天臺(tái)抽蓄電站首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。
技術(shù)探討。
□文/攝 本報(bào)記者 李愛(ài)民
從敦化國(guó)內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)的超過(guò)700米水頭、350兆瓦抽水蓄能電站機(jī)組，到陽(yáng)江國(guó)內(nèi)首個(gè)700米級(jí)水頭、400兆瓦超大容量機(jī)組，再到如今天臺(tái)創(chuàng)造的“額定水頭724米世界最高、單機(jī)容量425兆瓦國(guó)內(nèi)最大、最高揚(yáng)程776米國(guó)內(nèi)最高”，一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)突破，一個(gè)個(gè)世界紀(jì)錄，背后是哈電電機(jī)對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的執(zhí)著追求。
如今，哈電集團(tuán)哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司已參與66座電站、255臺(tái)套抽水蓄能機(jī)組的研制，總?cè)萘窟_(dá)77418兆瓦，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率穩(wěn)居第一。哈電電機(jī)在抽水蓄能賽道上的攀登，步步堅(jiān)實(shí)有力。而天臺(tái)機(jī)組的完美亮相，既是哈電電機(jī)攻克超高水頭核心技術(shù)的里程碑，更是中國(guó)高端裝備制造自立自強(qiáng)、彰顯硬核實(shí)力的最佳注腳。
水力設(shè)計(jì)攻堅(jiān) 年輕團(tuán)隊(duì)勇闖技術(shù)險(xiǎn)灘
“超高揚(yáng)程下，能否保證水泵穩(wěn)定性，是機(jī)組研制上的一道難關(guān)，行業(yè)上疑慮重重。別人說(shuō)難，我們偏要試試。我們要超越的是自己?！被貞浧痦?xiàng)目啟動(dòng)之初的情景，天臺(tái)水力設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、“80后”總專業(yè)師王煥茂的眼神依舊堅(jiān)定。
當(dāng)時(shí)，超高揚(yáng)程水泵水輪機(jī)的研發(fā)是行業(yè)公認(rèn)的難題：揚(yáng)程一拉高，機(jī)組運(yùn)行就容易“鬧脾氣”；想穩(wěn)住工況，又得在效率和其他性能上不受影響。而天臺(tái)水泵水輪機(jī)最高揚(yáng)程達(dá)776米，相當(dāng)于要把水流送到259層樓的高度，其設(shè)計(jì)難度前所未有。王煥茂用一個(gè)形象的比喻向記者解釋：“當(dāng)機(jī)組在水泵工況下全力運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水泵水輪機(jī)內(nèi)流速大約在450公里/時(shí)，流量約為66立方米/秒，這就相當(dāng)于要把一輛輛現(xiàn)代重型坦克，以超越高鐵的速度連續(xù)不斷地送到259層樓的高度，在工況變化時(shí)又以同樣的速度飛馳下來(lái)沖向水輪機(jī)?！?/p>
更具挑戰(zhàn)的是，承擔(dān)這項(xiàng)艱巨任務(wù)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以“80后”為主，當(dāng)時(shí)平均年齡不到35歲。
有了公司的信任與支持，這支年輕團(tuán)隊(duì)放開了手腳。借鑒陽(yáng)江項(xiàng)目中“長(zhǎng)+短”葉片轉(zhuǎn)輪的成功案例，團(tuán)隊(duì)細(xì)致分析討論并統(tǒng)一了思路：在陽(yáng)江“長(zhǎng)+短”葉片轉(zhuǎn)輪基礎(chǔ)上，開發(fā)新型“長(zhǎng)+短”葉片轉(zhuǎn)輪，匹配最優(yōu)導(dǎo)葉數(shù)量。終于，新型“長(zhǎng)+短”葉片轉(zhuǎn)輪最終方案應(yīng)運(yùn)而生。這種設(shè)計(jì)既能優(yōu)化水流在轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流動(dòng)軌跡，抑制壓力脈動(dòng)，又能提升能量轉(zhuǎn)換效率，從根本上破解超高揚(yáng)程工況的穩(wěn)定性難題。
很快，天臺(tái)4臺(tái)機(jī)組全部交由哈電電機(jī)研制的消息傳了回來(lái)。當(dāng)記者聞?dòng)嵹s來(lái)，準(zhǔn)備報(bào)道這一重要突破時(shí)，王煥茂卻微笑著擺了擺手，平靜而幽默地說(shuō)：“讓子彈再飛一會(huì)兒。”直到2026年1月，天臺(tái)1號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)水泵揚(yáng)程接近最高揚(yáng)程，機(jī)組頂蓋振動(dòng)、軸承擺度等穩(wěn)定性指標(biāo)遠(yuǎn)超預(yù)期，真正實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性、效率與過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的三者兼得，他懸著的心才徹底放下。業(yè)主方給出的“堪稱完美”四字評(píng)價(jià)，是對(duì)這支年輕團(tuán)隊(duì)最好的嘉獎(jiǎng)。
轉(zhuǎn)子技術(shù)突破 給“超級(jí)充電寶”裝上頂級(jí)“空調(diào)”
抽水蓄能電站被稱為電網(wǎng)的“巨型充電寶”，而天臺(tái)抽蓄電站總裝機(jī)容量1700兆瓦，足以支撐160萬(wàn)人的用電需求，是當(dāng)之無(wú)愧的“超級(jí)充電寶”。但這個(gè)“超級(jí)充電寶”，卻面臨著前所未有的散熱與承載挑戰(zhàn)。
采訪中記者了解到，早在陽(yáng)江400兆瓦項(xiàng)目中，哈電電機(jī)就首創(chuàng)了“雙面冷卻”技術(shù)，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部構(gòu)建了精密的“通風(fēng)高速公路系統(tǒng)”。針對(duì)天臺(tái)機(jī)組的更高要求，天臺(tái)項(xiàng)目發(fā)電電動(dòng)機(jī)冷卻技術(shù)負(fù)責(zé)人秦光宇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，設(shè)計(jì)了更精準(zhǔn)、更協(xié)同的冷卻結(jié)構(gòu)。
散熱問(wèn)題解決后，更嚴(yán)峻的考驗(yàn)隨即而來(lái)。這臺(tái)近600噸的高速“陀螺”，極端工況運(yùn)行時(shí)最大線速度高達(dá)700多公里/時(shí)，是國(guó)內(nèi)高鐵最高運(yùn)營(yíng)速度的兩倍，每個(gè)磁極都承受著超過(guò)兩萬(wàn)噸的超高離心力拉扯。加之頻繁啟停、工況轉(zhuǎn)換帶來(lái)的持續(xù)“急剎”與“急加速”沖擊，對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗疲勞及長(zhǎng)期穩(wěn)定性提出了近乎極限的要求。
為攻克這一難題，天臺(tái)項(xiàng)目發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)主任設(shè)計(jì)師陳爽牽頭組建了跨專業(yè)融合團(tuán)隊(duì)，將攻關(guān)焦點(diǎn)鎖定在關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和優(yōu)化上?！拔覀兘?jīng)歷了千百次設(shè)計(jì)、仿真與迭代，每一次失敗都是一次積累?！标愃貞?，團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)常在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)展開激烈討論，有時(shí)為了一個(gè)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，會(huì)查閱大量資料、反復(fù)論證。最終，團(tuán)隊(duì)形成了一套全新的“新型磁軛結(jié)構(gòu)”綜合解決方案，并首次將“H”級(jí)絕緣技術(shù)應(yīng)用于抽蓄機(jī)組磁極，為高速旋轉(zhuǎn)下的絕緣可靠性上了“雙保險(xiǎn)”。
材料工藝革新 “指甲蓋”上承載兩個(gè)成年人的重量
“當(dāng)天臺(tái)機(jī)組的水泵水輪機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水流沖擊部件表面的瞬時(shí)壓力，相當(dāng)于在指甲蓋大小的面積上站立兩個(gè)成年人的重量。”天臺(tái)項(xiàng)目水輪機(jī)結(jié)構(gòu)主任設(shè)計(jì)師曲揚(yáng)的話，讓人對(duì)機(jī)組面臨的極端環(huán)境有了直觀認(rèn)識(shí)。
水頭越高，在容量一定的情況下機(jī)組和廠房尺寸越小，工程投資相對(duì)越省，這是世界抽蓄技術(shù)發(fā)展的明確方向。但水頭每提升一步，技術(shù)難度都呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。以往同類工程中，大多使用600兆帕、800兆帕級(jí)鋼板，技術(shù)成熟穩(wěn)定，但板材較厚、機(jī)組更重、工期也較長(zhǎng)?！安捎?000兆帕的高強(qiáng)鋼能夠節(jié)省材料并減少焊接量，雖然焊接難度更高，但我相信，我們可以克服?！碧炫_(tái)項(xiàng)目“80后”焊接工藝負(fù)責(zé)人甘洪豐提出大膽設(shè)想。
為攻克這一難題，甘洪豐帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從最基礎(chǔ)的材料特性研究入手，反復(fù)試驗(yàn)不同的焊接參數(shù)、焊接材料和焊接方法。經(jīng)過(guò)一次次嘗試，團(tuán)隊(duì)終于開發(fā)出面向嚴(yán)苛環(huán)境的超高強(qiáng)鋼直流脈沖焊接技術(shù)?！爱?dāng)?shù)谝粔K1000兆帕高強(qiáng)鋼焊接試樣通過(guò)檢測(cè)時(shí)，大家激動(dòng)地?fù)肀г谝黄?。”甘洪豐說(shuō)，那一刻，所有的辛苦都煙消云散。
最終，哈電電機(jī)在天臺(tái)抽水蓄能電站工程成功實(shí)現(xiàn)1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼引水鋼岔管首臺(tái)套示范應(yīng)用，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)同行業(yè)“人無(wú)我有，先行先試”的領(lǐng)先局面，相關(guān)技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。當(dāng)首節(jié)鋼岔管研制成功并通過(guò)驗(yàn)收時(shí)，業(yè)主代表現(xiàn)場(chǎng)豎起大拇指：“哈電敢于挑戰(zhàn)極限，用技術(shù)創(chuàng)新攻克了看似不可能完成的任務(wù)?！?/p>