天臺抽蓄電站首臺機組并網(wǎng)發(fā)電。
技術(shù)探討。
□文/攝 本報記者 李愛民
從敦化國內(nèi)首個自主研發(fā)的超過700米水頭、350兆瓦抽水蓄能電站機組，到陽江國內(nèi)首個700米級水頭、400兆瓦超大容量機組，再到如今天臺創(chuàng)造的“額定水頭724米世界最高、單機容量425兆瓦國內(nèi)最大、最高揚程776米國內(nèi)最高”，一項項技術(shù)突破，一個個世界紀錄，背后是哈電電機對技術(shù)創(chuàng)新的執(zhí)著追求。
如今，哈電集團哈爾濱電機廠有限責任公司已參與66座電站、255臺套抽水蓄能機組的研制，總?cè)萘窟_77418兆瓦，國內(nèi)市場占有率穩(wěn)居第一。哈電電機在抽水蓄能賽道上的攀登，步步堅實有力。而天臺機組的完美亮相，既是哈電電機攻克超高水頭核心技術(shù)的里程碑，更是中國高端裝備制造自立自強、彰顯硬核實力的最佳注腳。
水力設(shè)計攻堅 年輕團隊勇闖技術(shù)險灘
“超高揚程下，能否保證水泵穩(wěn)定性，是機組研制上的一道難關(guān)，行業(yè)上疑慮重重。別人說難，我們偏要試試。我們要超越的是自己。”回憶起項目啟動之初的情景，天臺水力設(shè)計團隊負責人、“80后”總專業(yè)師王煥茂的眼神依舊堅定。
當時，超高揚程水泵水輪機的研發(fā)是行業(yè)公認的難題：揚程一拉高，機組運行就容易“鬧脾氣”；想穩(wěn)住工況，又得在效率和其他性能上不受影響。而天臺水泵水輪機最高揚程達776米，相當于要把水流送到259層樓的高度，其設(shè)計難度前所未有。王煥茂用一個形象的比喻向記者解釋：“當機組在水泵工況下全力運轉(zhuǎn)時，水泵水輪機內(nèi)流速大約在450公里/時，流量約為66立方米/秒，這就相當于要把一輛輛現(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，在工況變化時又以同樣的速度飛馳下來沖向水輪機。”
更具挑戰(zhàn)的是，承擔這項艱巨任務(wù)的研發(fā)團隊，以“80后”為主，當時平均年齡不到35歲。
有了公司的信任與支持，這支年輕團隊放開了手腳。借鑒陽江項目中“長+短”葉片轉(zhuǎn)輪的成功案例，團隊細致分析討論并統(tǒng)一了思路：在陽江“長+短”葉片轉(zhuǎn)輪基礎(chǔ)上，開發(fā)新型“長+短”葉片轉(zhuǎn)輪，匹配最優(yōu)導(dǎo)葉數(shù)量。終于，新型“長+短”葉片轉(zhuǎn)輪最終方案應(yīng)運而生。這種設(shè)計既能優(yōu)化水流在轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流動軌跡，抑制壓力脈動，又能提升能量轉(zhuǎn)換效率，從根本上破解超高揚程工況的穩(wěn)定性難題。
很快，天臺4臺機組全部交由哈電電機研制的消息傳了回來。當記者聞訊趕來，準備報道這一重要突破時，王煥茂卻微笑著擺了擺手，平靜而幽默地說：“讓子彈再飛一會兒?！敝钡?026年1月，天臺1號機和2號機水泵揚程接近最高揚程，機組頂蓋振動、軸承擺度等穩(wěn)定性指標遠超預(yù)期，真正實現(xiàn)了穩(wěn)定性、效率與過渡過程品質(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”四字評價，是對這支年輕團隊最好的嘉獎。
轉(zhuǎn)子技術(shù)突破 給“超級充電寶”裝上頂級“空調(diào)”
抽水蓄能電站被稱為電網(wǎng)的“巨型充電寶”，而天臺抽蓄電站總裝機容量1700兆瓦，足以支撐160萬人的用電需求，是當之無愧的“超級充電寶”。但這個“超級充電寶”，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，早在陽江400兆瓦項目中，哈電電機就首創(chuàng)了“雙面冷卻”技術(shù)，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部構(gòu)建了精密的“通風高速公路系統(tǒng)”。針對天臺機組的更高要求，天臺項目發(fā)電電動機冷卻技術(shù)負責人秦光宇帶領(lǐng)團隊在此基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化，設(shè)計了更精準、更協(xié)同的冷卻結(jié)構(gòu)。
散熱問題解決后，更嚴峻的考驗隨即而來。這臺近600噸的高速“陀螺”，極端工況運行時最大線速度高達700多公里/時，是國內(nèi)高鐵最高運營速度的兩倍，每個磁極都承受著超過兩萬噸的超高離心力拉扯。加之頻繁啟停、工況轉(zhuǎn)換帶來的持續(xù)“急剎”與“急加速”沖擊，對轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強度、抗疲勞及長期穩(wěn)定性提出了近乎極限的要求。
為攻克這一難題，天臺項目發(fā)電機結(jié)構(gòu)主任設(shè)計師陳爽牽頭組建了跨專業(yè)融合團隊，將攻關(guān)焦點鎖定在關(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、仿真與迭代，每一次失敗都是一次積累?！标愃貞?，團隊成員經(jīng)常在生產(chǎn)現(xiàn)場展開激烈討論，有時為了一個結(jié)構(gòu)細節(jié)，會查閱大量資料、反復(fù)論證。最終，團隊形成了一套全新的“新型磁軛結(jié)構(gòu)”綜合解決方案，并首次將“H”級絕緣技術(shù)應(yīng)用于抽蓄機組磁極，為高速旋轉(zhuǎn)下的絕緣可靠性上了“雙保險”。
材料工藝革新 “指甲蓋”上承載兩個成年人的重量
“當天臺機組的水泵水輪機全速運轉(zhuǎn)時，水流沖擊部件表面的瞬時壓力，相當于在指甲蓋大小的面積上站立兩個成年人的重量?！碧炫_項目水輪機結(jié)構(gòu)主任設(shè)計師曲揚的話，讓人對機組面臨的極端環(huán)境有了直觀認識。
水頭越高，在容量一定的情況下機組和廠房尺寸越小，工程投資相對越省，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)難度都呈幾何級數(shù)增長。以往同類工程中，大多使用600兆帕、800兆帕級鋼板，技術(shù)成熟穩(wěn)定，但板材較厚、機組更重、工期也較長?！安捎?000兆帕的高強鋼能夠節(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_項目“80后”焊接工藝負責人甘洪豐提出大膽設(shè)想。
為攻克這一難題，甘洪豐帶領(lǐng)團隊從最基礎(chǔ)的材料特性研究入手，反復(fù)試驗不同的焊接參數(shù)、焊接材料和焊接方法。經(jīng)過一次次嘗試，團隊終于開發(fā)出面向嚴苛環(huán)境的超高強鋼直流脈沖焊接技術(shù)?！爱?shù)谝粔K1000兆帕高強鋼焊接試樣通過檢測時，大家激動地擁抱在一起。”甘洪豐說，那一刻，所有的辛苦都煙消云散。
最終，哈電電機在天臺抽水蓄能電站工程成功實現(xiàn)1000兆帕級高強鋼引水鋼岔管首臺套示范應(yīng)用，開創(chuàng)了國內(nèi)同行業(yè)“人無我有，先行先試”的領(lǐng)先局面，相關(guān)技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。當首節(jié)鋼岔管研制成功并通過驗收時，業(yè)主代表現(xiàn)場豎起大拇指：“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>