衡电桥等试验设备可进行高压电机定子条式（圈式）线圈的工频耐电压、匝间耐电压、电老化试验等结构性能试验。还拥有自动条式线圈绝缘包带机、圈式线圈模压机和试验用小型VPI设备以及硅钢片绝缘电阻测试等装置可进行线圈的结构试验和工艺探索试验。绝缘结构、工艺和电晕试验室可进行常态介电强度试验和高压线圈（线棒）防晕性能试验。QS—37高压电桥、10T自动电子拉力机、冲击试验机等装置进行各种绝缘材料和电磁线的机械性能试验。美国产四系列热分析仪可进行配方研究和性能测定。自动击穿仪、常（热）态介质损耗角正切、常（热）态体积电阻、表面电阻测试仪等可进行绝缘材料常规电气性能试验。绝缘室已具备了电机绝缘材料性能测试和绝缘结构研究工作的自主开发能力。在大型高压发电机绝缘方面，在B级、F级环氧粉云母绝缘日益完善的基础上，成功地开发出高云母含量的F级环氧粉云母绝缘，从而使绝缘中云母含量大幅提高，绝缘性能达到一个新水平。研制了定子线棒导线角部的新结构，改善了导线角部电场集中现象，提高了主绝缘的电气强度与长期耐电性能，从而使大型高压发电机的主绝缘厚度和性能接近世界先进水平，采用该技术的二滩电站 18KV、550MW水轮发电机和三峡电站20KV、700MW水轮发电机的定子线棒分别通过了加拿大GE公司和瑞士ABB公司的严格考核。高压定子绕组的防电晕技术有了快速进步，防电晕结构已由18 KV 级发展到27 KV 级，定子线棒的起晕电压达55 KV 以上，瞬时闪络电压达115 KV 以上，可以满足各种高压线棒的各种耐电压试验，进入世界先进行列。在定子绕组固定方面，在原有槽部采用波纹板和斜槽楔的基础上，还开发了半导体无纺布槽衬结构，加强了定子线棒槽部固定，并降低了线棒的槽电位。绕组端部采用玻璃丝套管做软端箍，并在下线后往套管内注入环氧胶，极大地加强了定子绕组端部的固定强度，该技术已成功应用于三峡和洪江水轮发电机中。在电机铁心绝缘方面，在原有F级有机硅钢片漆的基础上，开发出了F级半无机水溶性硅钢片漆，使定子铁芯的耐热性和迭装数量都有极大的改进，该硅钢片漆广泛应用于各种电机中。在交直流和特种电机绝缘方面，在原有F级VPI技术的基础上，开发了H级VPI技术，满足了用户的需求。同步电机磁极线圈匝间绝缘和对地绝缘上采用哈电自行开发的上胶Nomex，使该两种绝缘达到世界先进水平，已在几十台电机上应用（包括与日本合作生产的电机）。为了改善VPI整浸的交流定转子和直流电枢的烘焙质量，哈电于2000年开始采用旋转烘焙工艺。此外，1994年哈电成功研制扁绕磁极线圈铜排不增厚设备和技术，有效地解决了匝间短路问题。2000年又成功研制了绝缘电磁线绕制隐极转子线圈设备和技术，满足了与西门子公司合作生产的需求。
在金属材料的研究中，有金属材料金相、抛光及酸洗、热处理、疲劳、力学性能、电子拉力机、线切割、大吨位拉力试验室。配备的岛津精密万能试验机可进行高、低温拉力试验、压缩试验、弯曲试验、剪切试验。液压伺服疲劳机、高频疲劳试验机等设备可完成材料的高低频疲劳性能试验，断裂力学试验。奥林巴斯PMG3倒置式金相显微镜、HMV─2型显微硬度计以及高放大倍数的体式显微镜等设备能进行材料的显微组织分析、断口分析以及晶粒度夹杂物的评定，完成科研和重要零部件的质量事故分析。30KW高温箱式电阻炉和高温台式电阻热处理炉能完成淬火、正火、退火及回火等热处理工艺试验，也可完成小尺寸产品的热处理。盲孔法残余应力测试装置能更准确地测定产品的残余应力。同时WEW-2000拉力试验机还可进行大吨位力学性能试验。通过多年来与国外厂商的合作生产，利用DEFORM叶片模压热弯成型分析系统研究实现了转轮叶片的全仿真模拟，并成功地应用于万家寨泵轮的制造。在消除大型焊接结构件残余应力，水轮机抗泥沙磨蚀材料的开发研究方面，提高了转轮的耐空蚀、抗磨损能力。利用引进的NOVACAST铸造工艺分析软件有效地进行了大型铸件浇铸过程的计算机模拟，优化了铸造工艺，提高了大型铸件的质量。300MW定位筋材料国产化研究的成功，解决了300MW汽轮发电机定位筋依赖进口的被动局面，填补了国内空白。1994年以来在新材料应用工艺方面、转轮强化及表面强化工艺方面、热处理及模压工艺的计算机仿真模拟方面相继开发了模具钢材料GD、GM的热处理工艺、主泵电机轴材料1Cr17Ni2的热处理工艺、转轮强化工艺、材料表面强化化学镀工艺等一大批工艺攻关项目。
四、强度研究保证了发电设备的运行质量
为了保证各种大型水轮发电机的部件应力和变形计算更精确和安全可靠，建立的发电机—水轮机整机有限元计算模型, 能够进行循环对称结构的模态分析，系统地研究镜板镜面的波浪度与不垂直度导致作用于推力轴承和机组支承结构的交变力，引起水电机组部件振动的因素，掌握了处理机械振动、水力振动、电气振动、地震和其他方面振动的措施。转轮与主轴的摩擦传扭联接已成功应用于十余个电站的设计安装中，这种连接技术可避免主轴和转轮的同钻铰，使转轮具有互换性。转轮的电测法平衡，平衡精度高于常规的钢球平衡法和卧式平衡法，使平衡范围扩大，精度提高。应用的YJD-27智能型自动采集静、动态应变仪、YZ-22 预调平衡箱可进行水电机组运行时应力与变形、水轮机蝴蝶阀打水压试验、水轮机蜗壳打压试验、其它结构的应力与变形测试；采用锤击法应用ORS25FFT分析仪、PCB力锤组、PCB加速度传感器与电荷放大器，实现了水轮机、发电机各部件，汽轮发电机端部、水轮机转轮叶片等结构的固有频率测量与振动模态分析，避免共振问题发生。利用VMS-02B 计算机监测与平衡系统，应用幅相影响系数法平衡软件可保证水轮发电机转子等旋转机器转子的现场动平衡。拥有先进的分析软件ANSYS、I-DEAS，可以进行结构的刚强度振动、疲劳断裂分析和结构件设计和选型的优化，并确定合理的结构方案。
94年以来，完成了三峡水轮机蜗壳座环、顶盖、导叶等结构，国内最大的轴流式机组—水口水轮机各部件、江口贯流式机组整个部件、以及伊朗苏里曼、卡伦-Ⅰ等国际、国内数十个大型电站水轮机部件的刚强度计算分析，保证了电站机组的可靠运行。在轴系稳定性研究方面，应用自编和引进的程序进行了各种复杂因素的影响分析，对水口电站、天生桥-Ⅰ级电站、五强溪电站、伊朗苏利曼电站机组的轴系问题进行了计算和测试，保证了机组的安全运行。应用SUBMODEL子模型法分析了转轮的局部应力，提高了转轮的寿命。利用计算斜支撑结构软件，为我公司拓宽设计不同结构和巨型机组的能力奠定了坚实的理论基础，并对近20年哈电公司独立设计制造或合作制造的岩滩、鲁布革、天生桥、水口、隔河岩、五强溪、莲花、万家寨、小浪底及二滩等大容量水轮发电机的定子机座、转子支架等部件进行了刚强度计算，实践证明，机组运行稳定、安全可靠。通过水轮机结构优化设计研究,减轻了传统结构的设计重量，使结构的变形、应力分布更趋合理，延长了结构使用寿命,优化设计在伊朗苏利曼、卡尔河等四个电站的蜗壳、座环、蝴蝶阀等设计中得到广泛应用，节省了大量钢材和加工费用。振动测试系统解决了机组部件振动问题，提高了机组的运行稳定性。
哈尔滨大电机研究所是我国大电机、水轮机行业技术归口单位，是全国水轮机标准化技术委员会（以下简称全国水轮机标委会）、全国旋转电机标准化技术委员会发电机分技术委员会（以下简称全国旋转电机标委会发电机分会）、中国电器工业协会大电机分会、中国电机工程学会大电机专业委员会、中国电工技术学会大电机专业委员会、中国动力工程学会水轮机专业委员会、大电机水轮机行业标准化网、全国大电机水轮机行业科技情报网等八个秘书处的挂靠单位，也是国际标准化组织 IEC/TC4（国际电工委员会/水轮机技术委员会）和IEC/TC2（国际电工委员会/旋转电机技术委员会）的国内技术对口单位，哈尔滨大电机研究所还是国际大电网会议（CIGRE）SC11旋转电机专业委员会的国家委员单位。十余年来，制、修订了国家及行业标准250多项。这些标准覆盖了大电机、水轮机行业的所有产品。
截止到2004年，全国水轮机标准化技术委员会归口管理现行本专业国家标准13项，行业标准17项；归口的IEC国际标准共14项，已修改采用7项，采标率为50%。自1994年以来共召开年会9次，标准起草工作组会议及其他会议16次，2002年在北京组织召开了IEC/TC4国际年会。
全国旋转电机标委会发电机分会（SAC/TC26/SC1）前身是汽轮发电机分会，成立于1992年。 2000年9月由原国家质量技术监督局批准换届更名为发电机分会。截止到2004年底，该技术委员会归口管理现行本专业国家标准53项；归口的IEC国际标准共44项，其中等同采用25项，修改采用6项，采标率为71%（本统计数字包括除本专业专用标准外的IEC/TC2旋转电机技术委员会与本专业有关的其他标准）。自1994年以来共召开年会10次（包括汽轮发电机分会组织召开的年会），标准起草工作组会议及其他会议8次。
自1994年以来中国电器工业协会大电机分会大电机分会组织会员单位召开会员大会、联络员会议、技术交流会及工作会议15次；中国电机工程学会大电机专委会及四个分会共组织行业召开23次学术交流会议；中国电工技术学会大电机专业委员会组织召开学术交流会议4次；中国动力工程学会水轮机专业委员会组织和参与组织召开学术交流会议6次；大电机、轮机行业标准化网完成了1项国家标准，10项行业标准的修订工作。组织召开行业标准化会议9次；全国大电机水轮机行业科技情报网创办了《大电机技术》、《国外大电机》、《大电机信息》等期刊以及40余种专题文献。
研究所还拥有占地面积3000平方米的试验装置加工车间，有UCP-1350数控加工中心一台，该机床为数控五轴联动，可进行各种水轮机模型转轮叶片的数控加工。MAHO-700C数控镗铣床一台，该机床为数控五轴三联动，可进行水轮机模型转轮叶片的数控加工。零级精度座标镗床一台，可实现孔系的高精度定位加工。另外还有数控车床，三座标仿型铣床、数控线切割机等设备，保证了加工的试验装置的精度。
截至2004年末，大电机研究所所属各专业共开展科技项目2400余项，其中国家重大科技攻关项目30余项。获国家、部及省、市科技进步奖共140多项。“葛洲坝水电站125MW水电机组的研制”获得国家科技进步特等奖，“大型轴流式水轮发电机组研制”、“转轮叶片模压计算机仿真模拟”获国家科技进步二等奖。大量的科研成果被应用于工程实践，为公司新产品的开发，水、火电机组的可靠运行和水轮机、大电机专业的科技进步起到了关键的作用。从300MW、600MW汽轮发电机设计、制造技术的引进与消化，到三峡、岩滩、公伯峡、天生桥、乐滩、凌津滩、洪江等大型水电机组的研制成功；从支撑国内水电的“半壁江山”和火电的“三足鼎立”，到为加拿大、美国、委内瑞拉、土耳其、菲律宾等十几个国家提供产品；从贯流式水电机组、空冷汽轮发电机的开发，到大三峡700MW机组的研制，哈尔滨大电机研究所科技人员和哈电公司的职工一道铸就了中国电力事业的辉煌。