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CCTV《大三峡》第四集 水电变奏(视频)
2009/10/7 18:18:06    新闻来源:cctv.com




  呈现三峡工程恢弘全景 献礼新中国甲子华诞

  8集大型高清纪录片《大三峡》

  10月3号-10号 CCTV-1 17:07


  宏伟而壮观的三峡大坝,是长江上一处醒目的地标。然而,对这座工程的设计人员来说,他们当初面对的一个重要问题是:在这滚滚东去的江流之上,建造怎样一座水电站,才能与三峡丰沛的水力资源相匹配呢? 

  长江的水能资源,居世界各条大河的首位,占据我国水能资源的一半以上。从重庆到宜昌,水位落差120米,其中蕴含的水能,相当于燃烧5000万吨优质煤炭所产生的能量。换句话说,修建三峡大坝之前,每年都从长江的这一江段上白白流失了5000万吨煤炭。

  开发利用三峡的丰富水能资源,既是几代中国人孜孜以求的梦想,也成为了修建三峡工程的核心任务之一。

  电站所处的西陵峡河段,河道宽度只有2000多米,布置水轮发电机组的位置有限,那么在有限的河道宽度内,怎样才能尽可能充分地开发三峡水力资源呢?大容量的水轮发电机组,成为了必然的选择。

  按设计制造的世界最高水平,工程设计者为三峡电站选定了70万千瓦的水轮发电机组。简单地说,就是这种机组每小时能发电70万度。

  三峡大坝坝体总长2309米,中间留出483米泄洪坝段,电站建在两侧,面向下游左边的称为左岸电站,布置14台机组;右边的称为右岸电站,布置12台机组。但是,26台机组只是利用了90%的水能资源;于是,设计师在右岸边的山体内部,增建了一个地下电站,布置6台机组。至此,三峡电站32台机组,使流经这里95%的水能资源得到了利用。

  在一个电源点上拥有规模如此之大的装机容量,当今世界绝无仅有。

  然而,要建造一座世界上最大的水电站,对当时的中国来说,无疑是一项前所未有的挑战。

  中国三峡总公司总经理李永安介绍:三峡工程在建设以前,我们国家水轮机设备的制造能力只有30多万千瓦机组,而三峡工程的水轮发电机组是70万,当时我们国内工厂还不具备这一个设计制作能力,所以我们左岸的14台机组是采取国际招标。
最终14台机组由世界著名制造厂商组成的两大跨国供货集团中标。中国的哈尔滨电机有限责任公司和东方电机股份有限公司获得31%的分包制造份额。

  这个结果多少让人有些意外:既然国内企业还不具备生产这种发电机组的能力,他们为何又能获得分包份额呢?


  中国三峡总公司总经理李永安介绍:在这个招标的过程当中,我们提出了引进、消化、吸收再创新的这样一个技术路线,就要求所有的国外的投标商必须向我们国内的工厂转让技术、联合设计、合作生产。

  借助大型工程的市场优势,提升民族装备制造业——从一开始,这就是三峡工程决策者的深谋远虑。

  1997年12月11日,三峡大坝左岸厂房坝段浇筑下了第一方混凝土。三峡大坝开始为70万千瓦的机组量身定做电站厂房。

  就在三峡电站动工建设的1997年,重庆长寿至万县第一回500千伏输电工程破土动工。三峡电力外送,从此拉开了序幕。

  中南电力设计院设计大师谢国恩介绍:我们电网的建设,它的进度跟三峡机组的装机进度是完全要适应的——它机组装好了可以发电了,发电以后要通过我们的电力网送过去。我们电网建设绝对不能落后于电厂的建设。

  三峡电站年发电总量能达到1千亿千瓦时,每一台机组大约能满足一座百万人口城市的全部生活用电。如此大的电量,将送往什么地方呢?

  三峡电力的送出范围是华中电网、华东电网和南方电网。大规模、远距离输送巨大电量,使得三峡的电力外送,成为了世界上规模最大的输变电工程。

  三峡电站和输变电工程,展开了紧锣密鼓的同步建设。与此同时,在世界十几个国家,三峡水电机组的设计生产也在进行当中。

  这些世界著名的制造企业,在承担三峡机组生产任务时,碰到了未曾有过的难题。

  中国三峡总公司副总经理杨清介绍:比如像巴西的伊泰普电站,它在我们三峡之前,已经装了18台70万的机组。但是由于它电站的水头比较高,所以它的机组实际上转轮小,所以它实际的机组总体重量各方面都要比三峡小得多。

  三峡机组制造面临的特殊难题,来自三峡工程承担的防洪功能。每当汛期来临,水位要提前降到145米,腾出防洪库容。汛期后又蓄水到175米。水位落差的巨大变幅,是一般大型水电站的2至3倍,这使困难集中到了水轮机的核心部件转轮的设计制造上。

  转轮由上冠、下环和叶片组成,其中的关键部件是叶片。如何在不同水位都尽可能多地获取水能,就要看叶片的造型。

  叶片形状非常特殊,设计制造的难度很大,而三峡一个叶片的铸件就21吨,那么,这样的叶片,是怎样生产出来的呢?

  生产三峡电站超大叶片的第一道难题是不锈钢铸件。

  这是鞍山钢铁公司正在为三峡机组铸造叶片。

  巨大的叶片必须一次浇铸成型,需要几个炉子同时浇铸,这就要求不同炉子烧出的钢水,化学成分和温度都要保证一致,因为叶片受水的冲力最大,所以对叶片的金属强度、化学成分要求很高。

  完成的叶片造型是否合格,肉眼无法查验,只能通过先进仪器检测。

  这些体积庞大的铸件,是衡量国际一流铸造企业的标志性产品。通过三峡工程的推动,如今,我国企业也具备了生产这种大型不锈钢铸件的能力。

  现在叶片进入最后的加工,此时精度必须以毫米计算,这也是叶片生产遇到的又一道难关。

  如果叶片的形状和曲线达不到设计标准,不但运行时能量转换的效能低,而且还会产生振动,影响机组的稳定运行。

  因为获得核心技术转让,我国企业先后派出数千名工程人员,到世界一流企业学习。哈尔滨电机厂高级工程师王波和同事被派往挪威学习叶片加工技术。

  加工好的叶片,被运送到辽宁海边哈电的大件加工厂。

  焊工正在将叶片和上冠下环焊接在一起,合成一个转轮。每一格转轮叶片里,都有一名焊工在操作。这并不是为了赶工程进度,真正的原因在于:单重7吨的叶片,如果不同步焊接,转轮就会发生变形;所以,必须多个叶片同步焊接,并使焊接的部位同时加热到同一温度。


  巨大的转轮,就靠细致、持久的工作,一点点组装成型。

  三峡电站很多大型金属部件的焊接,大多是以这样的方式完成的。

  2001年12月18日,加拿大蒙特利尔通用电气公司的大件车间里,洋溢着节庆般到气氛。公司总裁来了,退休工人来了,一些工程师也带着妻儿老小,从几十公里外冒着严寒赶来了。他们聚集在这里,为了见证一个重要时刻。

  历经4年的设计、试验和制造,世界最大水电站的第一台水轮机转轮即将竣工出厂。警察开道护送,当地电视台启动了现场直播。对通用电气公司,对蒙特利尔这座城市,这都是一个载入史册的时刻。

  这是世界上最大的转轮,重达450吨。它经蒙特利尔港装船出海,驶向中国三峡。

  经过整整四个月的航行,2002年3月17日,三峡电站首台水轮机转轮运抵左岸厂房。

  由于机组体积太大,很多分散运来的部件,要在现场完成安装。此时的电站厂房,成了一个巨大的组装车间。

  单台三峡机组的重量约7000吨,重量接近一座法国的埃菲尔铁塔。仅一台水轮机座环,现场加工切削下来的铁屑就近10吨。

  繁琐而艰巨的安装任务,成为了摆在中国水电建设者面前的又一道难题。

  三峡水轮发电机组安装,先后吊装定子,转轮,主轴,最后是转子,一台机组的吊装部件近4000吨。

  几百吨重的部件,安装精度要求极高,严格到要用"道"来计量。一毫米等于100道,20多米长的主轴线,摆度要控制在10道之内。

  450吨重的转轮吊装进入机坑,与四周边缘只有4毫米的间隙。

  直径18.7米的转子,重量达1800吨,吊装进入机坑时,和定子之间的间隙也只有30多毫米。

  机组安装完毕以后,就将进入调试阶段。

  70万千瓦水轮机组的运行,中国水电建设史上没有先例。机组的稳定性能不能满足发电的要求?无论是设备制造方、安装方还是三峡电厂管理方,心情都很紧张。

  在进行检测机组稳定性能的过速试验时,意外发生了。一声强烈的震动,整个使机坑振动得原件就像要掉下来一样。

  长江水利委员会长江勘测规划设计研究院袁达夫介绍:这个时候你不在现场不知道,在现场的确我们的水轮机的控制环,整个流道的确发生的是惊天动地,用这个话来形容。

  紧急情况出现后,提供机组的外国专家花了20天时间进行调试,问题仍然没有很好解决。剧烈振动的原因,会在哪里呢?中方工程师也同样在积极查找症结。

  经过紧张而周密的分析检测,事故的原因终于浮出了水面。

  在水流的通道中,水通过压力钢管进入蜗壳,再经过蜗壳内的固定导叶和活动导叶,均匀地进入转轮室,推动转轮转动。这次巨大振动,就来自蜗壳以及控制水流通过的装置。

  这次试验,是将机组转速提高到正常运行转速的 1.5倍,然后迅速关闭导叶,检验机组的机械性能。

  巨大水流通过时,活动导叶快速关闭,水流突然受阻,压力猛然升高。当水体的频率和整个流道中某个部件的自振频率一致时,激发了共振,致使相关部件出现较强烈的振动。

  事故的根源找到了。工程人员通过改变导叶的关闭规律,问题得以解决。

  三峡电站厂房内,机组安装调试正在按部就班地进行。厂房之外,输变电工程的建设也在迅速推进。

  电站发电机组发出的电能,输送到华中、华东、南方电网。远距离的输送线路,落点分别在江苏常州、广东惠州和上海,这三条线路,每条路程约一千公里。

  远距离送电,常常需要跨越崇山峻岭,跨越大江大河。仅三峡送往华东的线路,就要数次跨越长江和汉江。

  横跨大面积水域的大跨越线路,是三峡输变电工程面临的一项艰巨挑战。

  湖北宜昌附近有一条跨越长江的线路。


  湖北省电力公司超高压输变电公司总经理高级工程师彭丰介绍:主要是他的跨度很长,总共有1413米,那么这个导线在纵向水平方向的张力非常大。每单根导线的水平张力达到了9.5吨,那么还有一个就是自重,每单根导线有3.3吨重。

  1413米的跨度,怎样的导线才能既承载超出平常的巨大的输送容量,还要承受大跨越的拉力呢?

  与一般线路的输送容量相比,三峡外送的电量巨大,那么怎样的导线才适应这么大的电流量呢?线路专家在试验三峡输电线路采用的导线。新导线称为大截面导线,是目前世界上最粗的导线。

  在大跨越地点,水域造成风多,而导线悬挂长度一千米左右,微风都会使它产生振动。

  中国电力科学研究院工程力学研究所总工程师王景朝介绍:发生微风振动,如果没有防震的话,十天、二十天的时间内,就会发生疲劳断阻,这是不允许的,所以我们设计了这个阻尼线,那么阻尼线的作用呢就是减小导线的振动,使得导线的使用寿命能够达到三十年到五十年。

  单根大跨越导线,自重就达3吨多,将它横空挂起来的拉力需要8吨。一个杆塔有12根导线,也有24根导线,那么,怎样的杆塔才能承载这样的重量和拉力呢?

  线路专家在设计选择各种环境下的杆塔。

  大跨越杆塔的构件,不同于我们常见的角钢,是圆形钢管,它的结构仿生小麦等植物的杆茎而成。这种结构的杆塔强度更大,可以承受这样巨大拉力。

  三峡电力覆盖中国20%的地域,这给施工人员留下了一个巨大的难题:选择怎样的送电路径,才是最经济、最合理的呢?

  在过去,这是一项耗人力、耗时间的宏大勘测工程。如今,科技人员利用全球卫星定位系统资料,对送电线路路径进行航拍照相。照片和卫星图片经数字化处理,生成高精度的立体影像图。他们在电脑前,就能完成三峡输变电工程线路设计,选择最合适的路径。

  这项技术,使得过去繁重的体力劳动,今天看起来像是艺术创作。

  2003年7月12日,三峡送电华东的主干道——三峡至常州500千伏直流输电工程通过验收。这是三峡输变电的标志性工程,也是当时世界上送电量最大的直流输电工程。

  2004年6月6日,三峡至广东500千伏直流输电工程正式投产运行。它是三峡送电南方电网的主干道。

  2006年12月9日,三峡至上海500千伏直流输电工程竣工投产。三常直流工程国产化率实现了零的突破,达到30%;三广直流工程实现了50%的国产化率;三沪工程达到了70%的国产化率。

  历时十多年的三峡输变电工程建设,使中国在超高压直流输电技术领域,跻身世界前沿。

  2003年6月10日,三峡大坝坝前水位达到海拔高程135米。蓄水135米,称为围堰挡水发电期,标志着三峡工程开始初步发挥综合效益。

  7月10日,也就是大坝蓄水135米的整整一个月后,三峡工程第一台发电机组——装机容量70万千瓦的2号机组提前20天实现并网发电。

  这一天起,流经三峡的江水,开始化为源源不绝的电能。这是几代中国人梦寐以求的时刻。

  三峡首台发电机组实现了并网发电。此时,远在东北的哈尔滨电机厂,正在加紧研制右岸电站机组。

  1997年,三峡左岸机组首次国际招标时,我国企业没有竞标资格。在2003年右岸12台机组的招标中,哈尔滨电机厂和东方电机厂分别中标4台机组的制造任务。借助三峡工程,中国水轮发电机组生产水平实现了历史性的跨越。

  哈尔滨电机厂还对70万千瓦发电机组的冷却系统设计进行了创新。

  这些黑色管道,是机组冷却系统中的水管。已有的70万千瓦机组均采用水冷的冷却方式,虽然冷却效果好,但系统复杂,运行维护困难。

  哈尔滨电机厂在三峡右岸电站70万机组上首次成功采用了全空冷方案,也就是利用机组运转时产生的风力进行冷却,不仅运行维护方便,而且冷却效果不亚于国外的水冷系统。

  现在哈电的工程人员正在对一台全空冷机组进行测试。

  70万千瓦机组采用全空冷方案,这是国内自主创新的一个重大成果,完成了一次领先世界的技术突破。
26号机组,这是入住右岸厂房的第一台机组,也是我国首台拥有自主知识产权的全空冷巨型水轮发电机组。

  为了直观地显示机组运行的平稳程度,水电行业的专家采用硬币来测试。


  三峡总公司机电工程部主任张成平介绍:一块钱的硬币相对来讲比较大,比较薄,重心比较高,如果说一块钱的硬币立得住的话,说明这个机组的振动直观看得很清楚,非常好。

  从左岸到右岸,从只能制造30万千瓦机组,到自主生产70万千瓦机组,我国水电重大装备制造业,用七年的时间,完成了三十年的历史跨越。

  在电站厂房的背面,每一台水轮发电机都连接着一台巨型变压器,通过它将发电机输出的电压,由20千伏升到500千伏。

  保定天威保变电气股份有限公司董事长丁强介绍:三峡左岸电站,一台机组就70万千瓦,也是我们历史当中从未遇到过的。这么大的电量,要通过一台变压器发送出去,对产品的设计、制造都要经受严峻的考验。

  1999年,位于河北保定的天威保变电气股份有限公司参与了三峡左岸电站的变压器的分包制造。2007年在三峡右岸地下电站6台主变压器招标,天威保变承担了全部六台产品的制造任务。

  正是以参与三峡工程为起点,天威保变实现了企业的高速发展,如今,它已经成为世界上拥有变压器制造技术最齐全的电气公司。

  保定天威保变电气股份有限公司董事长丁强介绍:在这个过程当中,我们经过八五、九五针对三峡工程所用产品进行了大量的技术公关,所以后面引进西门子的技术,和西门子的技术相结合的过程当中。把我们的技术创新和它融合在一起,才有了三峡工程这台产品从设计、制造、实验非常顺利的一次实验成功,一次设计制造实验成功。

  伴随三峡工程的建设,中国重大技术装备不断实现着跨越式发展。三峡工程,就是以这样的方式,在民族工业发展的历史上树起了一座座醒目的里程碑。

  2008年5月,四川德阳,中国东方电气公司正在进行三峡右岸机组最后一台转轮的制造。没有人预料到,一场巨大的灾难正在悄悄降临。

  5月12日14点28分,四川汶川发生里氏8.0级地震。

  位于德阳的东方电气公司,也在地震中严重受创。然而,东电人的意志没有被灾难摧毁。冒着余震的危险,他们在灾难中凝聚精神、集结力量,迅速恢复生产,履行了按期完成三峡机组生产任务的承诺。

  汶川地震刚刚过去一个月,2008年6月18日,这台三峡机组转轮验收合格出厂,这是震后从我国重装基地德阳发运的第一台重型装备产品。

  这台重450吨、直径10米多的"巨无霸", 经由这条专为东电修建的大件运输公路,从德阳运往乐山,再从乐山大件码头吊装上船,经岷江、长江水路运往三峡工地。

  2008年9月28日,三峡工程实施高水位试验性蓄水。

  一个月后,10月29日,三峡右岸最后一台发电机组完成了试运行。这是三峡左右岸两座电站26台机组安装进行曲的尾声。

  三峡电站中控室——有人形容,这是世界上"最来电"的房间。不断刷新的数字,是2003年三峡开始发电的累计发电量。

  截至2009年4月7日凌晨2时3分,三峡电站累计发电量突破了3000亿千瓦时。

  中国三峡总公司原总经理、中国工程院院士陆佑楣介绍: 3000亿度电相当于一两亿吨煤炭。三峡设计是年发电量是847亿度电,相当于4000万到5000万吨煤炭,它不需要开矿是完全是自然的能量,所以就300多个人就把运行,运行人员300多个人就把这些4000、5000万吨的煤炭就生产出来了。

  长江水利委员会长江勘测规划设计研究院院长纽新强介绍:另外我们的煤炭资源大部分都在北方,那么我们缺电的地区又在南方。就对我们国家的运输影响也是非常巨大的。那么三峡的电力通过电网就直接输送了,就减轻了我们巨大的运输压力。

  三峡电站的建设时期,正值中国经济高速发展的阶段。能源不足的危机悄悄临近。

  2003年,就在三峡工程首批机组开始发电的当年夏季,全国出现了大面积电荒。19个省市拉闸限电。

  华东电网有限公司电力调度中心副总工程师王毅介绍:最极端的情况是开三停四,一般的是开五停二。什么意思呢,就是一个星期七天,平时只能用五天,停两天。但是一旦到用电高峰,也就是夏天的时候,往往是开三停四,也就是说只能用七天里面用三天电,停四天电。

  在国家遭遇电荒的关口,三峡电无疑是雪中送炭。

  源源不断的强大电流,经由华中、华东、南方电网送往10个省市,有效地缓解了当时的用电危机。

  正因为有了三峡水电站,应该说从某种意义上促进了全国的跨大区域的联网。

  放眼今天的中国版图,以三峡电站为基点,一个纵横九千公里、贯穿九省二市的三峡输变电系统腾空而起,它不仅保证了三峡电力外送,还促进了全国电网互联格局形成,实现了国家电网在更大范围内进行电力资源的优化配置。

  三峡电站供电区域覆盖国土面积182万平方公里,占全国国土面积的20%;受益人口6亿7千万,占全国人口的50%。

  1992年4月3日,全国人大通过兴建三峡工程决议的这一天,湖北日报刊发了这张照片。这个被同学们抛向空中的孩子名叫王雨,秭归县归州小学五年级学生。

  那一年,十岁的他把攒下的十元钱寄往北京,成为了第一个向三峡工程捐款的湖北人。小王雨捐款的目的很单纯,就是希望三峡工程快快发电,家里的电灯天天能亮。

  当年的"小胖墩",今天已有28岁,成为了一名水电工人。这座矗立在天水之间的大坝,了却了他少年时的心愿。

  2009年6月30日8时33分,三峡电站26台机组投产以来首次实现全部同时并网发电。

  三峡电力,为迈向腾飞的中国注入着源源不竭的动力。

  三峡电站总装机容量2250万千瓦
  年发电量近1000亿千瓦时
  截至2009年8月底,三峡电站累计发电量3400多亿千瓦时
  以2008年年底前送出电量计算,三峡电力创造国民生产总值2.4万亿元。

  (来源:cctv.com)

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