水轮机四大部件作用(百万机组百年梦圆)

Posted 2023-05-30

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水轮机四大部件作用(百万机组百年梦圆)

水流的欢歌，在金沙江上唱响。

6月28日，全球首批百万千瓦水电机组，在三峡集团建设的世界第二大水电站——白鹤滩水电站成功投产，眨眼之间，将奔腾江流转化为以电为名的“中国能量”。

▲ 白鹤滩水电站全景摄影：谢雷

百万千瓦机组，百分之百中国“智”造。

这一转，立起了中国水电奋斗百年的历史性丰碑，叩开了中国水电独步世界“无人区”的大门。

这一转，表明了中国人有志气、有信心、有能力，不断登顶一座又一座水电科技新高峰。

百万千瓦机组因何而来，将往何方？让我们到历史与现实的脉络中，去寻找答案。

从历史中走来

金沙江，百转千回，在峡谷中聚起磅礴的力量。隐秘的山体内，建设者正挥毫泼墨，描绘一幅中流击水的长卷。

2020年6月21日，一颗直径超过8米、重约350吨的精密“中国芯”，精准嵌入白鹤滩水电站“心脏”部位，世界首台100万千瓦水轮发电机组的转轮成功吊装。

▲ 世界首台100万千瓦水轮发电机组的转轮成功吊装摄影：赵洋

回眸百年前，积贫积弱的旧中国，没有这份“底气”。

1912年，两台国外研制的240千瓦机组，在中国大陆第一座水电站——石龙坝水电站投产。它们在为昆明送来第一缕照亮工业化梦想道路的灯光时，也深深唤醒了中国的期待：何时，中国才能拥有自己研发的水电机组？

▲ 石龙坝水电站内的老机组摄影：王磊

而直至新中国成立时的1949年底，全国水电装机容量仅36万千瓦，且机组全由国外研发。

从全国仅36万千瓦，到一台100万千瓦，新中国的成立，中国共产党的领导，全国机电工作者的接续奋斗，开启了中国水电机组“逆天改命”的伟大征途：

——1952年，一台800千瓦的机组，在四川下硐水电站成功安装，结束了中国不能自主设计制造水电机组的历史。

——1958年，中国首座百万千瓦级水电站——刘家峡水电站开工建设，单机容量30万千瓦，核心部件靠工匠手工打磨。同年，全国科学规划会上，研制60万、80万甚至100万千瓦水电机组的构想被提出。

——1987年，龙羊峡水电站32万千瓦机组投产。

1980年代末，水电机组国产化的星火，已渐显燎原之势。然而，与发达国家研制的近70万千瓦水电机组相较，中国仍落后约30年。直至1990年代，才等来一个从跟跑变为并跑，甚至开始领跑的机会。

在三峡工程左岸70万千瓦机组的研制过程中，彼时还是“中国长江三峡工程开发总公司”的三峡集团，牵头开展科技攻关，联合哈尔滨电气、东方电气等国内企业，学习国际先进经验，再逐渐过渡到自主创新，并最终掌握了70万千瓦机组整体设计与制造的核心技术。

▲ 三峡左岸电站摄影：张祖新

及至三峡工程右岸机组的研制，我国水电机组研发团队，已具备与国际水电巨头同台竞技、并成功研制和投用70万千瓦机组的能力。

2008年，40多名专家评审三峡机组性能后，得出结论：右岸国产化机组总体性能优于左岸机组，关键性能达到国际同等水平。

以此为新起点，2013年，溪洛渡水电站77万千瓦、向家坝水电站80万千瓦……2021年，白鹤滩水电站100万千瓦机组成功投运，惊羡世界。

▲ 以三峡工程为骨干的长江流域巨型电站群

从无到有，从小到大，从弱到强。

这段艰苦卓绝的水电机组国产化发展史，凝聚着中国水电人“产业报国”的崇高追求。它的每一次进步，都与中国共产党的坚强领导密不可分；它的每一次发展，都与国家和民族的命运紧密相连。

与新时代握手

兴建白鹤滩水电站的设想，最早可追溯至1950年代。水利部长江水利委员会，组织多家勘测设计单位，对金沙江流域的水资源开发进行普查。

▲ 金沙江原始地貌（资料图片）

1990年，《长江流域综合利用规划简要报告（1990年修订）》获国务院批准，明确要在金沙江下游，开展乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水电站前期工作。

1950年，我国人均发电量不到3千瓦时，但美国人均发电量却已超过2900千瓦时。“要实现工业化，我国电力需求必然要经历一个显著的增长过程。”国务院发展研究中心研究员王亦楠如是说。

但河流长度有限，仅靠电站数量的增加，非长久之计。必须解决大容量机组研发难题，提升发电效率。

承担着“西电东送”使命的白鹤滩百万千瓦机组，在历史前进的逻辑中诞生，在时代发展的潮流中“履职”——

向外，它展露科技含量，彰显国家之实力，民族之底气；向内，它发挥“百万千瓦”之潜力，更好地服务社会生产，造福人民生活。

白鹤滩水电站投产发电后，将送电江苏和浙江。1台机组转动1小时，可以供应50万台家庭用的电磁炉；16台机组转动1小时，就可以供应800万台家庭用的电磁炉。

“它既能提供清洁、经济、安全的电力，有力支撑长江经济带发展，同时将对长江经济带的能源结构，起到优化调整作用。”中国工程院院士钮新强评价。

▲ 白鹤滩水电站大坝上游摄影：张禾

上至经济社会高质量发展，呼唤大规模清洁电能的诞生；下至扩大单机容量，可减少机组台数，有利于枢纽工程布置，节省投资；远至大容量机组可满足电网远景电力发展……研制百万千瓦机组，极为必要。

但要让这一巨型机组从设想变为现实，还需评估自然条件、技术条件等多方面的成熟度。

“白鹤滩水电站装机规模大，水头高达200多米，落差大，流量大，这让百万千瓦机组有了用武之地。”三峡集团机电专业总工程师张成平表示，“只有大容量机组，才能更加适应工程条件，充分发挥工程效益，更加合理高效地利用水资源。”

▲ 白鹤滩水电站大坝拦江而立。摄影：王广浩

若考量技术，百万千瓦机组的研制，则以三峡工程、溪洛渡、向家坝等水电站的机组国产化实践来“投石问路”。

“在三峡工程右岸电站，我们大胆采用定转子全空气通风冷却技术，相比水内冷技术，工艺简单，故障率低，便于维护。”

“在溪洛渡水电站，我们成功研制200米水头段水轮机，效率、空化、稳定性等综合性能优良。”

三峡集团所属三峡建工集团总经理胡伟明说，这些关键技术，为白鹤滩百万千瓦机组研制，打下坚实基础，增添了经验与底气。

曾参与过三峡左岸机组埋件分包制造的哈电副总工程师卜良峰则说，在三峡工程左岸机组的研制过程中，60公斤级的蜗壳高强钢板，都要从国外高价进口。

为摆脱进口材料“卡脖子”困境，三峡集团牵头进行科研攻关，组织鞍钢、宝武钢等兄弟单位，自主创新，最终让右岸机组用上了国产化钢材。

▲机组蜗壳摄影：赵洋

如今，运用在白鹤滩水电站蜗壳制造上的国产化高强钢，已达到80公斤级。百万千瓦机组所需的关键材料，如高强度磁轭钢板、抗撕裂厚钢板、高等级硅钢片等，也已全部实现国产化。

此外，在配套设备上，从桥机、母线、大型变压器，到调速系统、励磁系统、监控系统……中国水电装备全产业链不断升级，也成为我国百万千瓦机组登顶世界“水电珠峰”的助力之一。

▲ 2019年6月，白鹤滩水电站工程右岸主厂房16号机窝蜗壳焊接施工。摄影：刘涛

有了底气，便有勇气。

自2006年起，三峡集团依托重点工程，再度与华东勘测设计研究院、长江勘测设计研究院、哈电、东电等携手出征，以科学审慎的态度，组织并领导开展百万千瓦水电机组科研攻关。

这次攻关，历经三个阶段、十余年之久，对总体技术、水力设计、电磁设计、24/26千伏线棒、通风冷却、推力轴承、结构刚强度、制造加工、原材料等关键技术，进行了多项研究和试验，取得丰富研究成果，为成功研制白鹤滩百万千瓦机组打下坚实基础。

这次科研攻关，以坚定而有力的步伐，向世界水电核心装备的“无人区”，正式挺进。

独步世界“无人区”

百万千瓦机组从0到1的漫漫征程背后，是0.1甚至0.01的跬步积累。

目前，全球已建在建的127台70万千瓦以上的水电机组中，80万千瓦以上机组屈指可数，“百万千瓦机组”则是实实在在的“无人区”。

有人疑惑，为何如此之难？

百万千瓦机组，需具备优良的能量转化效率，以及良好的水力稳定性能，如此才能在各种工况下长期平稳运行。

百万千瓦机组，应用水头较高、转速较高，尺寸接近三峡机组。因此，它的外荷载更大，对结构材料要求更高，如磁轭钢板强度要达到750兆帕以上，蜗壳高强钢板要800兆帕级。

百万千瓦机组，推力轴承推力负荷略大于三峡机组，但机组转速更高，推力轴承PV值更大，制造难度更大。

百万千瓦机组，发电机额定电流，已超出现有发电机电压设备的应用额定电流范围，须将发电机额定电压，提高至24千伏以上才能满足要求。

▲ 水轮发电机组仿真模拟

难吗？当然难!

以百万千瓦机组水轮机核心部件转轮为例，它承受着最高水头达240多米的巨大水能，直径超过8.5米，集中着水轮发电机组最精巧的设计。

无规范、无经验、无参考，哈电水力设计科研带头人魏显著，带队“忽略”8年来几乎所有节假日，敲下几十万行代码，搭建仿真实验平台，经过成百上千次优化计算与实验，反复比选论证，才研制出现有转轮模型。

别看转轮“个头大”，可细节要求堪称极致：重量超过8吨的叶片必须一次浇筑成型，不同炉子的钢水成分、温度要时刻一致；铲磨工序后，削切下的铁屑就达数吨；仅一次焊接翻身，也要比选数个方案……

▲ 白鹤滩水电站左岸7号机组转轮摄影：张禾

面对约6万个零件组装的巨型水轮发电机组，需要对成百上千个设计、制造、安装等专题进行研究、优化，才能获得最优的整体性能。路只有一条——技术先行，才有优化的可能。

负责白鹤滩机组设计与制造管理的机电技术中心团队，在机组设计管理中，对每一个设计细节分毫必争，对每一个参数指标“锱铢必较”，确保设计“零疑点”；在机组制造管理中，团队以最高标准、最优工艺、最严管控，来确保制造“零缺陷”。

他们开展一轮又一轮设计制造复核，努力查找潜在缺陷和风险，吸取以往电站经验教训，取长补短、举一反三，持续优化提升机组性能。

他们大力推动“三维设计”“美丽机电”，优化管道、线缆等布置，在抓好机组内在品质的同时，提升设备外观质量，实现“内外兼优”。

一流的设计制造，还需一流的安装调试。

在机组安装调试现场，三峡集团白鹤滩工程建设部机电安装项目部主任康永林，带领靳坤、陈浩、陈绪鹏等徒弟，搭建两个“课堂”——

一堂设在巨型机组里。转轮焊接、转子磁轭安装、通风冷却系统调试……每一项设备的安装调试过程，都是最好的老师。

一堂设在机电创新工作室里。分享实战经验，查找知识漏洞，探讨科研方向……每一名员工，都要上台大胆讲一讲。

▲ 白鹤滩水电站转子磁轭冲片施工（资料图片）

转子磁轭安装期间，东电服务团队以“过程精品”保障“结果精品”，日均蹲守现场的时长超过16小时。测量数据显示，与理论中心相比，叠装后的磁轭中心，偏差未超过0.02毫米，远高于行业精品机组标准。

攻坚路上并非单兵突进，同路之人正在携手摸索——

华东院等设计单位工程师，在电脑屏幕前挑灯夜战，绘制一张张“蓝图”；葛洲坝、水电四局等安装单位技术人员，在现场一遍遍核对安装测量数据，不知疲倦；三峡集团长江电力百余名电厂专家、运维骨干提前上岗、整装待发，随时做好接机准备……

▲ 白鹤滩水电站百万千瓦机组转轮加工配重静平衡焊接施工摄影：谢雷

“依托百万千瓦机组研发，中国机电人的进步是全方位的。这一过程，不但锻炼了队伍，更是凝练了敢为天下先的攀登精神。”三峡集团党组成员、副总经理范夏夏说。

回望百年来路，展望百万千瓦机组，那些攀登时扎伤手的荆棘带，磨出血的崎岖路，清晰可见。

但正因为难，行走才得以伟大。

那些走过的险峰，得以跨越时空，为一场征程作注；那些壮丽的峰顶景色，得以拨开云雾，召唤下一次攀登。

水轮机四大部件作用(百万机组 百年梦圆)

水轮机四大部件作用(百万机组 百年梦圆)

水轮机四大部件作用(百万机组百年梦圆)

水轮机四大部件作用(百万机组百年梦圆)