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盤點烏東德“高光數(shù)據(jù)”背后有哪些炫酷科技

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2020-07-15 10:04:00  作者:王璐

  本網(wǎng)訊(王璐) 7月13日,烏東德水電站第四臺機組正式投產(chǎn)發(fā)電。這是繼6月29日首批機組投產(chǎn)發(fā)電后,半個月內(nèi)相繼投產(chǎn)發(fā)電的第四臺巨型機組。

  有人感嘆,山體雄峭,莫過西南;水勢浩蕩,無及金沙。而對中國水電人來說,金沙江卻蘊藏著一座座技術(shù)高峰、紀(jì)錄寶庫。作為金沙江下游河段四個水電梯級中的最上游梯級,烏東德水電站更是創(chuàng)下了大壩單位壩頂弧長泄量世界第一、地下廠房高度世界第一、導(dǎo)流洞開挖斷面世界第一等多項世界紀(jì)錄。

  攀登世界水電高峰,向科技要答案。烏東德工程建設(shè)者們將科技創(chuàng)新運用于工程規(guī)劃、設(shè)計、施工等各環(huán)節(jié),形成了筑壩的強勁動力。

航拍烏東德水電站大壩工程全線貫通 (攝影:許健)

  數(shù)千只“溫度計”打造恒溫大壩

  烏東德大壩最大壩高270米,平均厚度40米,厚高比僅為0.19,是目前世界上最薄的300米級雙曲拱壩,也是世界首座全壩應(yīng)用低熱水泥混凝土澆筑的特高拱壩。

  

右岸壩肩開挖支護施工全景 (攝影:許健)

  大壩所在的金沙江干熱河谷,大風(fēng)頻發(fā),日照強烈,晝夜溫差大。壩體受溫度不均影響,極易產(chǎn)生裂縫,業(yè)界也有“無壩不裂”之說。

  高壩大庫的建設(shè)質(zhì)量和安全事關(guān)國計民生,打造“無縫大壩”,是烏東德水電站工程的硬核目標(biāo)。而要實現(xiàn)“無縫”,首先要在混凝土上“下功夫”。

  混凝土中的低熱水泥堪稱大壩的“退燒藥”——發(fā)熱量低,能顯著降低混凝土最高溫度,有助于防止大壩溫度裂縫的產(chǎn)生。早在三峽工程建設(shè)期間,三峽集團就開始了低熱水泥的研究與實踐,并在烏東德水電站大壩建設(shè)中首次實現(xiàn)全壩應(yīng)用。

大壩混凝土開澆 (攝影:鄧?yán)麖?

  追求材料創(chuàng)新的同時,烏東德水電站也在“智能建造”方面更進一步。

  在烏東德水電站首次采用的“智能通水系統(tǒng)”中,數(shù)千支監(jiān)測儀器埋設(shè)入壩體。這些儀器如同一支支敏感的“體溫計”,時刻記錄并反饋壩體溫度。當(dāng)系統(tǒng)檢測到壩體部分過熱時,預(yù)埋在大壩中的管道便會對發(fā)熱部位進行通水冷卻。通過分析判斷,改變水管中的流量和水溫,系統(tǒng)可實現(xiàn)壩體溫度“微調(diào)”。

  除了壩體,周圍山體也在建設(shè)者“嚴(yán)密監(jiān)視”范圍內(nèi)。山體裂縫會影響水庫蓄水,而且萬一滲漏,也會對大壩安全產(chǎn)生影響。為此,建設(shè)者需要將水泥漿灌入山體裂隙,使巖石縫隙之間、大壩和山體之間“無縫可鉆”。

  為了提高灌漿質(zhì)量,三峽集團歷時兩年研發(fā)出全自動控制智能灌漿系統(tǒng),并在烏東德工程首次應(yīng)用。系統(tǒng)可實現(xiàn)自動加水、加漿、配漿。“整個過程就像操作家里的自動洗衣機一樣簡單。”三峽集團烏東德工程建設(shè)部大壩項目部黃偉說。

大壩主體工程全線澆筑到頂 (攝影:許健)

  施工區(qū)內(nèi),信息技術(shù)和傳統(tǒng)大壩建設(shè)接口正在打通:得益于烏東德iDam2.0拱壩智能建造系統(tǒng)技術(shù),一個共享、協(xié)同、交互的智能大壩業(yè)務(wù)管理平臺已然形成。在這個平臺上,智能振搗、智能通水、智能噴霧等技術(shù)協(xié)同發(fā)力,保障施工順利、穩(wěn)定。

  據(jù)烏東德工程建設(shè)部大壩項目部楊寧介紹,“黑科技”造大壩已然滲透到工作的方方面面:“烏東德工程首次將紅外視頻監(jiān)控技術(shù)與人工智能相結(jié)合,應(yīng)用于大壩混凝土澆筑全過程,有效提升了施工質(zhì)量精細(xì)化控制程度。”

  地下廠房開挖高度世界第一

  烏東德地下電站廠房靠河床側(cè)布置于左右兩岸山體中,主廠房開挖最大寬度32.5米,高度89.8米,相當(dāng)于30層樓,是目前世界最高的地下電站主廠房。

  確保安全,是工程建設(shè)的重中之重、難中之難。

右岸地下電站主廠房機窩開挖支護 (攝影:許健)

  在地下廠房的開挖中,建設(shè)者們及時采取針對性措施,如淺層及深層加固處理等辦法,避免下挖后引發(fā)的山體變形等問題對工程進度產(chǎn)生影響;同時創(chuàng)新“小洞進大洞、先洞后墻、錨索深層加固”施工方案,確保山體受力平衡,同時進行填縫灌漿,增強巖體整體性,從而抑制變形增長,有效保障了施工安全。

  由于施工影響,地下廠房四周的巖體狀態(tài)、應(yīng)力實時變動。為了掌握相關(guān)情況,“高邊墻開挖動態(tài)實時反饋分析系統(tǒng)”派上大用場。它可以進行三維設(shè)計,并根據(jù)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時計算,不放過四周巖體的任何“小缺陷”、“小動作”。

  同時,人員設(shè)備定位系統(tǒng)還能幫助管理人員實時看到混凝土運輸車、振搗棒、纜機等設(shè)備的位置,助力優(yōu)化施工方案;人臉識別技術(shù)應(yīng)用在工程的重要部位,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工號牌。

  “很多新技術(shù)的應(yīng)用,已顛覆了傳統(tǒng),這樣的變化是革命性的。”烏東德工程建設(shè)部技術(shù)管理部劉科說。

烏東德左岸地下電站廠房施工 (攝影:袁磊)

  創(chuàng)新,不僅僅在技術(shù),也在管理。

  為及時了解掌握施工和運行期間大型洞室圍巖應(yīng)力、應(yīng)變情況,烏東德水電站建立了“監(jiān)控、量測、分析、反饋”系統(tǒng)以及“一般情況周報制、特殊情況日報制”等制度,從流程上保障了施工安全。

  向巨型水輪發(fā)電機組“無人區(qū)”挺進

  烏東德85萬千瓦機組,堪稱世界水電的“無人區(qū)”。

  早在三峽工程建設(shè)期間,三峽集團便聯(lián)合各相關(guān)單位,開展烏東德、白鶴灘電站巨型水輪發(fā)電機組創(chuàng)新研究工作。

轉(zhuǎn)輪出廠前檢查 (攝影:許健)

  在水輪發(fā)電機組這個環(huán)環(huán)相扣的力學(xué)傳動系統(tǒng)中,最重要的部分是轉(zhuǎn)輪。它是將水流動能轉(zhuǎn)化為電能的主要運動裝置。

  可以說,轉(zhuǎn)輪直接關(guān)系著機組的穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)化的效能,是機組中研發(fā)難度最大、制造難題最多,也是最為精密的部分。

  為此,三峽集團組織國內(nèi)外廠家開展烏東德水輪發(fā)電機組整體升級設(shè)計。通過十幾年的潛心研究,上百次仿真計算、模擬、實驗、優(yōu)化,烏東德水輪機轉(zhuǎn)輪在保障高效率的同時,更是在核心參數(shù)方面全面提升。

  為保障機組運行穩(wěn)定,機組的重要部件材料需要進行整體“升級”——有的要更輕、更薄,有的要更硬、更韌,以保證相應(yīng)部位具備足夠的抗壓、抗撕裂的性能。

  為保障高水頭下的抗壓性能與成本控制,水輪機蝸殼首次大規(guī)模采用800兆帕高強鋼。這種鋼材通常用于起重機械的建造,比之溪洛渡、向家壩水電站所選用的600兆帕高強鋼,烏東德水輪機蝸殼具有更大的屈服強度和抗拉強度,可以在保障高性能工作的同時,大大節(jié)省蝸殼總重、焊條量和人力成本。

左岸地下廠房六號機組蝸殼焊接完成 (攝影:王普)

  技術(shù)難點也同樣突出——與普通鋼板相比,800兆帕高強鋼的焊接無先例可循。焊接技術(shù)團隊花了一年多時間,攻克了一系列難題,掌握了高強鋼焊接技術(shù)。

  新材料、新工藝、新技術(shù)的背后,是三峽集團多年來與參與工程建設(shè)的國內(nèi)外設(shè)計、制造、施工各方精誠合作,不斷攻克關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新建設(shè)模式,帶動中國水電裝備制造水平日益成熟的實踐。

  從巍峨大壩到地下廠房,再到巨型水輪發(fā)電機組,世界見證著這座綠色能源基地的崛起,烏東德也見證著中國水電工程多年來的創(chuàng)新求索。

  三峽集團黨組書記、董事長雷鳴山表示:“烏東德水電站工程建設(shè)中,開展了一系列技術(shù)和管理創(chuàng)新,攻克了一項項世界級難題,在地下工程、壩工技術(shù)、裝備制造等方面提升了中國乃至世界水電科技發(fā)展水平,展示了全球大型水電工程智能建造的‘中國智慧’。”

  

烏東德水電站蓄水至高程945米 (攝影:趙健)

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