百萬(wàn)機(jī)組百年夢(mèng)圓

◎ 文 | 朱靜霞 王璐 編輯 | 王芳麗

百萬(wàn)千瓦機(jī)組轉(zhuǎn)子吊裝 攝影/高峰

中國(guó)第一座石龍壩水電站內(nèi)的老機(jī)組 攝影/王磊

6月28日，全球首批百萬(wàn)千瓦水電機(jī)組，在三峽集團(tuán)建設(shè)的世界第二大水電站——白鶴灘水電站成功投產(chǎn)，眨眼之間，將奔騰江流轉(zhuǎn)化為以電為名的“中國(guó)能量”。

百萬(wàn)千瓦機(jī)組，百分之百中國(guó)“智”造。

這一轉(zhuǎn)，立起了中國(guó)水電奮斗百年的歷史性豐碑，叩開(kāi)了中國(guó)水電獨(dú)步世界“無(wú)人區(qū)”的大門(mén)。

這一轉(zhuǎn)，表明了中國(guó)人有志氣、有信心、有能力，不斷登頂一座又一座水電科技新高峰。

百萬(wàn)千瓦機(jī)組因何而來(lái)，將往何方？讓我們到歷史與現(xiàn)實(shí)的脈絡(luò)中，去尋找答案。

從歷史中走來(lái)

金沙江，百轉(zhuǎn)千回，在峽谷中聚起磅礴的力量。隱秘的山體內(nèi)，建設(shè)者正揮毫潑墨，描繪一幅中流擊水的長(zhǎng)卷。

2020年6月21日，一顆直徑超過(guò)8米、重約350噸的精密“中國(guó)芯”，精準(zhǔn)嵌入白鶴灘水電站“心臟”部位，世界首臺(tái)100萬(wàn)千瓦水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)輪成功吊裝。

回眸百年前，積貧積弱的舊中國(guó)，沒(méi)有這份“底氣”。

1912年，兩臺(tái)國(guó)外研制的240千瓦機(jī)組，在中國(guó)第一座水電站——石龍壩水電站投產(chǎn)。它們?cè)跒槔ッ魉蛠?lái)第一縷照亮工業(yè)化夢(mèng)想道路的燈光時(shí)，也深深喚醒了中國(guó)的期待：何時(shí)，中國(guó)才能擁有自己研發(fā)的水電機(jī)組？

而直至1949年底，全國(guó)水電裝機(jī)容量?jī)H36萬(wàn)千瓦，且機(jī)組全由國(guó)外研發(fā)。

從全國(guó)僅36萬(wàn)千瓦，到一臺(tái)機(jī)組就100萬(wàn)千瓦，新中國(guó)的成立，中國(guó)共產(chǎn)黨的領(lǐng)導(dǎo)，全國(guó)機(jī)電工作者的接續(xù)奮斗，開(kāi)啟了中國(guó)水電機(jī)組“逆天改命”的偉大征途：

——1952年，一臺(tái)800千瓦的機(jī)組，在四川下硐水電站成功安裝，結(jié)束了中國(guó)不能自主設(shè)計(jì)制造水電機(jī)組的歷史。

——1 958年，中國(guó)首座百萬(wàn)千瓦級(jí)水電站——?jiǎng)⒓覎{水電站開(kāi)工建設(shè)，單機(jī)容量30萬(wàn)千瓦，核心部件靠工匠手工打磨。同年，全國(guó)科學(xué)規(guī)劃會(huì)上，研制60萬(wàn)、80萬(wàn)甚至100萬(wàn)千瓦水電機(jī)組的構(gòu)想被提出。

——1987年，龍羊峽水電站32萬(wàn)千瓦機(jī)組投產(chǎn)。

1980年代末，水電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的星火，已漸顯燎原之勢(shì)。然而，與發(fā)達(dá)國(guó)家研制的近70萬(wàn)千瓦水電機(jī)組相較，中國(guó)仍落后約30年。直至1990年代，才等來(lái)一個(gè)從跟跑變?yōu)椴⑴?，甚至開(kāi)始領(lǐng)跑的機(jī)會(huì)。

在三峽工程左岸70萬(wàn)千瓦機(jī)組的研制過(guò)程中，彼時(shí)還是“中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程開(kāi)發(fā)總公司”的三峽集團(tuán)，牽頭開(kāi)展科技攻關(guān)，聯(lián)合哈爾濱電氣、東方電氣等國(guó)內(nèi)企業(yè)，學(xué)習(xí)國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，再逐漸過(guò)渡到自主創(chuàng)新，并最終掌握了70萬(wàn)千瓦機(jī)組整體設(shè)計(jì)與制造的核心技術(shù)。

及至三峽工程右岸機(jī)組的研制，我國(guó)水電機(jī)組研發(fā)團(tuán)隊(duì)，已具備與國(guó)際水電巨頭同臺(tái)競(jìng)技、并成功研制和投用70萬(wàn)千瓦機(jī)組的能力。

2008年，40多名專(zhuān)家評(píng)審三峽機(jī)組性能后，得出結(jié)論：右岸國(guó)產(chǎn)化機(jī)組總體性能優(yōu)于左岸機(jī)組，關(guān)鍵性能達(dá)到國(guó)際同等水平。

以此為新起點(diǎn)，2013年，溪洛渡水電站77萬(wàn)千瓦、向家壩水電站80萬(wàn)千瓦、烏東德水電站85千瓦…… 2021年，白鶴灘水電站100萬(wàn)千瓦機(jī)組成功投運(yùn)，驚羨世界。

從無(wú)到有，從小到大，從弱到強(qiáng)。

三峽左岸電站廠房機(jī)組 資料圖片

百萬(wàn)千瓦機(jī)組轉(zhuǎn)輪 攝影/黃正平

這段艱苦卓絕的水電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化發(fā)展史，凝聚著中國(guó)水電人“產(chǎn)業(yè)報(bào)國(guó)”的崇高追求。它的每一次進(jìn)步，都與中國(guó)共產(chǎn)黨的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)密不可分；它的每一次發(fā)展，都與國(guó)家和民族的命運(yùn)緊密相連。

與新時(shí)代握手

興建白鶴灘水電站的設(shè)想，最早可追溯至1950年代。水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)，組織多家勘測(cè)設(shè)計(jì)單位，對(duì)金沙江流域的水資源開(kāi)發(fā)進(jìn)行普查。

1990年，《長(zhǎng)江流域綜合利用規(guī)劃簡(jiǎn)要報(bào)告（1990年修訂）》獲國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，明確要在金沙江下游，開(kāi)展烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站前期工作。

1950年，我國(guó)人均發(fā)電量不到3千瓦時(shí)，但美國(guó)人均發(fā)電量卻已超過(guò)2900千瓦時(shí)。“要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，我國(guó)電力需求必然要經(jīng)歷一個(gè)顯著的增長(zhǎng)過(guò)程?！眹?guó)務(wù)院發(fā)展研究中心研究員王亦楠如是說(shuō)。

但河流長(zhǎng)度有限，僅靠電站數(shù)量的增加，非長(zhǎng)久之計(jì)。必須解決大容量機(jī)組研發(fā)難題，提升發(fā)電效率。

承擔(dān)著“西電東送”使命的白鶴灘百萬(wàn)千瓦機(jī)組，在歷史前進(jìn)的邏輯中誕生，在時(shí)代發(fā)展的潮流中“履職”——

向外，它展露科技含量，彰顯國(guó)家之實(shí)力，民族之底氣；向內(nèi)，它發(fā)揮“百萬(wàn)千瓦”之潛力，更好地服務(wù)社會(huì)生產(chǎn)，造福人民生活。

白鶴灘水電站投產(chǎn)發(fā)電后，將送電江蘇和浙江。1臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)1小時(shí)，可以供應(yīng)50萬(wàn)臺(tái)家用電磁爐；16臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)1小時(shí)，就可以供應(yīng)800萬(wàn)臺(tái)家用電磁爐。

“它既能提供清潔、經(jīng)濟(jì)、安全的電力，有力支撐長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展，同時(shí)將對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的能源結(jié)構(gòu)，起到優(yōu)化調(diào)整作用?！敝袊?guó)工程院院士鈕新強(qiáng)評(píng)價(jià)。

上至經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展，呼喚大規(guī)模清潔電能的誕生；下至擴(kuò)大單機(jī)容量，可減少機(jī)組臺(tái)數(shù)，有利于樞紐工程布置，節(jié)省投資；遠(yuǎn)至大容量機(jī)組可滿足電網(wǎng)遠(yuǎn)景電力發(fā)展……研制百萬(wàn)千瓦機(jī)組，極為必要。

但要讓這一巨型機(jī)組從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，還需評(píng)估自然條件、技術(shù)條件等多方面的成熟度。

“白鶴灘水電站裝機(jī)規(guī)模大，水頭高達(dá)200多米，落差大，流量大，這讓百萬(wàn)千瓦機(jī)組有了用武之地。”三峽集團(tuán)機(jī)電專(zhuān)業(yè)總工程師張成平表示，“只有大容量機(jī)組，才能更加適應(yīng)工程條件，充分發(fā)揮工程效益，更加合理高效地利用水資源。”

若考量技術(shù)，百萬(wàn)千瓦機(jī)組的研制，則以三峽工程、溪洛渡、向家壩等水電站的機(jī)組國(guó)產(chǎn)化實(shí)踐來(lái)“投石問(wèn)路”。

“在三峽工程右岸電站，我們大膽采用定轉(zhuǎn)子全空氣通風(fēng)冷卻技術(shù)，相比水內(nèi)冷技術(shù)，工藝簡(jiǎn)單，故障率低，便于維護(hù)?！?/p>

“在溪洛渡水電站，我們成功研制200米水頭段水輪機(jī)，效率、空化、穩(wěn)定性等綜合性能優(yōu)良?！?/p>

三峽集團(tuán)下屬三峽建工集團(tuán)總經(jīng)理胡偉明說(shuō)，這些關(guān)鍵技術(shù)，為白鶴灘百萬(wàn)千瓦機(jī)組研制，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，增添了經(jīng)驗(yàn)與底氣。

曾參與過(guò)三峽左岸機(jī)組埋件分包制造的哈電副總工程師卜良峰則說(shuō)，在三峽工程左岸機(jī)組的研制過(guò)程中，60公斤級(jí)的蝸殼高強(qiáng)鋼板，都要從國(guó)外高價(jià)進(jìn)口。

為擺脫進(jìn)口材料“卡脖子”困境，三峽集團(tuán)牽頭進(jìn)行科研攻關(guān)，組織鞍鋼、寶武鋼等兄弟單位，自主創(chuàng)新，最終讓右岸機(jī)組用上了國(guó)產(chǎn)化鋼材。

如今，運(yùn)用在白鶴灘水電站蝸殼制造上的國(guó)產(chǎn)化高強(qiáng)鋼，已達(dá)到80公斤級(jí)。百萬(wàn)千瓦機(jī)組所需的關(guān)鍵材料，如高強(qiáng)度磁軛鋼板、抗撕裂厚鋼板、高等級(jí)硅鋼片等，也已全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

此外，在配套設(shè)備上，從橋機(jī)、母線、大型變壓器，到調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)……中國(guó)水電裝備全產(chǎn)業(yè)鏈不斷升級(jí)，也成為我國(guó)百萬(wàn)千瓦機(jī)組登頂世界“水電珠峰”的助力之一。

有了底氣，便有勇氣。

自2006年起，三峽集團(tuán)依托重點(diǎn)工程，再度與華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、長(zhǎng)江勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、哈電、東電等攜手出征，以科學(xué)審慎的態(tài)度，組織并領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)展百萬(wàn)千瓦水電機(jī)組科研攻關(guān)。

這次攻關(guān)，歷經(jīng)三個(gè)階段、十余年之久，對(duì)總體技術(shù)、水力設(shè)計(jì)、電磁設(shè)計(jì)、24/26千伏線棒、通風(fēng)冷卻、推力軸承、結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度、制造加工、原材料等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行了多項(xiàng)研究和試驗(yàn)，取得豐富研究成果，為成功研制白鶴灘百萬(wàn)千瓦機(jī)組打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

這次科研攻關(guān)，以堅(jiān)定而有力的步伐，向世界水電核心裝備的“無(wú)人區(qū)”，正式挺進(jìn)。

獨(dú)步世界“無(wú)人區(qū)”

百萬(wàn)千瓦機(jī)組從0到1的漫漫征程背后，是0.1甚至0.01的跬步積累。

目前，全球已建在建的127臺(tái)70萬(wàn)千瓦以上的水電機(jī)組中，80萬(wàn)千瓦以上機(jī)組屈指可數(shù)，“百萬(wàn)千瓦機(jī)組”則是實(shí)實(shí)在在的“無(wú)人區(qū)”。

有人疑惑，為何如此之難？

百萬(wàn)千瓦機(jī)組，需具備優(yōu)良的能量轉(zhuǎn)化效率，以及良好的水力穩(wěn)定性能，如此才能在各種工況下長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。

百萬(wàn)千瓦機(jī)組，應(yīng)用水頭較高、轉(zhuǎn)速較高，尺寸接近三峽機(jī)組。因此，它的外荷載更大，對(duì)結(jié)構(gòu)材料要求更高，如磁軛鋼板強(qiáng)度要達(dá)到750兆帕以上，蝸殼高強(qiáng)鋼板要800兆帕級(jí)。

百萬(wàn)千瓦機(jī)組，推力軸承推力負(fù)荷略大于三峽機(jī)組，但機(jī)組轉(zhuǎn)速更高，推力軸承PV值更大，制造難度更大。

百萬(wàn)千瓦機(jī)組，發(fā)電機(jī)額定電流，已超出現(xiàn)有發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備的應(yīng)用額定電流范圍，須將發(fā)電機(jī)額定電壓，提高至24千伏以上才能滿足要求。

難嗎？當(dāng)然難!

以百萬(wàn)千瓦機(jī)組水輪機(jī)核心部件轉(zhuǎn)輪為例，它承受著最高水頭達(dá)240多米的巨大水能，直徑超過(guò)8.5米，集中著水輪發(fā)電機(jī)組最精巧的設(shè)計(jì)。

無(wú)規(guī)范、無(wú)經(jīng)驗(yàn)、無(wú)參考，哈電水力設(shè)計(jì)科研帶頭人魏顯著，帶隊(duì)“忽略”8年來(lái)幾乎所有節(jié)假日，敲下幾十萬(wàn)行代碼，搭建仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)成百上千次優(yōu)化計(jì)算與實(shí)驗(yàn)，反復(fù)比選論證，才研制出現(xiàn)有轉(zhuǎn)輪模型。

別看轉(zhuǎn)輪“個(gè)頭大”，可細(xì)節(jié)要求堪稱(chēng)極致：重量超過(guò)8噸的葉片必須一次澆筑成型，不同爐子的鋼水成分、溫度要時(shí)刻一致；鏟磨工序后，削切下的鐵屑就達(dá)數(shù)噸；僅一次焊接翻身，也要比選數(shù)個(gè)方案……

面對(duì)約6萬(wàn)個(gè)零件組裝的巨型水輪發(fā)電機(jī)組，需要對(duì)成百上千個(gè)設(shè)計(jì)、制造、安裝等專(zhuān)題進(jìn)行研究、優(yōu)化，才能獲得最優(yōu)的整體性能。路只有一條——技術(shù)先行，才有優(yōu)化的可能。

負(fù)責(zé)白鶴灘機(jī)組設(shè)計(jì)與制造管理的機(jī)電技術(shù)中心團(tuán)隊(duì)，在機(jī)組設(shè)計(jì)管理中，對(duì)每一個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)分毫必爭(zhēng)，對(duì)每一個(gè)參數(shù)指標(biāo)“錙銖必較”，確保設(shè)計(jì)“零疑點(diǎn)”；在機(jī)組制造管理中，團(tuán)隊(duì)以最高標(biāo)準(zhǔn)、最優(yōu)工藝、最嚴(yán)管控，來(lái)確保制造“零缺陷”。

他們開(kāi)展一輪又一輪設(shè)計(jì)制造復(fù)核，努力查找潛在缺陷和風(fēng)險(xiǎn)，吸取以往電站經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短、舉一反三，持續(xù)優(yōu)化提升機(jī)組性能。

他們大力推動(dòng)“三維設(shè)計(jì)”“美麗機(jī)電”，優(yōu)化管道、線纜等布置，在抓好機(jī)組內(nèi)在品質(zhì)的同時(shí)，提升設(shè)備外觀質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)“內(nèi)外兼優(yōu)”。

一流的設(shè)計(jì)制造，還需一流的安裝調(diào)試。

在機(jī)組安裝調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)，三峽集團(tuán)白鶴灘工程建設(shè)部機(jī)電安裝項(xiàng)目部主任康永林，帶領(lǐng)靳坤、陳浩、陳緒鵬等徒弟，搭建兩個(gè)“課堂”——

一堂設(shè)在巨型機(jī)組里。轉(zhuǎn)輪焊接、轉(zhuǎn)子磁軛安裝、通風(fēng)冷卻系統(tǒng)調(diào)試……每一項(xiàng)設(shè)備的安裝調(diào)試過(guò)程，都是最好的老師。

白鶴灘水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪 攝影/黃正平

一堂設(shè)在機(jī)電創(chuàng)新工作室里。分享實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，查找知識(shí)漏洞，探討科研方向……每一名員工，都要上臺(tái)大膽講一講。

轉(zhuǎn)子磁軛安裝期間，東電服務(wù)團(tuán)隊(duì)以“過(guò)程精品”保障“結(jié)果精品”，日均蹲守現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)長(zhǎng)超過(guò)16小時(shí)。測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，與理論中心相比，疊裝后的磁軛中心，偏差未超過(guò)0.02毫米，遠(yuǎn)高于行業(yè)精品機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)。

攻堅(jiān)路上并非單兵突進(jìn)，同路之人正在攜手摸索——

華東院等設(shè)計(jì)單位工程師，在電腦屏幕前挑燈夜戰(zhàn)，繪制一張張“藍(lán)圖”；葛洲壩、水電四局等安裝單位技術(shù)人員，在現(xiàn)場(chǎng)一遍遍核對(duì)安裝測(cè)量數(shù)據(jù)，不知疲倦；三峽集團(tuán)長(zhǎng)江電力百余名電廠專(zhuān)家、運(yùn)維骨干提前上崗、整裝待發(fā)，隨時(shí)做好接機(jī)準(zhǔn)備……

“依托百萬(wàn)千瓦機(jī)組研發(fā)，中國(guó)機(jī)電人的進(jìn)步是全方位的。這一過(guò)程，不但鍛煉了隊(duì)伍，更是凝練了敢為天下先的攀登精神?！比龒{集團(tuán)黨組成員、副總經(jīng)理范夏夏說(shuō)。

回望百年來(lái)路，展望百萬(wàn)千瓦機(jī)組，那些攀登時(shí)扎傷手的荊棘帶，磨出血的崎嶇路，依舊清晰可見(jiàn)。

但正因?yàn)殡y，行走才得以偉大。

那些走過(guò)的險(xiǎn)峰，得以跨越時(shí)空，為一場(chǎng)征程作注；那些壯麗的峰頂景色，得以撥開(kāi)云霧，召喚下一次攀登。