近日，西華大學電氣與電子信息學院范鎮南教授、董秀成教授、古世甫老師主研的“大型貫流式水輪發電機阻尼系統健康狀態優化關鍵技術及應用”項目獲得2021年度四川省科學技術進步獎二等獎。
該項目關鍵技術，成功應用于一帶一路重點工程巴西杰瑞水電站22臺世界最大75MW貫流機組、世界最高海拔的西藏多布電站4臺30MW貫流機組、四川沙坪二級電站6臺國內最大58MW貫流機組等國內外數十個大型水電站上百臺機組，提高了阻尼系統與貫流式機組健康質量，強化了清潔電能供給，切實助力碳達峰與碳中和，提升了我國貫流式機組設計制造水平與國際市場競爭能力，為實現國家重大國策，提供了重要基礎工業技術保障。
阻尼系統由阻尼繞組與極靴鐵芯構成，是保障水輪發電機安全可靠運行的核心部件，在保證發電機同步運行、防御負序及諧波危害方面，起著關鍵作用。其健康狀態，對于發電機乃至電力系統運行安全，有著重要影響。然而長期以來，作為開發低水頭大流量水電資源的關鍵機型，國內外許多貫流式水輪發電機，由于存在技術缺陷，頻繁發生阻尼系統過熱損壞、空載電壓波形惡化等嚴重故障，不但造成巨大損失，更使阻尼系統故障防治與健康優化成為電機領域的技術瓶頸。
范鎮南教授、董秀成教授、古世甫老師與東方電機有限公司周光厚教授級高級工程師、重慶大學韓力教授密切合作，自2006年以來，組成聯合攻關團隊，在國家重大科技專項、國家自然科學基金、四川省科技計劃重點研發等課題支持下，突破了阻尼系統故障多物理場分析與針對性防治設計的技術瓶頸，消除了此類故障非接觸實時監測技術短板，取得了“大型貫流式水輪發電機阻尼系統健康狀態優化關鍵技術及應用”成果，并在實際應用中成效顯著。主要創新點如下：
1.創建了大型貫流式水輪發電機阻尼系統損耗發熱的“機-電-磁-熱”強耦合分析模型，提出了區域細分并行求解算法和“損耗數值分析+溫度改進熱網絡分析”快速工程分析方法，突破了阻尼系統損耗發熱難以精準高效分析的技術瓶頸，已成功應用于國內外百余臺機組阻尼系統優化設計。
2.提出了一種消除阻尼系統故障的結構優化設計方法和削弱不良齒諧波的不對稱磁極結構，解決了阻尼條熔斷、磁極鐵心燒蝕、空載電壓諧波嚴重等阻尼系統故障的防治設計技術缺失的痛點。應用于國內外百余臺機組，提高了空載電壓波形質量，有效降低了阻尼系統損耗發熱，實現了故障消除與電能質量優化的協調設計。
3.基于直接風壓采樣與非接觸測量技術，提出了一套大電機風壓風速風溫與轉子磁極過熱監測方法，研制成功國內首套大電機風速、風壓與發熱監測專門設備。應用于百余臺機組，風壓與發熱監測精度分別達1‰、1%，消除了阻尼系統健康狀態在線監測與預警短板，實現了阻尼系統故障的有效監測與預防。
圖1.水輪發電機阻尼系統
圖2.貫流式水輪發電機
圖3.過熱熔斷與燒蝕變形的阻尼系統及磁極鐵芯
電磁場求解區域細分建模（端部3D，直線部分準3D多層建模）
(b)電磁場求解區域細分建模之后并行求解（端部3D，直線部分準3D多層模型，并行求解）
圖4 電磁場區域細分快速并行求解算法（端部純3D，直線部分準3D分層，并行求解）
圖5 阻尼條直線部分渦流發熱三維分析
圖6阻尼繞組端部渦流發熱三維分析
圖7 設計特殊磁極結構優化發電機空載電壓波形質量
圖8.發電機風速、風壓、風溫監測裝置
圖9.成功修復故障阻尼繞組與轉子磁極
作者簡介
范鎮南，電氣與電子信息學院教授，博士，四川省學術和技術后備人選，國家自然科基金網絡評審專家，中國通信學會能源互聯網委員會委員，China Communications（中國通信，英文版）客座編輯與助理編輯，中國電工技術學會電氣工程教育委員會理事，四川省電力企業協會技能競賽裁判專家，國網公司四川省電力公司企業培訓師、國家職業技能鑒定考評員。研究方向為大型發電機物理場分析與故障治理、電力設備狀態檢修。承擔和主研國家自然科學基金、國家重大科技專項、四川省科技計劃重點研發、教育部課題等近20項；以第一及通訊作者身份，發表SCI/EI論文50余篇，獲權及公開專利近20項；成果“大型貫流式水輪發電機阻尼系統健康狀態優化關鍵技術及其應用”獲2021年四川省科技進步二等獎，“大型貫流式水輪發電機阻尼系統故障抑制關鍵技術及其應用”獲2021年中國機械工業科學技術獎科技進步三等獎；獲得“中共四川省委統戰部2020年度四川省統戰理論研究創新成果三等獎”“西華大學優秀共產黨員”“西華大學第五屆教學優秀獎二等獎”“西華大學就業創業工作突出貢獻個人”“西華大學第五屆教學優秀獎二等獎”“國網四川省電力公司優秀課題研究二等獎”“國網四川省電力公司優秀課題研究三等獎”“國網四川省電力公司管理創新優秀獎”等榮譽。
董秀成，二級教授，碩士研究生導師，享受國務院政府特殊津貼專家，四川省突出貢獻優秀專家，四川省教學名師，四川省杰出青年學科帶頭人，四川省科普工作先進個人，四川省優秀黨務工作者，四川省高校"信號與信息處理"重點實驗室主任，四川省高校"通信信息處理與智能控制"重點實驗室主任，四川省高?！皺C器視覺與智能控制”科研創新團隊負責人，智能系統與控制工程研究所所長，西華大學-技研新陽機器人聯合實驗室主任，四川省科技進步獎、專利獎等專業評審專家，《西華大學學報》（自然科學版）、《四川電力技術》等學術期刊編委。 長期從事智能控制、數字化智能測控裝置與系統、機器視覺與機器人技術、現代電力電子與控制技術等領域的科研和教學工作。曾先后主持和參與國家自然科學基金、國家重大儀器設備開發專項、省部級科技項目和研究院所及企業合作科研項目 60 余項。獲四川省科技進步二等獎1項、四川省科技進步三等獎1項、中國機械工業科學技術獎三等獎1項、四川省電教科研成果一等獎1項、成都市科技進步三等獎1項，授權國家發明專利20余項，在國內外重要學術期刊上發表論文150余篇，SCI、EI收錄60余篇。已培養畢業碩士研究生80余名。主持國家級專業綜合改革項目“電氣工程與(及其)自動化”，電氣工程及其自動化國家級一流本科專業建設，擔任省級教學團隊負責人，西華大學學術委員會委員，西華大學學位委員會委員，獲四川省優秀教學成果一等獎3項、二等獎3項、三等獎2項。
古世甫，實驗師，全國大學生電子設計競賽優秀指導教師，全國大學生智能汽車競賽優秀指導教師，四川省大學生機器人大賽優秀指導教師。長期從事智能控制、數字化智能測控裝置與系統、機器視覺與機器人技術、現代電力電子與控制技術等領域的科研和教學工作。曾先后支持和參與國家自然科學基金、國家重大儀器設備開發專項、省部級科技項目和研究院所及企業合作科研項目40余項。獲四川省科技進步二等獎1項、中國機械工業科學技術獎三等獎1項，授權國家發明專利4項，參編教材2部。
