勇攀“水电珠峰”！探寻白鹤滩水电站背后中国水电的创新密码

“跨越山海 逐梦未来”科技创新调研行

勇攀“水电珠峰”！

探寻白鹤滩水电站背后中国水电的创新密码

世界单机容量最大的水轮发电机组、世界最大的地下厂房、世界“最聪明”的智能大坝……作为当今世界在建规模最大、技术难度最高的水电工程，白鹤滩水电站实现了多个世界之最，是中国水电人一步一个脚印，用智慧和汗水书写的中国水电跨越式发展的新篇章。

在这个金秋时节，人民网“我和我的新时代”科技创新调研团队走访白鹤滩水电站，采访一线建设者，探寻这一大国重器背后的中国水电科技创新密码。

▲ 白鹤滩水电站  人民网记者 杜燕飞摄

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打造“无缝大坝”

“水电站建设中，大体积混凝土的温控防裂一直是公认的世界级难题。”中国三峡建工（集团）有限公司白鹤滩水电站工程建设部教授级高级工程师孙明伦在接受人民网记者采访时表示，大坝建设需要浇筑大量混凝土，混凝土中的水泥水化反应会产生热量，使得混凝土浇筑后温度上升。如果不采取有效的温度控制措施，任由混凝土热胀冷缩，难免会产生裂缝。

白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县交界的金沙江下游“V”型河谷中，为了让大坝受力更科学，电站采用双曲特高拱坝，最大坝高289米，坝顶弧长709米，加上电站处于干热河谷地带，温控难度大。

为了从源头上解决大坝的温度裂缝问题，白鹤滩水电站首次全坝采用了低热硅酸盐水泥，也叫低热水泥，俗称大体积混凝土的“退烧药”。与常规使用的中热水泥混凝土相比，低热水泥混凝土具有水化热低、高后期强度、高抗裂性、高耐久性、耐冲磨性等特点，为解决大体积混凝土开裂问题提供了技术途径。

事实上，白鹤滩水电站应用低热水泥并非是突发奇想，而是经过了长期的工程实践与论证。2003年，低热水泥首次在三峡工程三期围堰防浪墙上使用，之后又用于坝后背管、右岸地下厂房岩锚梁和部分硐室的封堵，现场试验监测表明，低热水泥混凝土性能优良、温升低、防裂效果明显。

▲ 孙明伦（左）带领团队开展低热水泥试验工作。人民网记者 杜燕飞摄

“2008年，我在溪洛渡水电站首次接触低热水泥的时候，发现它早期水化热低，后期强度增进率高，正是水工大体积混凝土所需的材料。”孙明伦说。

但世界上对于低热水泥混凝土在全工程应用几乎是空白，没有经验可借鉴，只能不断地测试和应用研究。为白鹤滩全坝应用低热水泥，2013年，根据工作安排，孙明伦带领他的团队全面开展低热水泥混凝土的性能研究工作。

从材料实验室到生产厂家再到大坝浇筑现场；从编制研究大纲到分析反应机理再到总结生产经验……孙明伦和他的团队几年如一日开展研究与总结，经常加班到深夜；在进行多轮低热水泥考核性生产后，水泥各项性能达到工程要求的最优状态。

▲ 白鹤滩水电站大坝首仓低热水泥混凝土浇筑。

2017年4月12日，白鹤滩水电站大坝正式拉开低热水泥混凝土浇筑序幕；2021年5月31日，白鹤滩大坝浇筑到顶。1510个日夜奋战，大坝浇筑低热水泥混凝土803万立方米。

2022年10月1日，作业人员从白鹤滩水电站大坝25号坝段取出一根长度为34.86米混凝土长芯。该混凝土芯样完整光滑、质地密实，骨料分布均匀，层间结合良好，彰显出建设者对白鹤滩水电站质量细节的精准把控。

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勇攀“水电珠峰”

2022年9月22日，白鹤滩水电站8号百万千瓦发电机组转入商业运行，这是白鹤滩水电站投产发电的第12台机组，标志着白鹤滩水电站左岸机组全部投产发电。

百万千瓦水轮发电机组，是世界水电行业的“珠穆朗玛峰”。白鹤滩水电站共安装16台我国自主研制、全球单机容量最大的百万千瓦水轮发电机组，其研制与安装难度远大于世界在建和已投运的任何机组。

从2006年开始，三峡集团依托重点工程，与华东勘测设计研究院、长江勘测规划设计研究院、东方电气集团、哈尔滨电气集团等携手出征，组织开展百万千瓦水电机组科研攻关。历经三个阶段、十余年之久，对水力设计、电磁设计、通风冷却、推力轴承、结构刚强度、制造加工等关键技术，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。

▲ 靳坤对右岸9号机组进行调试启动前的检查工作。人民网记者 杜燕飞摄

转轮是水轮发电机组的“心脏”，是决定机组的稳定性和能量转化的关键部件，也是机组中制造难题最多的部件，直接影响机组运行效率与稳定性。

2020年1月18日，白鹤滩水电站右岸第三台百万千瓦机组转轮实现“零配重”，顺利通过专家验收。这是全球首台以“零配重”通过验收的巨型长短叶片水轮发电机组转轮。

“右岸单台百万千瓦机组转轮质量达338吨，高度近4米，直径达8.8米，‘零配重’意味着我们用一根手指就能拨动这个338吨重的‘大家伙’，这对大型设备制造加工的精度提出非常高的要求。”三峡集团机电技术中心副主任李海军介绍，百万千瓦机组转轮重量大，零部件非常多，制造过程中要进行铲磨、焊接、机加工、退火等多道工序，无论哪道工序有瑕疵，都会造成转轮质量不平衡，而且这种不平衡是后期无法修复的。

为实现这个目标，三峡集团组织专家对转轮生产制造的工艺进行研究，对其检验标准项目进行细化和量化，制定了远远优于国际、国内标准的质量检验标准，和非常严格的质量管理体系和制度。现场制造加工过程中，从每个重大零件，到一个个小螺栓，全部按三峡精品的标准进行量化质量控制。

▲ 白鹤滩水电站最后一台百万千瓦机组（9号）转轮吊装现场。

与此同时，白鹤滩水电站单台机组有50多米高，8000多吨重，把这么一个“大家伙”组装起来，也并不是件容易的事。在百万千瓦机组转子组装环节，这个直径超过16米、重达2000多吨的大件，现场组装完成后，圆度、圆柱度的精度控制达到了难以想象的“新高度”，最大只有0.7毫米。

“百万千瓦机组的组装、调试是不容有任何闪失的。一旦出现问题，后续机组运行危害非常大，想倒查是哪个环节出现问题，复盘的难度也非常高，必须一次性做好每一步。”中国三峡建工（集团）有限公司白鹤滩工程建设部机电安装项目部副主任靳坤说，在各方共同努力下，16台机组顺利一次安装完成、一次启动成功，安装质量均达到精品标准。机组运行后振动、摆度值约0.06毫米，仅为一根普通头发丝直径大小，即便在机组的机架盖板上立硬币也不会倒。

“从三峡工程70万千瓦机组，到溪洛渡水电站77万千瓦机组，再到乌东德水电站85万千瓦机组，最后到白鹤滩水电站100万千瓦机组，数字上是一个简单的递进关系，但实际上是一个长期论证、自我革新与不断实践的过程。”靳坤表示，它不是简单的“85+15=100”，而是从0到1，从无到有的新突破，漫漫征程背后是0.1甚至0.01的跬步积累。

“白鹤滩百万千瓦机组投产实现了单机容量的跨越以及百万千瓦机组国产化，推动了水电重大装备国产化达到新高度，带动了我国水轮发电机组制造技术的再提升，实现了从‘中国制造’到‘中国创造’的转变，巩固了我国水电装备技术的领先水平。”中国工程院院士张超然表示。