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自主创新,中国水电有“创新密码”

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1910年,中国第一座水电站石龙坝水电站只因几名外国工程师的缺席便被迫歇工;现在,中国水电总装机容量和年发电量已先后跃居天下第一。百余年岁月已逝,中国水电为何能够实现从无到有、从弱到强的沧桑巨变?

坚持自主创新是中国交出的答卷。

从三峡水电站到乌东德水电站,中国水电履历了“跟跑”到“并跑”再到“领跑”的转变,在开刊行使、运行治理、效益施展等方面均实现了全方位的跨越。“中国的水电项目在改善民生与珍爱环境等方面都发生了起劲影响,我信托,中国水电也将在创新方面继续引领天下尺度。”国际大坝委员会(ICOLD)主席迈克尔·罗杰斯赞美道。

7月28日下昼3时,随同着白鹤滩8号机组转轮顺遂通过验收,全球第二洪水电工程——白鹤滩水电站的16台机组转轮加工制造正式宣告完成。以此为契机,本报记者对白鹤滩水电站建设团队举行了采访,探秘中国水电的“创新密码”。

没有发现一条温度裂痕

“我在三峡工程事情过,现在又履历了白鹤滩,一辈子能加入两个天下级水电工程,我感应异常自豪。”在壁立千仞的狭深河谷间,热风夹带着水雾徐徐升腾,站在白鹤滩混凝土双曲拱坝上,白鹤滩工程建设部党委书记何炜感伤万千。

中国水电在西南,西南水电在金沙。2012年7月,正值中国长江三峡团体有限公司(以下简称“三峡团体”)周全开发金沙江下游4个梯级水电站,受公司派遣,何炜来到白鹤滩投身工程筹建。

白鹤滩水电站位于四川省凉山州和云南省昭通市境内,作为“老一辈”建设者,9年的现场磨炼,早已令何炜对白鹤滩建设的各种“疑难病症”烂熟于心。少为人知的是,刚到坝区时,庞大的地质条件曾让他延续几个月都辗转反侧。

河谷地带,两岸空间有限,必须通过开挖地下洞室部署引水发电装备。摆在建设团队眼前的首道难题,即是天下水电站建设史中都格外少见的地质征象——玄武岩柱状节理。

“这实在是发育玄武岩中的一种原生张性破碎结构,从形状上看就像薯条一样,开挖后则容易发生松懈、崩落等征象。”中国科学院院士陈祖煜先容说。

啃下硬骨头,得下硬功夫。为找到最佳解决路径,建设团队通宵探讨施工方案,组织考察种种隧道工程,大局限征采可借鉴的手艺,最终决议根据“开挖一层、剖析一层、展望一层、验收一层”的事情程序,动态优化施工方案,以保障洞室群整体稳固。

只管已是倍加小心,但突如其来的岩爆问题照样让建设团队捏了一把汗。2019年5月1日,大坝右岸部门洞段泛起岩爆,外面有开裂掉块征象,白鹤滩施工被迫陷于阻滞。

容不得丝毫犹豫,何炜与同事们立刻在洞室内部增设了大量监测仪器,迅速组建由海内多名岩石力学专家领衔的科研团队,连系监测数据深入研究岩体转变机理,一场与时间的赛跑就此开启。

“抢险加固涉及许多手艺问题,不能蛮干。”何炜告诉记者,首次变形稳固后,团队第一时间现场勘探,科学判断、武断决议,争分夺秒开展应急加固事情,历时半年时间,圆满完成抢险义务。

水电建设业内,大要积混凝土的温控防裂一直是公认的天下级难题。“大坝建设需要浇筑大量混凝土,混凝土中的水泥水化反映会发生热量,使得混凝土浇筑后温度上升。若是不接纳有用的温度控制措施,任由混凝土热胀冷缩,难免会发生裂痕。”工程建设部教授级高级工程师孙明伦注释道。

超级工程,催生了新质料和新工艺。为了从源头上攻克“无坝不裂”难关,白鹤滩水电站首次全坝接纳低热水泥混凝土。与通例使用的中热水泥相比,低热水泥水化热量低、后期强度高,具有高抗裂、高耐久性、耐冲磨性等特点。

事实上,低热水泥的应用绝非是突发奇想,而是经由了耐久的工程实践。早在三峡三期工程中,低热水泥混凝土便获得局部应用。但由于其彼时刚研制出来,质量尚不稳固,暂且无法全坝浇筑。

2013年,在三峡团体的放置下,孙明伦最先认真低热水泥混凝土的性能试验事情,为白鹤滩全坝应用低热水泥举行周全研究。体例研究纲要、剖析反映机理、总结生产履历……缔造性举行多轮低热水泥审核性生产后,水泥各项性能终于到达工程要求。

从2017年4月12日最先,至2021年5月31日,1500多个日夜的奋战下,接纳低热水泥混凝土浇筑的白鹤滩大坝浇筑到顶,总方量达803万立方米。“现在,我们的白鹤滩大坝已经所有浇筑完成,没有发现一条温度裂痕。”孙明伦自满地说。

大坝“耳聪目明”

最大坝高289米、地下洞室总长217公里,白鹤滩水电站可谓名副实在的“大块头”。然而,“大块头”一样拥有“大智慧”,诸多智能制作手艺贯串于白鹤滩的全生命建设周期,助力其成为天下上“最伶俐”的大坝。

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中中午分,白鹤滩坝顶仓面闪动着一群橙色身影,工程师们正人手一台条记本电脑,细腻调整传感器角度,验证采集数据,盘算设计参数……“你们这群高才生顶着大太阳弄的啥哦,我是一点儿都看不懂,就感受很高级呢。”旁边的工人师傅不停玩笑道。

殊不知,工人口中的“高级货”,正是白鹤滩智能制作的“要害一环”——大坝施工进度仿真系统。

从三峡工程最先,到厥后的溪洛涉水电站,施工仿真手艺在削减平安隐患、实现精准管控等方面都施展了至关主要的作用。但作为300米级特高拱坝,白鹤滩工程规模伟大、结构庞大,以往的仿真手艺已无法知足新的需求。面临工程建设管控的全新挑战,中国电建成都院数字工程团队勇挑重担,起劲征采“解题”新思绪。

为了使超大要量混凝土浇筑进度仿真能够加倍真实地反映现场现真相形,身为手艺认真人的王飞一头扎进工地现场。无论是方案设计,照样网络一线需求,他都是亲力亲为;无数个深夜里,他一遍又一各处举行着仿真测试。“研发出能代表当今最先进手艺的仿真系统,这是我最大的心愿。”王飞告诉记者。

在他的率领下,数字工程团队群策群力、慎密联动,频频演算优化,最终作育出集“建模-编译-盘算-剖析-出图”为一体的施工全历程进度仿真系统。“这套系统既可以模拟出混凝土的浇筑场景,又能实时发现问题,提出合理化建议。”王飞先容称,这对提高缆机等资源的行使效率起到了要害作用,为知足各阶段度汛及蓄水目的奠基了基础。

智能制作,也为白鹤滩水电站添设了一双双“慧眼”,辅助其掌握“身体状态”。

据领会,白鹤滩坝体内埋设有上万个监测传感器,可采集温度、应力状态等数据,实时监控运输车、缆机、振捣机等装备的运转。住手现在,监测传感器已累计采集3470万条温度数据,质量、平安、施工进度等数据突破10亿条,真正实现全历程实时监控和预警。“就似乎一小我私人身体不适,自己就能抽血化验,并开出治病药方。”工程建设部副主任陈文夫形象地比喻道。

在白鹤滩,智能设计无处不在。在白鹤滩手艺治理部副主任周孟夏看来,其手机中安装的智能通水成套装备和移动实时诊断控制系统即是他最亲密的“事情同伴”。

“混凝土比人还要娇贵。”周孟夏告诉记者,由于混凝土往往升温速渡过快,这就需要借助冷却通水来控制整个温度转变历程。“以前,大坝通水系统全靠人工操控,根据规范要求至少每4个小时就要对所有仓号举行一次测温,需要投入大量的职员,大坝温度情形掌握也对照滞后。”

现在,智能通水系统通过温度传感仪器,可实时感知混凝土状态,通过智能调治通水流量、温度和时间,在线个性化举行温度调控,实现对坝体温度的全历程智能化、精准化治理。“有了智能通水系统后,点点手机,所有参数全都一目了然,工程师只需要准时检查系统即可,异常利便。”何炜说。

虽然智能温控并不是一件新生事物,但周孟夏指出,从溪洛渡大坝到白鹤滩大坝,这实现了从自动温控到智能温控的转变,是智能化生长的一大步,也是近年来水电行业加速在5G、大数据、云盘算等新兴领域结构的难得功效。

勇攀“水电珠峰”

在白鹤滩水电站6项位列天下第一的手艺指标中,百万机组格外引人注目。作为天下上首批100万千瓦水轮发电机组,不仅实现了单机容量的伟大飞跃,其背后的国产化手艺标签还撑起了“中国缔造”的底气。

现实上,生产制造100万千瓦机组,绝非一蹴而就,而是一个耐久论证、自我刷新与不停实践的历程。

1996年,因三峡电站左岸建设需要,中国通过国际招标的形式首次引进了14台70万千瓦水轮发电机组,中国企业东方电机和哈尔滨电机划分与中标公司互助完成了机组的设计制造。虽然海内企业肩负了不少的供货义务,但由于精加工能力有欠缺,更多的照样在给外国企业“打工”。“5000元一吨的高强钢,人家卖我们7000元,也只能咬着牙买下来。”何炜回忆称。

手艺落伍,就要受制于人。为了破解生长困局,中国水电最先了一条重大装备国产化的赶超之路。

东方电机白鹤滩项目现场总代表王笑君示意,企业通过介入三峡水电站70万千瓦水轮发电机组研制,短短几年间就缩小了与外洋先进手艺30多年的差距;之后介入溪洛涉水电站77万千瓦发电机组研制,生产手艺也取得质的提高。现在,白鹤滩水电站百万千瓦发电机组顺遂投运,意味着中国已经率领天下水电装备制造进入“无人区”,并向着“水电珠峰”提议袭击。

然而,攀缘“水电珠峰”,怎会是一片坦途?“国之重器”的焦点手艺,实则是海量的设计图纸、试验效果与盘算讲述配合积累而成的。

“在白鹤滩之前,海内已建机组的最大单机容量是85万千瓦,制造100万千瓦机组,研制难度并不是简朴的加减法,而是成倍的差距。”工程建设部工程师陈浩说,机身上每一个孔的部署、每一个叶片的角度都大有考究,任何一个看似寻常的部件背后都蕴含着惊人的盘算量。

转子是水轮发电机组发电机部门的“心脏”,也是机组中制造难题最多的部件,直接影响机组运行效率与稳固性。“转子高4.1米,组装完能有1955吨,转动起来需要遭受相当于30万辆小轿车同时加速发生的力。”陈浩说道,“我们的额定转速是111转,但在极限试验中,纵然到达额定转速的151%,转子也可保证完好无损。”

在降低消耗、控制污染的同时,若何有用控制机组轴承性能、冷却效果,也是巨型机组制造的难题之一。对此,白鹤滩专门接纳了低消耗轴承手艺,降低推力总消耗25%以上,所有知足高可靠性、高效、清洁环保等各项要求。

研举事,安装制造也并非易事。以转轮焊接为例,所需的马氏体不锈钢质料需预加热,工人因此要穿着厚重的防烫服,趴在异常狭窄的空间里举行操作。“通俗人站在旁边可能就受不了,而我们的工人师傅在内里作业,手能像机械臂一样稳,保证整条焊缝没有任何缺陷。”陈浩说。

创新精神与大国工匠精神的慎密连系,作育了史无前例的精品百万机组。高度跨越50米的发电机组,一台的重量约即是一艘驱逐舰,但转动起来的整体摆幅却不跨越一根头发丝,即便在机组的机架盖板上立硬币也不会倒。

“白鹤滩百万千瓦国产化机组的应用,将进一步稳固中国水电手艺的天下领先职位,推动中国水电更好更快‘走出去’,为服务国家生长战略提供加倍稳固的支持。”何炜告诉记者。

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