原标题:“白鹤劲舞”背后的哈电力量

  来源:黑龙江日报

  应用于白鹤滩水电站的世界首台百万千瓦长短叶片精品转轮。本报记者 李爱民摄

  □富宏杰 张弘 本报记者 李爱民

  “第三艘航母‘福建号’下水,首架C919大飞机正式交付,白鹤滩水电站全面投产……这一切,凝结着无数人的辛勤付出和汗水。”国家主席习近平在二〇二三年新年贺词中,多次为中国制造、中国创造、中国建造点赞。

  白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程,是当今世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程。白鹤滩水电站左右两岸共布置16台单机容量百万千瓦水轮发电机组,其中“半壁江山”由冰城老牌制造企业——哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司研制。

  2021年6月28日,白鹤滩水电站首台百万千瓦机组投运;2022年12月20日,白鹤滩水电站最后一台百万千瓦机组投运。这些机组均由哈电电机研制,历经540余天,演绎了中国力量和中国速度。

  奇迹!中国“智”造立足世界之巅

  白鹤滩水电站是悬崖峭壁中诞生的伟大奇迹,其研制难度远远大于世界上其他在建和投运的水电机组,被誉为世界水电行业的“珠穆朗玛峰”。

  作为世界上单机容量最大的水电机组,从可行性方案诞生的那一天起,就注定了它有着与众不同的特性。混流式水轮机的稳定运行是业界广泛关注的难题之一。产品设计部初步设计组组长王威介绍,为攻克这一难题,哈电电机使用先进的软件,详细模拟白鹤滩左岸1号和右岸8号水力单元的管路系统,对机组运行中的各种过渡工况进行仿真计算,获得了一系列详实、有效的数据,为后续进一步优化设计奠定了坚实基础。随着单机容量的增加,电机冷却难度也越来越大。科研团队经过分析得出,需要采用空气冷却方式的机组。然而,首次在这样大容量的机组上采用空气冷却,不仅是一个新的技术飞跃,更是一个巨大的挑战。为获得有效试验数据,电机冷却团队设计制造了专用模型装置,模拟真机通风状态。2011年3月,白鹤滩水电机组局部通风及温升试验顺利完成,验证了百万机组采用全空冷的方式是完全可行的。相关专家认为,哈电电机掌握了一套独有的全空冷技术。这一科研成果荣获了省科学技术一等奖,该模拟试验装置也获得了国家发明专利。

  一系列未知领域的技术瓶颈,在哈电电机科研团队成员努力下一一被攻克:实现了0~100%全负荷安全稳定运行;首创15长+15短的长短叶片转轮,实现全球首个巨型长短叶片转轮“零配重”,水轮机最优效率达96.7%;采用24千伏水电行业最高电压等级,在百万等级水电产品绝缘研制领域达到世界领先水平……

  精品!“0.01毫米”彰显工匠精神

  从开启百万千瓦水电机组研发,到站稳世界水电之巅,哈电电机在对部件质量进行细化和量化的过程中,不断提升综合指标,研制的部件完全满足或优于精品标准。

  如果有人问:“一根手指的力量有多大?”哈电人会自豪地回答:“能轻松拨动一台338吨重的转轮。”这指的就是哈电电机研制的白鹤滩“零配重”长短叶片转轮。所谓“零配重”,即无需额外配重,就能满足技术要求中,残余不平衡力矩的一种制造状态。

  金沙江之水源源不断流入机组,带动转轮高速旋转,再由转轮带动发电机转子高速旋转,进而产生电能。转轮转一圈,机组就能发出150度的电能,相当于一个普通家庭一个月的用电量。

  而如何让流进机组的水更“听话”,最大程度减少能量损耗,哈电电机的科研人员创新转轮研发,在15个长叶片的进口部分,插入长度约为一半的15个短叶片,并对叶片的长度、粗糙度、叶形的几何参数等进行了全方位多轮次优化,极大降低了无叶区的压力脉动幅值,将最优效率提升至96.7%。

  不止于此,白鹤滩仿佛有一个奇特的“磁场”,激励着参建单位成为“全能冠军”。

  白鹤滩右岸机组高54米、总重7600吨,大约由16万个零件组成,而一些指标的精度误差却要控制在0.01毫米以内。这样一个既复杂、标准又高的大家伙研制出来,绝非易事。

  以发电机转子圆柱度为例,白鹤滩精品标准中,将转子圆柱度标准定为0.7毫米。“苛刻”中透着“情非得已”,庞大的机组运转起来,牵一发而动全身,精度数值越小,机组的运行也就越稳定。哈电电机携手参建单位,不断提升产品加工、装配质量,大大提升了机组运行时的安全性、稳定性。8台直径16.5米、高4.08米、总重超过2295吨的转子,组装完成后,圆柱度的精度全部优于三峡集团0.7毫米标准。

  此外,在百万千瓦机组研制中,哈电电机开创性攻克诸多世界性技术难题,对于带动中国水电装备全产业链升级换代,打造中国高端制造新版图具有重要意义。

  跃升!引领高端装备“绿色”变革

  勇攀世界水电行业的“珠穆朗玛峰”,中国水电建设者引领世界水电迈入“无人区”,这条路走得并不平坦。从上个世纪90年代开始,哈电电机抓住深度参与三峡、溪洛渡、向家坝等重大工程难得的历史机遇,自主创新能力和综合实力不断跃升。

  自2007年开始,哈电电机依托国家科研课题开展百万千瓦机组研发。百万千瓦看似触手可及,但却有诸多技术挑战,因为从80万千瓦到100万千瓦,面临研发、设计难度系数呈指数倍提升的极限挑战。直到2011年10月,持续了3天的白鹤滩单机容量审查会,终于确定采用百万千瓦机组的方案。与会专家一致认为:挑战百万千瓦,有难度,更有信心。

  2012年,哈电电机以白鹤滩水电站百万千瓦机组为依托,开展国家科技支撑计划攻关,获得了一大批新理论、新技术、新测试分析方法及发明专利。在机组研制过程中,哈电电机不断在平凡中缔造“非凡”,打造出8台精美的大国重器。

  而今,百万千瓦机组已经成为一个时代的符号,在与白鹤滩百万千瓦机组“告别”的同时,哈电电机围绕国家能源发展和安全战略需求,创新研制新一代高端装备,持续引领水电技术的变革升级。

  为适应新能源发展技术变革新方向,哈电电机打破传统混流式水电机组只在45%~100%负荷稳定运行的状况,自主研制0~100%全负荷稳定运行的新一代水电机组,并在多个重大工程中应用,这其中最为典型的便是被誉为“中国水电之母”的丰满水电站,6台机组投运后,全部实现了“0~100%全负荷范围内稳定运行”,机组水导轴承摆度均控制在0.1毫米以内,大轴摆度数据创下全国最优。与此同时,这一技术还在几内亚苏阿皮蒂等多个重大工程中实践,持续巩固着哈电电机在该领域的国际领先地位。

  近日,哈电电机中标的、由三峡集团投资建设的浙江天台抽水蓄能电站主机设备,单机容量425兆瓦,为国内之首;额定水头724米,为世界最高;是我国综合难度最大的抽水蓄能电站工程项目。

  据统计,进入新时代的10年中,哈电电机在发电装备领域共获得国家科技进步奖4项、省部级科技奖励60项。迄今为止,哈电电机共参与了28座电站、100台套抽水蓄能机组的研制,总容量达2932万千瓦,国内市场占有率稳居第一。