编者按
习近平总书记指出,“能源问题是发展中的战略问题”“能源的饭碗必须端在自己手里”。
“十五五”开局之年,各地立足资源禀赋、依托区位优势,加快建设能源基地,能源强国建设的时代画卷徐徐铺展。
坐落于昌都左贡、林芝察隅交界玉曲河谷的扎拉水电站,是国家布局高原绿电、打通“藏电外送”战略通道的示范工程,也是世界首台(套)重大技术装备攻坚项目。全面投运后,扎拉水电站年均发电量可达39.46亿千瓦时,每年可节约标准煤约130万吨,减少二氧化碳排放约342万吨。
6月6日至14日,中国外文局《中国报道》记者深入扎拉水电站建设一线,在平均海拔3000多米的施工现场,从科技自立自强攻坚、边疆民生普惠共享、高原生态协同保护、区域产业全域赋能四大维度纵深展开,解码“十五五”新型能源体系落地实践,具象呈现我国立足本土资源、坚持装备自主、稳步向绿进阶的能源强国建设生动图景。
从扎拉水电站大坝出发驱车沿下游河道行驶约60公里,一座69.1米高的混凝土厂房直插玉曲河谷深处。在这里,世界首台(套)500兆瓦高水头冲击式水轮发电机组安装工序陆续展开。
向500兆瓦极限进发
作为水电站的“心脏”,水轮发电机组是将水能转化为机械能,进而转化为电能的核心关键设备。相较于常规水轮机组,高水头冲击式机组适配高原高落差水能资源,是高原清洁能源开发的核心技术突破点。
△ 水电七局的工作人员正在进行定子铁芯拉紧螺杆孔配钻。
起初,扎拉水电站计划使用的是4台250兆瓦的水轮发电机组。在东方电气集团东方电机有限公司副总工程师冯涛看来,扎拉水电站容量跨度如此之大,又是全国产化,研发制造环节的风险不小。从150兆瓦到250兆瓦可谓平缓进阶,若再有具备丰富经验的外方企业参与,整体推进更为稳妥。
然而,扎拉水电站没有选择这条更稳妥、经济效益更优、风险更低的路,而是选择从4台250兆瓦的机组跨越至2台500兆瓦的机组。
这绝非源于一时冲动或盲目自信,而是一次清醒判断。随着我国整体工业能力的跃升,设计、材料、制造水平全面进步,再加上全球最完整工业体系与产业链的强大支撑,无数技术构想都有了落地的土壤。“我们已经具备了相应的研发制造能力,而国家水利水电事业的未来发展也需要这样一次跨越。”冯涛说。
选择500兆瓦水轮发电机组,意味着整个工程必须全盘推翻“稳妥”的旧有标准,去迎接极限的考验。业内普遍认为,500兆瓦高水头冲击式水轮发电机组单机容量的跃升,并非一场传统意义上的渐进性追赶,而是一场从0到1的极限跨越,是对中国水电装备制造能力最严苛也最直接的考验。
这种考验,不仅体现在东方电气车间里日夜攻关的图纸上,更真真切切地落在了扎拉水电站的厂房基坑里。
单机容量的翻倍,让机组“心脏”的体积与重量剧增,为其量身定制的厂房必须提供更为坚实的整体承重与抗渗保障。
在高原河谷近20℃的昼夜温差中,如何确保大体积混凝土不开裂,成为横亘在建设者面前的一大技术难题。“温差过大会导致混凝土结构产生裂缝,直接影响机组的长期安全与稳定。”中国水利水电第七工程局有限公司(以下简称水电七局)扎拉项目常务副经理韩宝栓指出。
为托举起这颗500兆瓦的“国产心脏”,韩宝栓带领团队反复研究原材料适应性,研发适用于高原环境的混凝土配合比,通过布控智能温控监测系统、优化混凝土分区分块施工、制定混凝土防裂专项温控措施,最终实现浇筑温度控制在9℃—10℃,温升值控制符合设计要求,有效保障高原地区大体积混凝土的施工质量,成功守护了机组“心脏”的强健稳定,更为同类高原工程提供了“扎拉方案”。
“巨无霸”精准落位
顺着引水隧洞倾斜向下,玉曲河水汇聚于扎拉水电站厂房的“心脏血管”——配水环管。
△ 扎拉水电站厂房配水环管安装。
站在厂房网格状的尾水平台上,水电七局扎拉项目经理苏大指着墙壁上的配水环管告诉中国外文局《中国报道》记者:“冲击式水电机组中,最大承压部件配水环管是连接进水球阀与水轮机转轮的核心过流部件,承担着引导水流均匀、对称进入喷嘴的关键使命。它还是一个‘巨无霸’,以1号水轮发电机组为例,其本体长约28米、宽约25.2米、高约4米,单个管节最大外径约3.9米,总重量高达411吨。”
将这样一个庞然大物在海拔2000多米的高原峡谷中拼装成型,无异于在“螺蛳壳里做道场”。苏大坦言,最大的挑战在于这是单机容量500兆瓦级的冲击式水轮发电机组,许多问题无先例可循,尤其是面对极高的制造与安装精度要求,每一个环节都在克服以往未曾遇到的困难。
在设备安装过程中,如何精准定位喷口是核心难点之一。“我们首先通过土建配合和施工方案优化来解决这个问题。”苏大告诉记者,“团队利用400吨和7吨的起重设备进行精确放置,并在就位前将所有的关键点和技术方案固化下来。通过精密测量确保各喷口位置准确无误后,再由人工进行毫米级微调,以满足最终的焊接要求。”
而贯穿整个安装过程的,是对毫米级精度的极致苛求。配水环管在工厂内被精细切割成13个管节,历经艰险运抵厂房后,建设者们要在逼仄的空间内将其组焊成整体。“厂家对设备定位精度的要求极高,中心水平高程(即设备安装后的海拔)、垂直度和扭曲度等都需要控制在0.5毫米之内;法兰面与管节中心线的角度误差也有着严苛的标准。”苏大说。
为达到设计精度要求,苏大带领团队在测量方案上进行了激烈的技术博弈与选择,花费一个半月时间相继采用了3种测量方式:全站仪、三维激光跟踪仪以及测圆架实时监测技术。团队最终创造性地提出“三点定位+激光校核”“传统五线法+激光测量新技术+测圆架实时监测技术”的复合测量方案:在岔管法兰两侧焊接临时支架形成基准面,外部采用高精度全站仪测量校准,双管齐下确保安装精度。
配水环管是大型冲击式水电机组的核心组成部件,其承压能力直接关系机组的安全稳定运行。2025年11月,项目迎来了最严苛的“大考”——工地整体水压试验。
“我们需要将6个喷口及主管封死,打压压力要达到12.9兆帕,这个压力相当于1290米的水头高度,主要用于检验焊缝结构强度以及消除焊缝内应力。”苏大介绍,这是目前全球冲击式机组中投影面积最大、单体重量最重的承压过流部件。
在这场大考中,项目团队还应用了一项智能化采集数据分析与自动启停的科研创新技术。通过在打压前布置大量压力传感器和应力应变片,智能装置能够自动采集压力和温度变化,并自动控制打压设备,大幅降低了人工监测的风险。在总充水量达410立方米的情况下,试验压力被缓慢提升至12.9兆帕并保压30分钟。“结果显示,全程零泄漏、零压降、零异常,各项指标均优于设计值。”苏大自豪地说
拼出超千吨“钢铁蛋糕”
7月底,直径超过12米、总重约840吨的钢铁巨物“转子”将在玉曲河谷升起。这一“巨无霸”的吊装,意味着扎拉水电站1号机组全面进入总装冲刺阶段。
△ 1号水轮发电机组定子铁芯叠片。
“从4月10日1号机组施工转序,全面转入机组安装阶段,留给项目团队的安装窗口期仅110余天。”水电七局扎拉项目机电生产经理刘海军告诉中国外文局《中国报道》记者,而在这短短3个多月里,项目团队要完成定子机座组装、22万余张硅钢片的定子铁芯叠装、定子嵌线、转子支架组焊、转子磁轭叠片、磁极挂装、下机架组装、推导轴承组装调试、风闸制动系统安装调试等一系列核心工序。
“每一项都是世界级挑战,每一个环节都环环相扣,任何一个环节的延误都将影响整体进度。”刘海军感慨道。
在这场极限施工中,定子组装堪称极致的“微观雕刻”。“定子铁芯是水轮发电机组的核心部件。扎拉水电站机组定子铁芯高3米、内径9.38米,由22万张0.5毫米厚的高品质硅钢片叠装而成,总重量500余吨。”水电七局扎拉项目总工程师莫斌伟告诉中国外文局《中国报道》记者,这些与鸡蛋壳厚度相当的硅钢片,叠加起来有三层楼高。
然而,硅钢片极薄,在搬运、叠放过程中极易产生翘曲等形变。莫斌伟告诉记者:“必须全程轻拿轻放、逐片检查,并一片片地清点、擦拭、铺排,直到把看似简单实则精细的动作重复22万余次。”
每一片硅钢片的平整度关乎着未来机组运行的稳定性。“我们需要把每一片的定位精度、压紧力度的均匀性都控制在0.5毫米之内,相当于一根头发丝的宽度,以便磁场均匀。”莫斌伟说。
端面平整如镜,纹理细密如发。在密封的定子安装房间内,22万余张硅钢片摆放得整整齐齐。
面对工期紧、任务重、标准高的现实,仅靠肉眼和感觉认为硅钢片整齐是远远不够的。然而,传统试验需要8台设备协作完成,并且流程烦琐、数据同步性差。
“工期紧,时间不等人。”莫斌伟说,“为此,我们研发出更精准、更高效、更适应高原环境的定子铁芯损耗测试仪,一台便能实现数据采集、后台计算、记录生成的一体化,极大提高了工作效率,也确保了试验数据的同步性、准确性、可靠性和稳定性,并且仅用时90分钟,即可完成对硅钢片的‘体检’。”
随着多个工作面的同步推进,4月28日,扎拉水电项目1号水轮发电机组定子顺利完成精准吊装,为后续机组总装、调试及按期投运奠定了坚实基础。
但对于扎拉水电站的建设者而言,硬仗还在。“一旦转子就位,法兰喷嘴调试结束,冲击式机组转轮的安装将成为下一项更为艰巨的工程。”刘海军说,待一切安装调试完成,近700米水头的压力水流,将以每秒120米的极速喷射而出,推动转轮旋转,将水流动能转化为机械能并驱动发电机转子同步旋转,源源不断地输出澎湃电能。
撰文:《中国报道》记者 王金臣
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