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盘点乌东德“高光数据”背后有哪些炫酷科技
2020/7/15 22:56:16    新闻来源:三峡集团

  本网讯(王璐)7月13日,乌东德水电站第四台机组正式投产发电。这是继6月29日首批机组投产发电后,半个月内相继投产发电的第四台巨型机组。

  有人感叹,山体雄峭,莫过西南;水势浩荡,无及金沙。而对中国水电人来说,金沙江却蕴藏着一座座技术高峰、纪录宝库。作为金沙江下游河段四个水电梯级中的最上游梯级,乌东德水电站更是创下了大坝单位坝顶弧长泄量世界第一、地下厂房高度世界第一、导流洞开挖断面世界第一等多项世界纪录。

  攀登世界水电高峰,向科技要答案。乌东德工程建设者们将科技创新运用于工程规划、设计、施工等各环节,形成了筑坝的强劲动力。

  航拍乌东德水电站大坝工程全线贯通

  (摄影:许健)

  数千只“温度计”打造恒温大坝

  乌东德大坝最大坝高270米,平均厚度40米,厚高比仅为0.19,是目前世界上最薄的300米级双曲拱坝,也是世界首座全坝应用低热水泥混凝土浇筑的特高拱坝。

  右岸坝肩开挖支护施工全景

  (摄影:许健)

  大坝所在的金沙江干热河谷,大风频发,日照强烈,昼夜温差大。坝体受温度不均影响,极易产生裂缝,业界也有“无坝不裂”之说。

  高坝大库的建设质量和安全事关国计民生,打造“无缝大坝”,是乌东德水电站工程的硬核目标。而要实现“无缝”,首先要在混凝土上“下功夫”。

  混凝土中的低热水泥堪称大坝的“退烧药”——发热量低,能显著降低混凝土最高温度,有助于防止大坝温度裂缝的产生。早在三峡工程建设期间,三峡集团就开始了低热水泥的研究与实践,并在乌东德水电站大坝建设中首次实现全坝应用。

  大坝混凝土开浇

  (摄影:邓利强)

  追求材料创新的同时,乌东德水电站也在“智能建造”方面更进一步。

  在乌东德水电站首次采用的“智能通水系统”中,数千支监测仪器埋设入坝体。这些仪器如同一支支敏感的“体温计”,时刻记录并反馈坝体温度。当系统检测到坝体部分过热时,预埋在大坝中的管道便会对发热部位进行通水冷却。通过分析判断,改变水管中的流量和水温,系统可实现坝体温度“微调”。

  除了坝体,周围山体也在建设者“严密监视”范围内。山体裂缝会影响水库蓄水,而且万一渗漏,也会对大坝安全产生影响。为此,建设者需要将水泥浆灌入山体裂隙,使岩石缝隙之间、大坝和山体之间“无缝可钻”。

  为了提高灌浆质量,三峡集团历时两年研发出全自动控制智能灌浆系统,并在乌东德工程首次应用。系统可实现自动加水、加浆、配浆。“整个过程就像操作家里的自动洗衣机一样简单。”三峡集团乌东德工程建设部大坝项目部黄伟说。

  大坝主体工程全线浇筑到顶

  (摄影:许健)

  施工区内,信息技术和传统大坝建设接口正在打通:得益于乌东德iDam2.0拱坝智能建造系统技术,一个共享、协同、交互的智能大坝业务管理平台已然形成。在这个平台上,智能振捣、智能通水、智能喷雾等技术协同发力,保障施工顺利、稳定。

  据乌东德工程建设部大坝项目部杨宁介绍,“黑科技”造大坝已然渗透到工作的方方面面:“乌东德工程首次将红外视频监控技术与人工智能相结合,应用于大坝混凝土浇筑全过程,有效提升了施工质量精细化控制程度。”

  地下厂房开挖高度世界第一

  乌东德地下电站厂房靠河床侧布置于左右两岸山体中,主厂房开挖最大宽度32.5米,高度89.8米,相当于30层楼,是目前世界最高的地下电站主厂房。

  确保安全,是工程建设的重中之重、难中之难。

  右岸地下电站主厂房机窝开挖支护

  (摄影:许健)

  在地下厂房的开挖中,建设者们及时采取针对性措施,如浅层及深层加固处理等办法,避免下挖后引发的山体变形等问题对工程进度产生影响;同时创新“小洞进大洞、先洞后墙、锚索深层加固”施工方案,确保山体受力平衡,同时进行填缝灌浆,增强岩体整体性,从而抑制变形增长,有效保障了施工安全。

  由于施工影响,地下厂房四周的岩体状态、应力实时变动。为了掌握相关情况,“高边墙开挖动态实时反馈分析系统”派上大用场。它可以进行三维设计,并根据安全监测数据进行实时计算,不放过四周岩体的任何“小缺陷”、“小动作”。

  同时,人员设备定位系统还能帮助管理人员实时看到混凝土运输车、振捣棒、缆机等设备的位置,助力优化施工方案;人脸识别技术应用在工程的重要部位,代替传统的工号牌。

  “很多新技术的应用,已颠覆了传统,这样的变化是革命性的。”乌东德工程建设部技术管理部刘科说。

  乌东德左岸地下电站厂房施工

  (摄影:袁磊)

  创新,不仅仅在技术,也在管理。

  为及时了解掌握施工和运行期间大型洞室围岩应力、应变情况,乌东德水电站建立了“监控、量测、分析、反馈”系统以及“一般情况周报制、特殊情况日报制”等制度,从流程上保障了施工安全。

  向巨型水轮发电机组“无人区”挺进

  乌东德85万千瓦机组,堪称世界水电的“无人区”。

  早在三峡工程建设期间,三峡集团便联合各相关单位,开展乌东德、白鹤滩电站巨型水轮发电机组创新研究工作。

  转轮出厂前检查

  (摄影:许健)

  在水轮发电机组这个环环相扣的力学传动系统中,最重要的部分是转轮。它是将水流动能转化为电能的主要运动装置。

  可以说,转轮直接关系着机组的稳定性和能量转化的效能,是机组中研发难度最大、制造难题最多,也是最为精密的部分。

  为此,三峡集团组织国内外厂家开展乌东德水轮发电机组整体升级设计。通过十几年的潜心研究,上百次仿真计算、模拟、实验、优化,乌东德水轮机转轮在保障高效率的同时,更是在核心参数方面全面提升。

  为保障机组运行稳定,机组的重要部件材料需要进行整体“升级”——有的要更轻、更薄,有的要更硬、更韧,以保证相应部位具备足够的抗压、抗撕裂的性能。

  为保障高水头下的抗压性能与成本控制,水轮机蜗壳首次大规模采用800兆帕高强钢。这种钢材通常用于起重机械的建造,比之溪洛渡、向家坝水电站所选用的600兆帕高强钢,乌东德水轮机蜗壳具有更大的屈服强度和抗拉强度,可以在保障高性能工作的同时,大大节省蜗壳总重、焊条量和人力成本。

  左岸地下厂房六号机组蜗壳焊接完成

  (摄影:王普)

  技术难点也同样突出——与普通钢板相比,800兆帕高强钢的焊接无先例可循。焊接技术团队花了一年多时间,攻克了一系列难题,掌握了高强钢焊接技术。

  新材料、新工艺、新技术的背后,是三峡集团多年来与参与工程建设的国内外设计、制造、施工各方精诚合作,不断攻克关键技术、创新建设模式,带动中国水电装备制造水平日益成熟的实践。

  从巍峨大坝到地下厂房,再到巨型水轮发电机组,世界见证着这座绿色能源基地的崛起,乌东德也见证着中国水电工程多年来的创新求索。

  三峡集团党组书记、董事长雷鸣山表示:“乌东德水电站工程建设中,开展了一系列技术和管理创新,攻克了一项项世界级难题,在地下工程、坝工技术、装备制造等方面提升了中国乃至世界水电科技发展水平,展示了全球大型水电工程智能建造的'中国智慧'。”

  乌东德水电站蓄水至高程945米

  (摄影:赵健)

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