潜入世界水电“无人区

李双星

白鹤滩水电站是目前世界上在建的最大水电站，它拥有300米级的高拱坝、世界上规模最大的地下洞室群，以及1600万千瓦的总装机容量，预计建成后平均发电量将达到624.43亿千瓦时。

金沙江畔，横断山中。继三峡水电站之后，又一超级水电工程一白鹤滩水电站渐渐向人们显露出它的身姿。

在四川省凉山州宁南县和云南省昭通市巧家县交界处，紧贴着金沙江筑起的混凝土大坝为山脉覆上一层层“盔甲”，悬于两岸之间的数十条高空缆机拖起水泥罐向坝底触探，进行混凝土浇筑。站在坝上俯瞰，成百上千的建筑工人们散落在这片巨大的建筑工地上，共同用钢筋和混凝土打造出一片新天地。

这是目前世界上在建的最大水电站。它拥有300米级的高拱坝、世界上规模最大的地下洞室群，以及1600万千瓦的总装机容量，预计建成后平均发电量将达到624.43亿千瓦时，为华东、华中和南方电网供电。

定义世界水电新标准

2019年6月19日，由东方电气集团东方电机有限公司承建的百万千瓦级水轮机完成全部关键部件验收，标志着世界上单机容量最大的水轮发电机横空出世。

未来，8台100万千瓦的水轮发电机将被分别安置在白鹤滩水电站的左右两岸，产生数以百亿千瓦时的电能。与三峡水电站2240万千瓦的总装机容量相比，白鹤滩水电站稍有逊色，但在单机容量上，100万千瓦无疑是一个高难度飞跃。

东方电机白鹤滩项目副主任设计师王钊宁介绍：“单机容量的巨大跨越性、技术研究的复杂性和技术难度远大于世界上已有机组，没有现成的技术可以使用，可谓进入了世界水电的‘无人区’。

东方电机副总工程师赵永智这样解释百万千瓦机组的供电能力：“白鹤滩水电站单台机组全力发电365天，可满足四川省德阳市全年的用电需求。

从2006年起，东方电机的科研人员就在三峡水电站和溪洛渡水电站的机组研发基础之上，开始挑战百万千瓦水轮机组的研发制造。其中，转轮是整个水轮机组研发过程中研制难度最大，同时也是最为核心的部件。

在转轮研发阶段，百万千瓦机组没有现成的技术可供使用。为了制造出最适合白鹤滩水电站的转轮，东方电机的研究员们在短短一年多时间里研制出20多个转轮模型。每个模型都需要花费一个月的制作周期，成本均在20万元以上。经过水轮机试验平台中的真实模式、对比运行数据等筛选后，才选定了最终的转轮模型。

整个转轮由15块叶片组成，每片重达11吨。虽是庞然大物，但其研制过程则可谓粗中有细。一位东方电机白鹤滩项目焊接人员说：“重达11吨的叶片，焊接时的焊丝直径只有1.2毫米，比耳机线还要细，而整个转轮要使用共计11吨这么细的焊丝。”

受限于成品的尺寸和重量，左岸8台机组的转轮加工全部在白鹤滩水电站施工区内的东方电机转轮加工厂进行。在长达12个月的时间里，首台转轮先后经过上冠及下环装焊、装配、第一轮焊接、翻身、第二轮焊接、粗磨、精磨、镗孔等13个加工步骤才能满足出厂条件。

同时，在百万千瓦水电机组的核心技术水力研发中，东方电机首次将全流道全工况数值仿真技术应用于工程实际，创新性开拓了水力评判标准和叶形加厚技术，其空化、压力脉动、噪声、飞逸转速等稳定性指标均达到了世界先进水平。

从三峡水电站单机容量70万千瓦到向家坝水电站的单机容量81.2万千瓦，再到白鹤滩水电站单机容量100万千瓦超大型水轮发电机组，百万千瓦水轮发电机不仅引领了世界水电站进入“百万单机时代”，更在工程建设过程中，对中国传统水电行业升级和水电装备制造打了一剂强心针。

安放地下“心脏”

走进白鹤滩水电站地下厂房，如同走进电影《流浪地球》里庞大的地下城。不同的是，在这座长438米、高88.7米、宽34米的长廊型地下洞室里，安放着8台100万千瓦水轮机。

从2014年开始，中国水利水电第七工程局的近千名工人便开始在金沙江畔开山破土。4年，伴随着震耳欲聋的爆破声和四处迸射的石块，土建负责人陈强坦亲眼见证着一座山逐渐被改造成地下洞室。

陈强坦和同事们开玩笑说，开挖地下洞室的难度无异于“在奶油蛋糕里掏出一个洞”。他告诉《中国工人》记者，白鹤滩的地质条件十分复杂，岩石稳定性差，且岩层间的错动带结构变形特征明显，在开挖过程中必须要采取相应的稳定性控制技术，保障洞室群的岩石稳定和施工安全。

如何有效控制高边墙围岩变形与稳定，一直是大型地下洞室开挖的世界性难题。土建部门J制订出将墙面进行立体和平面分割的方案，在错动带区域综合多种技术进行支护，研发出包括预应力锚索快速施工在内的多项创新支护技术，为地下厂房高边墙围岩安全稳定提供了保障。

走进地下厂房，仔细观察洞穴的墙面，便能发现土建部门研究出的支护成果。一些菱形部件不规则地嵌在整个墙面上，个别位置还有一些长杆贴在墙面里。抬头看向洞穴顶部，岩层表面还紧紧覆着防护网。这些都是为洞穴采取的支护措施，它们被按照深浅不同的层次安插在结构不一的岩层里。

原計划用36个月完成的洞穴开挖，实际则延长了约一年时间。而在洞穴开挖成形后，一场持续性的浇筑作业仍不能放松分毫。

肘管、锥管、基础环、座环、蜗壳等主机设备依次被预埋进混凝土中，每安装完一个部件都要进行混凝土浇筑，之后再进行下一步安装，以确保其稳定性。而混凝土的浇筑也是一个需要严格控制的过程，一旦不均匀便可能会对机器部件的安装精度产生影响。

“在单机容量达到100万千瓦的情况下，转轮的高速运转对安装精度提出了更高要求。”白鹤滩项目安装工区支部书记谢守斌介绍，如果转轴的摆动幅度过大，会对机器部件造成磨损，进而影响整个发电机的运转。

为了将发电机的转轴控制在一定的摆动范围内，中国水电七局负责安装的人员尽可能地将前序所有安装步骤的精度达到最高，要求全部缩小到0.1毫米以内。事实上，这些精度要求已经高出给定的标准范围。

2018年6月28日，随着机组段最后一部分开挖完成，白鹤滩水电站左岸地下厂房工程爆破开挖正式画上句号。在近千名建设者的共同努力下，横空出世的百万千瓦级水轮发电机将被安稳放置于此。

隐藏“智慧”的大坝

在白鹤滩水电站大坝施工管理人员的手机里，不时会收到一条包含入仓温度、浇注温度、仓面气温的“暗号”。

这是大坝智能建造信息管理平台的信息播报，实时推送现场施工各种动态，帮助施工人员及时掌握现场情况。“智能”是白鹤滩水电站大坝的一大亮点，大坝工程建设和运行全过程都被智能建造体系全覆盖，施工管理人员可以实现工程全生命周期状态的“全面感知、真实分析、实时控制”。

就像人类拥有一套感知外界的神经系统，白鹤滩水电站大坝同样拥有一套用于感知、分析周边及内部环境的“神经系统”，并能根据采集到的信息协同“器官”做出调整。

高289米的拱坝里埋设下数千支监测仪器，它们就像遍布大坝全身的神经末梢，用于感知气温、风速、入仓温度、浇筑温度等，并将这些信息反馈给大坝的“神经中枢”一智能建造信息管理平台。“神经中枢”会将收集到的参数进行实时分析判断，并将分析结果实时推送给现场管理人员，以便管理人员及时掌握现场情况、采取适当措施，一些比较成熟的系统甚至可以做到系统智能控制、实时调节，保证任何细小的异常情况都在第一时间得到妥善处理。

拿智能通水系统举例，布置在大坝上的温度和流量传感器，能实时监测坝体温度、冷却通水水温及流量等与混凝土温控相关的数据。智能大坝服务器收集到数据后，根据温控要求计算通水参数，并按照计算结果实时调整一体式流温伺服阀，从而实现冷却通水的实时精确调节。管理人员只需要通过监控系统便能对异常状况一目了然，并及时加以调节。

白鹤滩工程建设部大坝项目部负责人告诉记者：“白鹤滩水电站大坝规模巨大，坝基地质条件复杂，坝体结构不对称，再加上频繁的干热、大风天气，温控难度极大。运用智能温控系统，实现了全过程的智能化、精细化温度控制，有效避免了温度裂缝的产生。”

智能大坝还能对混凝土生产、运输、浇筑全过程监控，并对施工进度、质量进行可视化分析。“通过手机或其他终端进入智能大坝管理程序中混凝土浇筑模块，便能看到24小时之内每小时混凝土生产方量，还能查看位于不同地点拌合楼的运行情况。

穿梭于高空的缆机系统也被纳入了智能大坝监控范围之内。智能大坝中的缆机调度程序能实时采集缆机运行情况，并进行缆机调度方案维护及布置参数分析，施工人员同样可以通过智能建造信息管理平台及时掌握缆机运行效率。

这套“全知全能”的智慧大坝系统是三峡集团与国内顶尖科研机构联合研究出来的。针对白鹤滩水电站复杂的环境条件和极高的质量要求，科研人员深入研究大坝混凝土施工及温控全过程智能控制、多维多要素耦合进度仿真、全生命周期工作性态仿真等内容，将智能大坝带入了2.0时代。

作为在建的巨型水电站，白鹤滩水电站的建设与中国水电全产业链的加速提升交相辉映。无论是水电装备制造，还是施工能力以及建设管理水平，白鹤滩水电站无疑都发挥着重大作用。

被冠以“国之重器”，这既是一份荣誉更是一担责任。拥有多项世界之最的白鹤滩水电站肩负着更为久远的使命，根据《金沙江白鹤滩水电站可行性研究报告》分析，白鹤滩水电站建成后，每年可节约原煤约2800万吨（相当于8000节至1万节火车皮），每年可减少排放二氧化碳5083万吨、二氧化硫约50万吨、氮氧化物约43万吨，减少烟尘排放量21万吨，环境效益显著。

同时，白鹤滩水电站兼顾防洪、航运功能，是长江防洪体系的重要组成部分，借助白鹤滩水电站水库巨大的防洪库，通过长江中上游水库群的联合调度，可以在很大程度上提高长江中下游的防洪能力。

与白鹤滩水电站一同构成金沙江开发“四个梯级”建设的，还有乌东德、溪洛渡、向家坝3个水电站。其中溪洛渡和向家坝水电站已于2014年投产发电，乌东德水电站仍在紧张施工中，预计到2020年首批投产发电。

2021年，白鹤滩水电站亦将首批投产发电，届时，它将作为一份特别的礼物，献礼中国共产党成立100周年。

[新闻链接]

白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站，具有以发电为主，兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益。電站建成后，将仅次于三峡水电站成为中国第二大水电站。

[数读白鹤滩水电站]

100万千瓦

8台100万千瓦的水轮发电机将被分别安置在白鹤滩水电站的左右两岸，产生数以百亿千瓦时的电能。百万千瓦水轮发电机引领世界水电站进入“百万单机时代”。

438米

白鹤滩水电站地下厂房是一座长438米、高88.7米、宽34米的长廊型地下洞室，也是世界上规模最大的地下洞室群。

2800万吨

白鹤滩水电站建成后，每年可节约原煤约2800万吨（相当于8000节至1万节火车皮），每年可减少排放二氧化碳5083万吨、二氧化硫约50万吨、氮氧化物约43万吨，减少烟尘排放量21万吨，环境效益显著。