白鶴灘水電站的幕后英雄：與混凝土較真 征服世界水電行業(yè)的“珠穆朗瑪峰”

6月28日，全球第二大水電站白鶴灘水電站首批機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電！

60秒回顧白鶴灘水電站建設(shè)。盧忠燦制作

白鶴灘水電站總裝機(jī)容量1600萬千瓦，居世界第二，僅次于三峽工程；單機(jī)容量100萬千瓦，位居世界第一。白鶴灘水電站預(yù)計(jì)2022年7月可實(shí)現(xiàn)16臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，屆時(shí)一天的發(fā)電量可滿足50萬人一年的生活用電。

作為黨的十八大以來我國開工建設(shè)的千萬千瓦級(jí)巨型水電工程，白鶴灘水電站工程是長江流域防洪體系重要組成部分，也是實(shí)施“西電東送”的國家重大工程，是我國穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生的新時(shí)代“大國重器”。在其成功投產(chǎn)發(fā)電的背后，凝結(jié)了無數(shù)建設(shè)者的智慧和心血。

航拍白鶴灘水電站。謝雷攝

一群與混凝土較真的“藝術(shù)家”

在四川省寧南縣和云南省巧家縣交匯處的金沙江下游河道上，一座世界級(jí)巨型拱壩立于其間。大壩左岸的地下洞室里，藏著3條名為“泄洪洞”的奇跡和藝術(shù)品。

稱它們是奇跡，緣于白鶴灘水電站泄洪洞的多項(xiàng)特點(diǎn)：每條泄洪洞長度都在2000米以上，斷面最大可達(dá)寬15米、高18米，最大坡度達(dá)到23°，過流面積超過20萬平方米。它們的實(shí)力也不一般，能承受高達(dá)1.2萬立方米每秒以上的大泄量和47米每秒的世界級(jí)高流速。

稱它們是藝術(shù)品，則是因?yàn)槠洹皟?nèi)外兼修”的混凝土質(zhì)量：體型精準(zhǔn)、平整光滑、耐磨防裂，水流養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下呈現(xiàn)鏡面效果。

完工后的泄洪洞。謝雷攝

據(jù)了解，混凝土施工中素有“無襯不裂”的說法，裂縫似乎是混凝土逃不脫的結(jié)局，但白鶴灘的混凝土“藝術(shù)家”們卻不這樣認(rèn)為。

白鶴灘水電站泄洪洞整體形態(tài)和過山車軌道很像，分為上平段、龍落尾段和出口處呈上挑形狀的挑流鼻坎，不同的是泄洪洞每個(gè)部位都是混凝土結(jié)構(gòu)。在施工中最困難的，就數(shù)龍落尾段。龍落尾段形似龍尾，是一道垂直落差90米的斜坡，23°的最大坡度就出現(xiàn)在這里。

在以往的水電工程中，如果泄洪洞有龍落尾結(jié)構(gòu)，大多采用混凝土泵輸送混凝土到相應(yīng)部位，但這種運(yùn)輸方案不能套用在低坍落度混凝土上。

工欲善其事，必先利其器。沒有施工裝備，后續(xù)的作業(yè)就不能進(jìn)行，創(chuàng)新成了必經(jīng)之路。

但創(chuàng)新絕非易事，白鶴灘泄洪洞坡度更大、環(huán)境更復(fù)雜，想要設(shè)計(jì)全套的施工裝備更是難上加難。“難到和我們合作的廠商都跑了�！比龒{集團(tuán)白鶴灘工程建設(shè)部泄洪洞項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王孝海說。

為了設(shè)計(jì)用于龍落尾底板施工的裝備，王孝海創(chuàng)新工作室團(tuán)隊(duì)請(qǐng)來了一些專業(yè)廠家，和現(xiàn)場施工單位一起研究。

這套裝備要適應(yīng)狹窄和大坡度的環(huán)境，要滿足一定的運(yùn)輸速度保證混凝土不提前凝固，要保證混凝土運(yùn)輸?shù)綔?zhǔn)確的部位、不能影響后續(xù)人工作業(yè)……諸多困難交織在一起，現(xiàn)場試驗(yàn)情況始終不理想。

一次次的失敗消磨掉了廠家的耐心，不久王孝海就發(fā)現(xiàn)廠商都變得安靜了，“之前我們有一個(gè)群，這些廠商的技術(shù)人員原本都在群里，后來他們不是‘退群’就是‘隱身’，都不陪我們了，花錢也請(qǐng)不來人”。

從上平段到龍落尾，再到挑流鼻坎，白鶴灘建設(shè)者拿出了全套施工裝備，實(shí)現(xiàn)了“全過流面”創(chuàng)新。“應(yīng)用情況表明，我們自行研制的成套常態(tài)混凝土施工裝備安全、高效，較常規(guī)施工效率提高了約20%�！蓖跣⒑Ｕf。

泄洪洞龍落尾底板收面，工人正在抹面，使混凝土平整光滑。劉濤攝

混凝土都是分塊澆筑，塊與塊之間必然會(huì)存在一條縫，但泄洪洞的接縫處卻實(shí)現(xiàn)了平滑。

接縫處如何保養(yǎng)、采用什么保護(hù)工具，這樣的細(xì)節(jié)都被施工人員考慮在內(nèi)。王孝海介紹，從泄洪洞第一倉混凝土澆筑起，建設(shè)者就堅(jiān)持精準(zhǔn)析源、精明施策、精心組織、精確控制、精益施工。簡單來說，就是每一個(gè)人在每一個(gè)環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的任務(wù)。

施工人員把細(xì)致到幾近嚴(yán)苛的要求滲透到每一寸鋼筋、每一方混凝土，甚至每一條施工縫里，目的就是為了保障施工質(zhì)量，這樣的態(tài)度和藝術(shù)家別無二致。

白鶴灘泄洪洞平均不平整度小于2毫米，全部都能呈現(xiàn)鏡面效果。這份成績，源自于這一群混凝土“藝術(shù)家”的堅(jiān)持和創(chuàng)新，展現(xiàn)了中國智慧。

征服世界水電行業(yè)的“珠穆朗瑪峰”

流急坎陡，江勢驚險(xiǎn)，要將40%以上的長江水力資源運(yùn)轉(zhuǎn)自如，使灌溉中華大地的粗實(shí)“血管”暢通無阻，源源不斷輸出清潔電力，金沙江畔迫切需要一顆強(qiáng)大的“心臟”。

而組建這顆“心臟”的關(guān)鍵，就是研制可靠、穩(wěn)定、高效的水輪發(fā)電機(jī)組。相對(duì)于已投產(chǎn)的長江三峽、金沙江向家壩、溪洛渡、烏東德水電站裝備的巨型水電機(jī)組，白鶴灘水電站單機(jī)容量再次實(shí)現(xiàn)巨大跨越，百萬千瓦機(jī)組技術(shù)研究的復(fù)雜性和技術(shù)難度遠(yuǎn)超世界已有機(jī)組。

“要成功研制這個(gè)目前世界單機(jī)容量最大的水電機(jī)組，真不容易！”東方電機(jī)白鶴灘百萬千瓦發(fā)電機(jī)總設(shè)計(jì)師張?zhí)禊i感慨道。

白鶴灘水電站全球首臺(tái)百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子吊裝。東方電機(jī)供圖

白鶴灘水電站共設(shè)計(jì)安裝16臺(tái)單機(jī)容量為100萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組，是目前世界上單機(jī)容量最大的水電機(jī)組，屬于超巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組，其研制難度遠(yuǎn)大于世界在建和已投運(yùn)的任何機(jī)組，被譽(yù)為當(dāng)今世界水電行業(yè)的“珠穆朗瑪峰”。機(jī)組的成功投產(chǎn)將大幅推動(dòng)整個(gè)水電行業(yè)的發(fā)展，也標(biāo)志著我國正逐步成為世界水電創(chuàng)新的中心。

百萬千瓦，不僅意味著大容量、大尺寸，也意味著發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生更高熱量。作為空冷式機(jī)組，如果無法將這些過剩的熱量高效帶走，會(huì)造成嚴(yán)重的熱變形和熱應(yīng)力，甚至造成設(shè)備損壞。如何幫助高效運(yùn)行的機(jī)組“降火”，是研制團(tuán)隊(duì)面臨的最為棘手的問題。

白鶴灘水電站全球首臺(tái)百萬千瓦水電機(jī)組轉(zhuǎn)子吊裝。東方電機(jī)供圖

或許有人會(huì)說，“降火”有什么難的，增加風(fēng)量不就可以了？難就難在，冷卻風(fēng)量在很大程度上，與發(fā)電機(jī)效率呈反比。

9年前，研制團(tuán)隊(duì)開始了磁極繞組空內(nèi)冷技術(shù)研究應(yīng)用的攻關(guān)工作。通過若干輪次的仿真計(jì)算、試驗(yàn)驗(yàn)證、方案優(yōu)化、產(chǎn)品試制，研制團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了這一創(chuàng)新技術(shù)在白鶴灘項(xiàng)目的落地應(yīng)用。磁極銅排上開設(shè)內(nèi)通風(fēng)孔，并新增內(nèi)部冷卻區(qū)，在大幅增加磁極繞組的散熱面積、縮短傳熱路徑的同時(shí)，提高冷卻空氣的利用率，大幅降低發(fā)電機(jī)冷卻需求風(fēng)量，為實(shí)現(xiàn)99.01%這一最高效率指標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

“從2006年開始，我們?cè)谌龒{集團(tuán)的組織下開始了白鶴灘百萬千瓦機(jī)組的研究工作，在機(jī)組總體設(shè)計(jì)、水力、電磁、冷卻、絕緣等9個(gè)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行專項(xiàng)科研攻關(guān)，形成了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。我們的發(fā)電機(jī)效率達(dá)到了99.01%，效率水平世界最高�！睆�?zhí)禊i說，“我們的轉(zhuǎn)子繞組、空氣內(nèi)冷新技術(shù)，突破了巨型水電機(jī)組冷卻技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的最佳冷卻效果，為將來自主研制難度更大的高水頭、大容量水電機(jī)組提供了有效的解決方案�？梢哉f，水電裝備的核心技術(shù)已經(jīng)牢牢掌握在我們自己手中�！保ㄖ旌纾�