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自主創新,中國水電有“創新密碼”
來源:千亿体育 作者(zhe): 發布(bu)時間(jian): 2021-08-17

在白鶴(he)灘水電站筑無縫大(da)壩、智慧大(da)壩,造百萬千瓦機組

自(zi)主創新(xin),中國水電(dian)有“創新(xin)密碼”

1910年,中國第一座水(shui)電(dian)(dian)站石龍(long)壩(ba)水(shui)電(dian)(dian)站只因幾名外國工程師(shi)的缺席便被(bei)迫(po)停工;如今,中國水(shui)電(dian)(dian)總(zong)裝(zhuang)機容量(liang)和(he)年發電(dian)(dian)量(liang)已(yi)(yi)先后躍居世界第一。百余年光(guang)陰已(yi)(yi)逝,中國水(shui)電(dian)(dian)為何能夠實現(xian)從無到有、從弱到強的滄桑巨變?

堅(jian)持自主創新是中國交出的(de)答卷(juan)。

從三峽水(shui)電(dian)站到(dao)烏東德水(shui)電(dian)站,中國(guo)水(shui)電(dian)經(jing)歷了“跟跑”到(dao)“并跑”再到(dao)“領跑”的(de)轉變,在(zai)開(kai)發利(li)用、運行管理(li)、效(xiao)益發揮(hui)等(deng)(deng)方(fang)面(mian)均(jun)實現了全方(fang)位的(de)跨越。“中國(guo)的(de)水(shui)電(dian)項目(mu)在(zai)改善民生與保護環境等(deng)(deng)方(fang)面(mian)都產生了積極影響,我相信,中國(guo)水(shui)電(dian)也(ye)將在(zai)創新方(fang)面(mian)繼續引(yin)領世界(jie)標準。”國(guo)際大壩委員會(ICOLD)主席邁克(ke)爾·羅杰(jie)斯稱贊道。

7月28日下午(wu)3時,伴隨著(zhu)白鶴灘(tan)8號機(ji)組轉輪(lun)順利通過驗收(shou),全球第(di)二(er)大水(shui)(shui)電(dian)(dian)工程——白鶴灘(tan)水(shui)(shui)電(dian)(dian)站的16臺機(ji)組轉輪(lun)加工制造正式(shi)宣告完成。以此為契機(ji),本(ben)報記(ji)者對白鶴灘(tan)水(shui)(shui)電(dian)(dian)站建設團隊(dui)進行了(le)采訪(fang),探秘中國水(shui)(shui)電(dian)(dian)的“創新密碼”。

沒有發現一條溫度裂縫

“我(wo)在(zai)三(san)峽工(gong)程工(gong)作過,現(xian)在(zai)又(you)經歷了白鶴灘,一輩子能參加兩個世界級水(shui)(shui)電工(gong)程,我(wo)感到非常自豪。”在(zai)壁立千仞的狹(xia)深河谷間(jian),熱(re)風夾(jia)帶著水(shui)(shui)霧緩緩升騰,站在(zai)白鶴灘混凝(ning)土雙(shuang)曲拱壩上,白鶴灘工(gong)程建設(she)部(bu)黨委(wei)書記何煒感慨萬(wan)千。

中國水(shui)電(dian)在西(xi)南,西(xi)南水(shui)電(dian)在金(jin)沙。2012年7月,正值中國長(chang)江(jiang)三峽集團有限(xian)公司(si)(以下簡稱“三峽集團”)全面開發金(jin)沙江(jiang)下游4個梯級水(shui)電(dian)站,受(shou)公司(si)派遣,何煒(wei)來到白鶴灘投(tou)身工程籌建。

白(bai)(bai)鶴灘(tan)水電站位于(yu)四川省(sheng)涼(liang)山州和云南省(sheng)昭(zhao)通市(shi)境(jing)內,作為“老一輩(bei)”建設者(zhe),9年的(de)(de)現場(chang)錘煉(lian),早已令(ling)何煒對白(bai)(bai)鶴灘(tan)建設的(de)(de)各類“疑(yi)難病(bing)癥(zheng)”爛熟(shu)于(yu)心(xin)。少為人知的(de)(de)是,剛到壩區時(shi),復(fu)雜的(de)(de)地質條件曾讓他(ta)連續幾個(ge)月都(dou)輾轉(zhuan)反(fan)側。

河谷(gu)地帶(dai),兩(liang)岸空間有限(xian),必須通過開挖地下洞(dong)室布置引水(shui)發電設備。擺在建設團(tuan)隊面(mian)前的首道難題,便(bian)是世界水(shui)電站建設史中都格外少見的地質現象——玄(xuan)武巖柱狀節理。

“這其實是發育玄武(wu)巖(yan)中的一種原生(sheng)張性(xing)破裂結構,從形狀上看就(jiu)像薯條一樣,開(kai)挖(wa)后則(ze)容(rong)易產生(sheng)松弛、崩落等(deng)現(xian)象。”中國(guo)科學院院士陳祖煜介(jie)紹說。

啃下(xia)硬骨(gu)頭(tou),得下(xia)硬功夫。為(wei)找到最(zui)佳解(jie)決路徑,建設團隊徹夜探討(tao)施工(gong)(gong)方案,組(zu)織考察各種隧道(dao)工(gong)(gong)程,大范圍(wei)搜尋(xun)可借鑒(jian)的技術,最(zui)終決定(ding)按照“開挖一(yi)層、分析一(yi)層、預測一(yi)層、驗收(shou)一(yi)層”的工(gong)(gong)作程序(xu),動態(tai)優化施工(gong)(gong)方案,以保障洞室群整體穩(wen)定(ding)。

盡管已是(shi)倍加小心,但突如(ru)其來的巖爆問(wen)題還是(shi)讓建設團隊捏了一把汗(han)。2019年5月(yue)1日,大壩(ba)右(you)岸部分洞(dong)段出現巖爆,表面(mian)有開(kai)裂掉塊現象,白鶴灘(tan)施工被迫陷(xian)于停滯。

容(rong)不(bu)得絲毫猶豫,何(he)煒(wei)與同事們(men)立即在洞室內部增設了大量監(jian)測儀器,迅速組建由國(guo)內多名巖石力(li)學(xue)專(zhuan)家領銜的(de)科研團隊(dui),結合監(jian)測數據深入研究巖體變化機(ji)理,一場與時間(jian)的(de)賽跑(pao)就此開啟(qi)。

“搶(qiang)險加固涉及很多技術問題,不(bu)能蠻干(gan)。”何煒告訴記者,初次變形穩(wen)定后,團(tuan)隊第一時間現場勘察(cha),科學判斷(duan)、果斷(duan)決策(ce),爭分(fen)奪(duo)秒開展應急加固工作(zuo),歷時半年(nian)時間,圓滿完成搶(qiang)險任務。

水(shui)電(dian)建設業(ye)內,大體積混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)的(de)溫(wen)控(kong)防(fang)裂(lie)一直是公認(ren)的(de)世界級(ji)難(nan)題。“大壩建設需要澆(jiao)筑(zhu)大量(liang)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu),混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)中的(de)水(shui)泥水(shui)化反應(ying)會產生(sheng)熱量(liang),使得混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)澆(jiao)筑(zhu)后溫(wen)度上升。如(ru)果不采取(qu)有(you)效(xiao)的(de)溫(wen)度控(kong)制措施(shi),任(ren)由混(hun)(hun)凝(ning)(ning)(ning)(ning)土(tu)熱脹冷縮,難(nan)免會產生(sheng)裂(lie)縫。”工程建設部教授級(ji)高級(ji)工程師孫(sun)明倫解釋道。

超級(ji)工程,催生了新(xin)材料和新(xin)工藝(yi)。為了從(cong)源(yuan)頭上攻克“無壩不裂”難關,白鶴灘水(shui)(shui)電(dian)站首次全(quan)壩采用(yong)低熱(re)(re)水(shui)(shui)泥混凝土。與常(chang)規(gui)使用(yong)的中熱(re)(re)水(shui)(shui)泥相比,低熱(re)(re)水(shui)(shui)泥水(shui)(shui)化熱(re)(re)量(liang)低、后期強度高(gao),具有高(gao)抗裂、高(gao)耐久性、耐沖磨性等特點。

事實上,低熱水泥(ni)的應用絕非是(shi)突(tu)發奇想,而是(shi)經過了(le)長期(qi)的工(gong)程實踐。早在三峽三期(qi)工(gong)程中(zhong),低熱水泥(ni)混(hun)凝土便得到局部應用。但由(you)于(yu)其彼時剛研(yan)制出(chu)來,質量(liang)尚不穩定,暫且無法(fa)全壩澆筑(zhu)。

2013年,在三(san)峽集(ji)團的(de)安排(pai)下,孫明倫開始負責低熱水(shui)(shui)泥(ni)混凝土的(de)性(xing)能(neng)試驗(yan)工作,為白鶴灘(tan)全壩應(ying)用低熱水(shui)(shui)泥(ni)進行全面研究(jiu)。編制研究(jiu)大綱、分(fen)析反應(ying)機理(li)、總結(jie)生產經驗(yan)……創(chuang)造性(xing)進行多輪低熱水(shui)(shui)泥(ni)考核性(xing)生產后,水(shui)(shui)泥(ni)各(ge)項性(xing)能(neng)終(zhong)于達到(dao)工程(cheng)要求。

從2017年(nian)4月12日(ri)開始,至2021年(nian)5月31日(ri),1500多個(ge)日(ri)夜的(de)奮(fen)戰(zhan)下,采用低熱水(shui)泥混(hun)凝土澆(jiao)(jiao)(jiao)筑(zhu)的(de)白鶴灘大(da)壩澆(jiao)(jiao)(jiao)筑(zhu)到頂,總方(fang)量達803萬立(li)方(fang)米。“目前,我(wo)們的(de)白鶴灘大(da)壩已經全部澆(jiao)(jiao)(jiao)筑(zhu)完成,沒(mei)有發現一條溫度(du)裂縫。”孫明倫驕傲地說。

大壩“耳聰目明”

最大(da)壩(ba)高289米、地下洞室總長(chang)217公里(li),白鶴灘水(shui)電(dian)站可謂名副其(qi)實的“大(da)塊(kuai)頭”。然而,“大(da)塊(kuai)頭”一樣擁有“大(da)智(zhi)慧”,諸多智(zhi)能建(jian)造技術貫穿于白鶴灘的全生命建(jian)設周期,助力其(qi)成為世界上(shang)“最聰明”的大(da)壩(ba)。

正午時分,白(bai)鶴(he)灘壩頂倉面閃動著一(yi)群橙色身影,工(gong)程師(shi)們正人(ren)手(shou)一(yi)臺筆記本電(dian)腦,精細調(diao)整傳感(gan)器角度,驗證(zheng)采集(ji)數(shu)據,計算設計參數(shu)……“你(ni)們這群高(gao)(gao)才生頂著大太陽弄的啥哦,我(wo)是一(yi)點兒都看不懂,就(jiu)感(gan)覺很高(gao)(gao)級呢。”旁(pang)邊的工(gong)人(ren)師(shi)傅不斷打趣道。

殊不知,工(gong)人口中的“高級貨”,正是白(bai)鶴灘(tan)智能建造的“關(guan)鍵一環”——大壩施(shi)工(gong)進度仿(fang)真系統。

從三峽(xia)工程(cheng)(cheng)(cheng)開始,到后來(lai)的溪洛渡水電站,施工仿真(zhen)(zhen)技(ji)術在減少安全隱患、實現精(jing)準(zhun)管控(kong)等方(fang)面都(dou)發(fa)揮了至(zhi)關(guan)重(zhong)要的作(zuo)(zuo)用。但作(zuo)(zuo)為300米級特高拱壩,白鶴灘(tan)工程(cheng)(cheng)(cheng)規模巨(ju)大、結(jie)構復(fu)雜,以往的仿真(zhen)(zhen)技(ji)術已無法滿足新(xin)(xin)的需求。面對工程(cheng)(cheng)(cheng)建設管控(kong)的全新(xin)(xin)挑戰,中國電建成都(dou)院數(shu)字工程(cheng)(cheng)(cheng)團隊勇挑重(zhong)擔,努力搜(sou)尋“解(jie)題”新(xin)(xin)思路。

為(wei)了使超(chao)大體量混凝土(tu)澆筑進(jin)度仿(fang)(fang)真(zhen)(zhen)能夠(gou)更(geng)加真(zhen)(zhen)實(shi)地(di)反(fan)映現場(chang)實(shi)際情況,身為(wei)技術負責人的王(wang)飛(fei)一(yi)(yi)頭扎(zha)進(jin)工地(di)現場(chang)。無論是(shi)(shi)方(fang)案設計,還是(shi)(shi)收集(ji)一(yi)(yi)線需求,他(ta)都(dou)是(shi)(shi)親力親為(wei);無數個深夜里,他(ta)一(yi)(yi)遍(bian)又一(yi)(yi)遍(bian)地(di)進(jin)行著仿(fang)(fang)真(zhen)(zhen)測試(shi)。“研發出能代表當今最(zui)(zui)先(xian)進(jin)技術的仿(fang)(fang)真(zhen)(zhen)系統(tong),這是(shi)(shi)我最(zui)(zui)大的心愿。”王(wang)飛(fei)告訴記(ji)者。

在他的(de)帶領下,數字工(gong)程團隊(dui)集(ji)思廣益、緊密聯動(dong),反復演算(suan)優化(hua),最終(zhong)造就出(chu)集(ji)“建(jian)模(mo)-編(bian)譯-計算(suan)-分析-出(chu)圖”為(wei)(wei)一體的(de)施工(gong)全過程進(jin)度(du)仿(fang)真系統。“這(zhe)套系統既可以模(mo)擬(ni)出(chu)混凝土的(de)澆筑場景,又能及(ji)時(shi)發現問題(ti),提(ti)出(chu)合(he)理化(hua)建(jian)議。”王飛介紹稱,這(zhe)對提(ti)高(gao)纜(lan)機等資源(yuan)的(de)利用效率起到了關(guan)鍵作用,為(wei)(wei)滿足各(ge)階段度(du)汛及(ji)蓄水目標奠定了基(ji)礎。

智能建造,也為白鶴灘(tan)水(shui)電(dian)站添設(she)了一(yi)雙雙“慧(hui)眼(yan)”,幫助其(qi)掌握(wo)“身體(ti)狀(zhuang)態”。

據(ju)了解,白鶴(he)灘壩體內(nei)埋設(she)有上萬個(ge)監測(ce)傳感器,可采集溫度(du)、應(ying)力(li)狀態等(deng)數據(ju),實時監控運(yun)輸(shu)車、纜機、振搗(dao)機等(deng)設(she)備的運(yun)轉。截至目前,監測(ce)傳感器已(yi)累計(ji)采集3470萬條溫度(du)數據(ju),質量、安全、施工(gong)進度(du)等(deng)數據(ju)突破10億(yi)條,真正實現全過程實時監控和預警(jing)。“就(jiu)好像一(yi)個(ge)人(ren)身體不(bu)適,自己就(jiu)能抽血化(hua)驗,并開出治病藥方。”工(gong)程建設(she)部副主任陳文夫形象地比(bi)喻道。

在白鶴(he)灘,智能(neng)(neng)設計無處(chu)不在。在白鶴(he)灘技術管(guan)理部副主任周孟夏看來,其手(shou)機中安(an)裝(zhuang)(zhuang)的智能(neng)(neng)通水成套裝(zhuang)(zhuang)備和移動實時(shi)診斷控制系統便(bian)是(shi)他最親密的“工(gong)作伙(huo)伴”。

“混凝土比(bi)人(ren)(ren)還要嬌(jiao)貴。”周孟夏告訴記者,由于混凝土往往升(sheng)溫速度(du)過(guo)快,這就需要借助冷卻通水(shui)來控制整個溫度(du)變(bian)化過(guo)程。“以前(qian),大壩通水(shui)系(xi)統全靠人(ren)(ren)工(gong)操控,按照規(gui)范要求(qiu)至少每4個小時(shi)就要對所(suo)有(you)倉號(hao)進行(xing)一次測溫,需要投入大量的人(ren)(ren)員,大壩溫度(du)情況掌握也比(bi)較(jiao)滯后。”

如(ru)今,智(zhi)能通(tong)(tong)水系統通(tong)(tong)過(guo)溫(wen)度(du)傳(chuan)感儀器,可實時感知(zhi)混凝土狀態(tai),通(tong)(tong)過(guo)智(zhi)能調節通(tong)(tong)水流量、溫(wen)度(du)和時間,在線個性(xing)化(hua)進(jin)行(xing)溫(wen)度(du)調控(kong),實現對壩體溫(wen)度(du)的全過(guo)程智(zhi)能化(hua)、精準化(hua)管理。“有了(le)(le)智(zhi)能通(tong)(tong)水系統后,點點手機(ji),所有參(can)數全都一目了(le)(le)然,工程師(shi)只需要按時檢查(cha)系統即(ji)可,非(fei)常方便。”何(he)煒說。

雖(sui)然智能(neng)溫(wen)控并(bing)不(bu)是一件新生事物(wu),但周孟(meng)夏指出,從溪洛渡大(da)(da)壩到(dao)白(bai)鶴灘大(da)(da)壩,這實現了從自動溫(wen)控到(dao)智能(neng)溫(wen)控的(de)轉(zhuan)變,是智能(neng)化發展的(de)一大(da)(da)步,也(ye)是近年來水電(dian)行業加快在5G、大(da)(da)數據、云計算等(deng)新興領域布局(ju)的(de)可貴成果。

勇攀“水電珠峰”

在白(bai)鶴(he)灘水電站6項位(wei)列世界第一的(de)技(ji)術(shu)指標(biao)(biao)中,百(bai)萬機(ji)組(zu)格外引人(ren)注目。作為世界上首批100萬千(qian)瓦水輪(lun)發電機(ji)組(zu),不僅實(shi)現了單機(ji)容量(liang)的(de)巨大飛躍,其(qi)背后的(de)國產化技(ji)術(shu)標(biao)(biao)簽還(huan)撐起了“中國創造”的(de)底氣。

實際(ji)上,生產制造100萬千瓦機組,絕非一蹴而就,而是一個(ge)長期論證、自我(wo)革新與不斷實踐的過程。

1996年,因三峽電(dian)(dian)站左岸建設需要,中(zhong)國(guo)(guo)通(tong)過(guo)國(guo)(guo)際招標的(de)形式(shi)首(shou)次(ci)引進(jin)了14臺70萬千瓦水輪發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組,中(zhong)國(guo)(guo)企業東方(fang)電(dian)(dian)機(ji)和哈爾濱電(dian)(dian)機(ji)分別與中(zhong)標公司合作完成(cheng)了機(ji)組的(de)設計(ji)制造(zao)。雖然(ran)國(guo)(guo)內企業承(cheng)擔了不(bu)少的(de)供貨任務,但由于精加工(gong)能(neng)力有欠缺,更多的(de)還是在給外國(guo)(guo)企業“打工(gong)”。“5000元一(yi)噸的(de)高強鋼,人家賣我們(men)7000元,也只能(neng)咬著牙買下來。”何煒回憶稱。

技術落(luo)后,就要受制于人。為了破解發展困局(ju),中國水電(dian)開始了一條(tiao)重大(da)裝備國產化的趕超之(zhi)路。

東方電機白鶴(he)灘項(xiang)目現(xian)場總代表王笑(xiao)君表示,企(qi)業(ye)通過參(can)與(yu)(yu)(yu)三峽水(shui)電站(zhan)70萬(wan)千瓦水(shui)輪(lun)發電機組研制,短短幾年(nian)間就縮(suo)小了與(yu)(yu)(yu)國外先進技(ji)術30多年(nian)的差距;之后(hou)參(can)與(yu)(yu)(yu)溪洛渡水(shui)電站(zhan)77萬(wan)千瓦發電機組研制,生產技(ji)術也取得質的提(ti)高。如今,白鶴(he)灘水(shui)電站(zhan)百萬(wan)千瓦發電機組順(shun)利(li)投運,意味著中國已經帶領世(shi)界水(shui)電裝備制造進入(ru)“無(wu)人(ren)區”,并向著“水(shui)電珠峰”發起沖擊。

然而,攀登“水電珠(zhu)峰”,怎會(hui)是(shi)一片坦途?“國之重(zhong)器”的核心技術,實則是(shi)海量(liang)的設計(ji)圖紙、試驗結果與(yu)計(ji)算(suan)報告共同積(ji)累而成(cheng)的。

“在白鶴灘之前(qian),國內已建(jian)機組的最(zui)大單(dan)機容(rong)量是85萬(wan)千瓦(wa),制造100萬(wan)千瓦(wa)機組,研制難度并不(bu)是簡(jian)單(dan)的加減法,而是成倍的差距。”工(gong)程(cheng)建(jian)設部工(gong)程(cheng)師陳(chen)浩說(shuo),機身(shen)上(shang)每一個(ge)孔(kong)的布置、每一個(ge)葉片的角(jiao)度都(dou)大有講究,任何(he)一個(ge)看(kan)似尋常的部件背后都(dou)蘊含(han)著驚人的計(ji)算量。

轉(zhuan)子是(shi)水輪(lun)發(fa)電機(ji)組發(fa)電機(ji)部分的“心(xin)臟(zang)”,也是(shi)機(ji)組中(zhong)制(zhi)造難題最多的部件,直接影響機(ji)組運(yun)行效(xiao)率(lv)與(yu)穩定(ding)性。“轉(zhuan)子高4.1米,組裝完(wan)能有1955噸,轉(zhuan)動起來(lai)需要承(cheng)受相當于30萬輛小轎車(che)同時加(jia)速(su)產生的力(li)。”陳浩說道,“我(wo)們的額定(ding)轉(zhuan)速(su)是(shi)111轉(zhuan),但(dan)在極限(xian)試驗(yan)中(zhong),即使達到(dao)額定(ding)轉(zhuan)速(su)的151%,轉(zhuan)子也可保證完(wan)好無損。”

在(zai)降低損(sun)耗、控制污染的同時,如何有效控制機(ji)組軸承性(xing)(xing)能(neng)、冷卻效果,也是巨型機(ji)組制造的難題之一。對此,白鶴灘專門采用(yong)了低損(sun)耗軸承技術,降低推(tui)力(li)總(zong)損(sun)耗25%以(yi)上,全部滿足高可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)、高效、清潔(jie)環保等各(ge)項要求。

研發難(nan),安裝制造也(ye)并非易事(shi)。以轉輪焊接為例,所需(xu)的(de)馬氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)材料需(xu)預加熱,工人(ren)因此要穿著厚重的(de)防燙服(fu),趴在異常狹小(xiao)的(de)空間里進(jin)行操作(zuo)。“普通人(ren)站在旁邊可能就受不了,而(er)我們的(de)工人(ren)師傅在里面作(zuo)業,手能像(xiang)機械臂(bei)一樣穩,保證整條焊縫沒(mei)有(you)任何缺陷(xian)。”陳浩說(shuo)。

創新精神與大國工匠精神的(de)(de)緊(jin)密結合,造就了史(shi)無前例的(de)(de)精品百萬機組(zu)。高度超過50米的(de)(de)發電機組(zu),一臺的(de)(de)重(zhong)量約等于一艘驅逐艦,但轉動起(qi)來的(de)(de)整體擺(bai)幅卻不(bu)超過一根頭發絲,即便在機組(zu)的(de)(de)機架蓋板上立硬(ying)幣也不(bu)會倒(dao)。

“白鶴灘百萬千瓦國產化機組的應用,將進一步穩固中國水電技術的世界領先地位,推動中國水電更好更快‘走出去’,為服務國家發展戰略提供更加穩固的支撐。”何煒告訴記者。(記者 劉樂藝



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