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兩河口水電站創(chuàng)九項(xiàng)世界之最 工程建設(shè)有哪些“黑科技”

給大壩裝“大腦” 給心墻蓋“被子”

兩河口水電站創(chuàng)九項(xiàng)世界之最

四川省雅江縣縣城上游約25km的雅礱江干流,曾經(jīng)洶涌湍急的河流變成了高峽平湖,我國海拔最高的百萬千瓦級(jí)水電站——兩河口水電站橫跨雅礱江,穩(wěn)穩(wěn)地嵌入V字形峽谷中。

295米高土石壩海拔世界第一,高邊坡群施工規(guī)模世界第一,泄洪抗沖旋挖樁群水電施工規(guī)模世界第一……近日,隨著最后一臺(tái)機(jī)組完成72小時(shí)試運(yùn)行并正式投入商運(yùn),這個(gè)創(chuàng)下九項(xiàng)“世界之最”的水電站全部投產(chǎn)發(fā)電。

面臨一系列世界級(jí)難題,工程建設(shè)用上了哪些“黑科技”?記者帶您一探究竟——

主要轉(zhuǎn)動(dòng)部件擺度僅有一根頭發(fā)絲直徑的二分之一

機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)“特別質(zhì)量”

隨著進(jìn)水口閘門的打開,奔騰的江水通過高壓管道進(jìn)入水輪機(jī),帶動(dòng)設(shè)備高速旋轉(zhuǎn),發(fā)出強(qiáng)大電流。

與此同時(shí),兩河口水電站的值班人員一邊根據(jù)調(diào)度情況調(diào)整導(dǎo)葉開度,一邊在監(jiān)控室內(nèi)通過智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)著發(fā)電機(jī)組振動(dòng)、擺度、各部瓦溫等參數(shù),確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

機(jī)電設(shè)備被視為電站“心臟”。作為目前國內(nèi)海拔最高的百萬千瓦級(jí)水電站,兩河口水電站擁有著一顆強(qiáng)勁有力的“心臟”——6臺(tái)單機(jī)50萬千瓦大型水輪發(fā)電機(jī)組。全部機(jī)組在完成72小時(shí)試運(yùn)行后,無任何安全隱患和質(zhì)量缺陷,開創(chuàng)了國內(nèi)全部大型機(jī)組免維修轉(zhuǎn)商運(yùn)的先例。

技術(shù)人員至今仍然記得的一個(gè)細(xì)節(jié)是,由于兩河口水庫所處海拔高、庫容大、蓄水周期長,發(fā)電機(jī)組長期在低水頭工況運(yùn)行,給機(jī)組轉(zhuǎn)輪核心部件等穩(wěn)定性帶來極大考驗(yàn)。

高海拔下,機(jī)組如何高效、平穩(wěn)運(yùn)行?大容量水輪發(fā)電機(jī)組線棒防暈、定子工頻磁化試驗(yàn)共振問題、定子和轉(zhuǎn)子圓度控制及機(jī)組軸線調(diào)整等,這些困擾行業(yè)已久的難題都是技術(shù)人員亟須“啃”下的“硬骨頭”。

歷時(shí)九個(gè)多月,在各方共同努力下,兩河口發(fā)電機(jī)電子線棒研制成功,實(shí)現(xiàn)絕緣技術(shù)的核心突破,并創(chuàng)下高海拔大型機(jī)組定子線棒防暈技術(shù)的世界第一。最終,機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行能力增加10%,電站水輪發(fā)電機(jī)組的擺度均控制在100微米以內(nèi),振動(dòng)均在30微米以內(nèi)。其中2號(hào)機(jī)組擺度控制在40微米以內(nèi),相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的二分之一。

有關(guān)技術(shù)人員給記者擺出了這樣一組數(shù)據(jù):機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑6.25米,轉(zhuǎn)子直徑超10米,轉(zhuǎn)輪到轉(zhuǎn)子上端軸共18.4米。如此龐大的轉(zhuǎn)動(dòng)體系,要在轉(zhuǎn)速166.7轉(zhuǎn)/分鐘的高速運(yùn)行狀態(tài)下,將擺度控制在幾十微米,其難度可想而知。尤其是還面臨著高海拔下制造難度大、人機(jī)降效明顯的重大挑戰(zhàn)。這背后有何特別密碼?

“質(zhì)量是命?!睋?jù)介紹,雅礱江公司從一開始就提出機(jī)電設(shè)備“特別質(zhì)量”的戰(zhàn)略部署,致力于打造兩河口水電站精品機(jī)電設(shè)備。

以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為例。兩河口機(jī)組轉(zhuǎn)子高度超3米,直徑超10米,重達(dá)805噸。作為發(fā)電機(jī)組中最重、最大的核心部件,它由近萬片4毫米厚的750兆帕磁軛沖片疊加而成,運(yùn)行時(shí)最大線速度可達(dá)340公里/小時(shí)。安裝精度稍有偏差將直接威脅整個(gè)機(jī)組安全。

轉(zhuǎn)子圓不圓,熱脹最關(guān)鍵。通過群策群力,團(tuán)隊(duì)最終研究出有效應(yīng)對(duì)高原高寒氣候的轉(zhuǎn)子熱脹專項(xiàng)方案,使轉(zhuǎn)子圓度控制在了0.4毫米以內(nèi)。

智能大壩系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握壩體健康狀況

工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化向智能化跨越

6個(gè)“鳥巢”的體積加起來有多大?在兩河口水電站可以找到答案——作為我國第一高土石壩,兩河口大壩的總填筑量達(dá)到4300萬立方米。如果將其分解成1立方米的正方體,連起來可以繞地球一圈多。

在平均海拔3000米的環(huán)境下,完成如此大的填筑量,挑戰(zhàn)巨大。在兩河口之前,國內(nèi)外均無成熟、可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。怎么辦?

面對(duì)高海拔、高心墻堆石壩、高填筑量這一系列世界級(jí)難題,工程建設(shè)者們走出了一條“智取”之路:打造了國內(nèi)第一座用“施工全過程智能化技術(shù)”修建的300米級(jí)超高土石壩,填補(bǔ)了高寒地區(qū)超高土石壩的建設(shè)空白,實(shí)現(xiàn)了大壩建設(shè)由數(shù)字化向智能化的跨越。

余良松,兩河口大壩工程的重要建設(shè)者和見證者,中國電建兩河口水電站一二·五聯(lián)合體項(xiàng)目經(jīng)理。

4月6日,記者聯(lián)系到余良松時(shí),他正在整理項(xiàng)目竣工資料。談及兩河口的“智取”之路,他難掩自豪與激動(dòng)。

據(jù)介紹,借助高精度衛(wèi)星定位、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù),他們給大壩裝上了敏銳的“神經(jīng)感知系統(tǒng)”和發(fā)達(dá)的“智能大腦”,由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)壩料開采、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等全過程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

“大壩內(nèi)部埋設(shè)了1300多只大小不一、長相各異的傳感器,它們就像遍布大壩全身的‘神經(jīng)末梢’,將感知到的溫度、濕度、風(fēng)速等信息反饋給‘智能大腦’——兩河口大壩智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析?!庇嗔妓筛嬖V記者,借助智能大壩系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以實(shí)時(shí)掌握大壩的“健康”狀況,并針對(duì)問題采取有針對(duì)性的處理措施。

其中,不得不提的就是施工中使用的新型智能無人碾壓機(jī)。

據(jù)介紹,要讓大壩抵擋住近300米高、108億立方米庫容的水壓力,碾壓緊實(shí)是最為關(guān)鍵的一個(gè)步驟。295米高的土石壩,相當(dāng)于100層樓高。每填筑30厘米土石料,就需要碾壓機(jī)來回碾壓十遍,壓實(shí)到26厘米。如此算來,一共需要填筑1100多層,精度要控制在厘米級(jí)。

有著25年水電建設(shè)工作經(jīng)驗(yàn)、曾參與多個(gè)水電站建設(shè)的余良松告訴記者,在以往土石壩碾壓施工中,常常是通過人工翻牌計(jì)數(shù)來記錄遍數(shù),碾壓軌跡也是靠監(jiān)理工程師的眼睛來判斷。而在兩河口大壩建設(shè)中,碾壓速度、軌跡、遍數(shù)、壓實(shí)厚度等參數(shù),均可在智能大壩系統(tǒng)相關(guān)界面得以顯示,遇到問題系統(tǒng)還可實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

“與傳統(tǒng)碾壓機(jī)不同,新型智能無人碾壓機(jī)完全實(shí)現(xiàn)無人駕駛?!睋?jù)項(xiàng)目有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,他們共改裝完成各類“會(huì)思考”的碾壓機(jī)18臺(tái),實(shí)現(xiàn)了大壩碾壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和障礙物智能感知、作業(yè)軌跡厘米級(jí)定位、機(jī)群百米級(jí)遙控互聯(lián),施工更加安全、質(zhì)量更加穩(wěn)定,施工效率提高約15%。

研發(fā)“保溫被”快速收放機(jī),解決凍土難題

開創(chuàng)高原凍土區(qū)冬季土心墻大規(guī)模連續(xù)施工先例

兩河口水電站位于川西高原氣候區(qū),晝夜溫差大,最低氣溫可達(dá)近零下20度,屬于季節(jié)凍土區(qū)。

而凍土問題,一開始幾乎讓整個(gè)工程停滯。

據(jù)介紹,為了擋水防滲,要在大壩中心區(qū)砌上保護(hù)墻——心墻。然而,每年11月中旬至次年3月上旬三四個(gè)月的時(shí)間,大壩心墻土料會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象,成為影響大壩質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵制約因素之一。

“它的學(xué)名叫高頻短時(shí)凍土,夜晚凍結(jié),白天出太陽之后融化。”雅礱江公司兩河口建設(shè)管理局局長王金國說,經(jīng)過多次凍結(jié)融化之后,土體顆粒會(huì)越變?cè)郊?xì),孔洞越來越多,防滲性越來越差,一旦用這樣的土料筑成大壩,將面臨潰壩的風(fēng)險(xiǎn)。

為破解這一難題,產(chǎn)學(xué)研用多方聯(lián)合攻關(guān),研發(fā)了冬季土料開采、運(yùn)輸、摻拌、攤鋪、碾壓成套技術(shù)體系,確?!皟鐾敛簧蠅?、凍土不碾壓、碾后不受凍”。

“為了防止心墻受凍,我們?cè)诙緯?huì)采用土工膜對(duì)心墻區(qū)域進(jìn)行全覆蓋?!庇嗔妓筛嬖V記者,每天晚上,現(xiàn)場(chǎng)施工人員都會(huì)給心墻蓋上重達(dá)幾十噸的“保溫被”,待白天升溫后再揭開繼續(xù)施工。

為提高工作效率,項(xiàng)目技術(shù)人員還先后研發(fā)出兩代“保溫被”快速收放機(jī)?!霸瓉砣斯そ疑w‘保溫被’需要約4個(gè)小時(shí),通過這一設(shè)備,可縮減到1至2個(gè)小時(shí),從而讓冬季大溫差和高寒低溫環(huán)境下心墻全天候全倉面快速連續(xù)施工成為現(xiàn)實(shí)。”余良松說。

除了凍土問題外,兩河口水電站建設(shè)項(xiàng)目還面臨雨水多的問題。據(jù)了解,水電站所在地區(qū)每年6月至10月為豐水期,七八月份平均降水量超過700毫米,用施工人員的話說,“雨說來就來”。在這個(gè)季節(jié),碾壓機(jī)的鋼輪由于掛泥無法將土料壓實(shí),“有時(shí)被刮掉的土料比填筑方量還多,心墻越填越低。”

為應(yīng)對(duì)突發(fā)降雨,項(xiàng)目建設(shè)者引入氣象雷達(dá),在料場(chǎng)和壩上設(shè)置小型氣象站,結(jié)合衛(wèi)星云圖,提前預(yù)測(cè)降雨信息。同時(shí)結(jié)合填筑面龜背狀施工、小倉面快速輪換施工等方式,提高施工效率?!霸诮拥筋A(yù)警信息后,施工人員將心墻用平碾快速進(jìn)行龜背形土層封閉,人工形成2%的坡比進(jìn)行自動(dòng)排水,并在反濾料區(qū)左右岸方向每隔40米設(shè)置一道排水溝進(jìn)行排水。”余良松介紹。雨停后,再將表層土料鏟除,快速恢復(fù)填筑施工。

冬季保溫、雨季放水。就這樣,項(xiàng)目建設(shè)者們開創(chuàng)了高原凍土區(qū)冬季土心墻大規(guī)模連續(xù)施工的先例,最終實(shí)現(xiàn)“大壩提前一年到頂,全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電時(shí)間提前半年”。

從數(shù)字看兩河口水電站

●總填筑量達(dá)到4300萬立方米,分解成1立方米的正方體,連起來可以繞地球一圈多。

●左岸邊坡最高達(dá)684米,比中國第一高樓還高約50米,施工時(shí)一共用了約1.6萬束錨索,每束錨索的重量約1噸。

●廠房長276米、寬29米,可并排停放8列8輛編組的動(dòng)車。

●總庫容108億立方米,相當(dāng)于770個(gè)西湖加起來的水量,可為雅礱江中下游、金沙江下游和長江干流電站產(chǎn)生巨大補(bǔ)償效益,增加平枯期年發(fā)電量約342億千瓦時(shí),超過去年四川全社會(huì)用電量的1/10。

●電站年發(fā)電量加上補(bǔ)償效益增加的發(fā)電量,相當(dāng)于每年減少原煤消耗1330萬噸,減少二氧化碳排放2130萬噸,相當(dāng)于少建4座年產(chǎn)400萬噸的大型煤礦。

本報(bào)記者 王珍

來源:中國紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)


責(zé)任編輯:侯哲
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