从三峡到乌东德的老专家们

自由的风

在金沙江乌东德水电站最后一台机组顺利通过72小时试运行交付投产发电之际，谈起百万级水轮发电机组的设计过程，曾经参与设计的老专家们无不感慨万千，百万机组的研制之路可谓百转千回，百万机组的成功研制恰恰证明了“创新是设计制造水平提升的阶梯”这个道理，也充分诠释了“大国重器必须掌握在我们自己手里”这句话的伟大意义！

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乌东德水电站

一

1832年，自法国人皮克西制造了世界第一台试验性发电机到现在发电机已走过了近二百年的历史。21世纪初，继三峡水电站后长江勘测规划设计研究院机电工程设计研究院又一次亮相中国水电界，成为百万千瓦级水轮发电机组的论证与设计领跑者——借助于乌东德水电工程这座舞台，成功设计出2020年投产发电的世界上首台单机容量最大的85万千瓦水轮发电机组。原机电处处长邵建雄、机电院设总陈冬波、老院长袁达夫等，就是绘制大国重器蓝图的一个个领头人。

只有在峦叠层嶂之中，才有巍峨的山峰；只有在熟练的常规动作基础上，才会有别出新才的一举。往往人的明智并非与经验成正比，而是与经验的吸收成正比。要能预见未知，就必顺从研究已知的事物进行创新。中国人在经济建设中的引进消化吸收再创新能力在世界上绝对是一流的，其中包括对三峡70万千瓦水轮发电机组的工程应用及设备制造。袁达夫老院长、邵建雄、陈冬波等感触很深。回放论证、设计、制造过程，不乏闪烁着智慧与意志的光芒，尤其是技术创新，值得记载下来，后人会将它们载入长江水电史册。

早在三峡工程论证设计过程中，长江设计院的老工程师们通过学习借鉴，论证了水轮发电机组的主要性能参数，设计了整体结构，比选了主要材料，规定了机组安全稳定运行的标准等等，参与哈尔滨和四川德阳两家机组制造厂生产出单机容量70万千瓦的水轮发电机组成功并网发电。三峡水利枢纽工程让长江设计院在水电行业独领风骚几十年，是设计院进军诸多工程闪光的名片！

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长江设计院技术人员合影于乌东德地下厂房

三峡机组开创性的成果，为金沙江几个梯级电站奠定了基础。机组从技术来讲，有几大指标，其一是机组的稳定性，也是首要的一个指标；其二是能量指标，就是效率要高；其三就是气蚀指标……曾任三峡工程设计总工程师的袁达夫回忆起当年三峡大坝建设情景历历在目，他说：“水轮机本由光滑的转轮叶片组成，运行时间一长就长满麻麻点点，需要经常检修，因此以上三大指标做到最优，机组就好些。”

“机组综合性能最高、最优，这就是先进性。”他们在设计三峡机组时候把实现三大指标最优放在第一位，设计百万级机组依然如此。陈冬波说：“机组各性能参数的先进，并不是把世界上已投产机组的顶尖参数堆集起来，而是要根据该电站条件，系列水文资料及调度方式综合分析研究后，从机组整体性能最优出发，选配机组的主要参数，使其发电效益最大化。”

二

任何技术都有一个不断超越、向前发展的过程，在成功经验的基础上进一步改进提升，科技水平就是这样不断提高！

本世纪初，受中国三峡集团有限公司委托，长江设计院牵头乌东德、白鹤滩百万水轮发电机组研究。长江设计院有针对性地对百万千瓦级机组三大指标进行提升研究设计。其中对水轮发电机组的主要性能参数、电压等级、冷却方式、整体结构等优化设计。这些都是他们设计时花费气力最多的一些技术难点，也是越沟过坎，最终实现创新的几个问题。

水电工程是一个系统工程，特别是水电站建筑物都要围绕着并适应安装不同单机容量的水轮发电机组而开展设计，乌东德水电站是建设在山体里面的地下厂房，电站厂房、引水隧洞、调压室等等一系列建筑物应满足单机容量和装机台数的设计要求。金沙江乌东德水电站额定水头137米，白鹤滩额定水头202米（额定水头是水轮机发出额定功率时候具备的水头，它是根据一个水电枢纽所处河段长系列的水文资料分析研究并经技术经济比选得出，它是客观存在的）。如果都要发100万的额定出力，乌东德水电站水轮发电机转轮直径要比白鹤滩的转轮直径大得多。因此乌东德电站的厂房跨度要求更宽一些，又由于地下电站开挖支护的限制，从地形、地质、结构稳定、开挖支护等方面考虑乌东德水电站最终采用左右岸各6台85万千瓦水轮发电机组。

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无论是百万千瓦还是85万千瓦都属于百万千瓦级机组，设计、制造要求没有多大的区别，单机容量85万千瓦机组的许多技术和标准实际上就是单机容量百万机组的技术和标准。虽有些遗憾，但老专家们并没有完全放弃，他们在乌东德85万水轮发电机组设计过程中，仍然预留了一定的空间，水轮机具有百万千瓦容量的超出力能力。发电机将来把线棒一换，提高额定电压，还是有可以扩容发到百万千瓦电的可能性……专家们的智慧，不仅使水资源得到最大限度的利用，也科学地利用每个电站的地理条件，有的放矢地设计应有的水轮发电机组。

三

长江设计院的工程师们设计出来的成果都在研究报告上，还要制造厂家将它实现。生产巨型水轮发电机组关键要素之一是配套材料的生产供应，也就是新结构、新材料的使用，长江设计院机电工程师们对此与制造厂家一起研究得很多……机电院设总陈冬波对此颇有发言权，设计研制百万、85万机组时他正担任水机室主任。

上个世纪末，最初生产安装在三峡电站左岸的七十万千瓦水轮发电机时60公斤级的钢材都是从日本进口，日本人用高于几倍的价格卖给我们，关键的东西还不卖。这就倒逼着国内宝钢、武钢等一批厂家自主研发制造巨型机组需要的特殊钢材，终于让三峡右岸电厂的机组用上了我国自己生产的钢材。

到了这次研制生产百万千瓦水轮发电机组配套材料时，对高强、超厚高性能钢材又有了新的要求，如采用60公斤级的蜗壳钢板的厚度要达到90毫米，过厚的钢板在成型及现场焊接中会增加巨大难度。因此百万机组要求研制80公斤级高强高性能钢板料。长江设计院先后多次参加大型钢厂新型钢板的研发成果评审会及焊接工艺评审会。研制过程让陈冬波刻骨铭心。

焊接技术至关重要，其中80公斤级钢板焊接对焊接工艺要求非常高。欧洲有个高水头水电站，就是因为用80公斤级钢板做的压力钢管出现了爆裂，导致电站被高压水流毁坏，这座电站十年没能复工。只有确保高性能材料供应、提升工艺水平、才能确保巨型机组的制造质量。

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另外，这些年来设计人员为了设计制造百万千瓦级水轮发电机组，不仅提出设计标准，为了将标准转化为产品，与相关方一起参加的试验数也数不清，如，一批突破七十万千瓦机组特征参数上限的24、26kv定子线棒1：1的模拟试验，6000t推力轴承1：1的模拟试验，百万机组1：1通风冷却模拟试验等，都是需要大量的计算分析并通过模拟试验才能验证技术的可行性。

四

2020年6月29日，乌东德首批6、7号机组成功投产发电，成为当年世界水轮发电机组的“老大”，标志着中国水电技术已站到了世界的最前沿。

为了确保乌东德水电站12台机组全部顺利投产发电，做好现场技术服务，在工地最多的设计人员来自于长江设计院机电院，邵建雄、陈冬波依然宝刀不老和很多年轻技术人员一样，一直跟踪机组的安装、启动调试。乌东德水轮发电机组在127m低水头就能发出85万千瓦额定出力，并其稳定性能表现出世界级领先水平：当水轮发电机组进入稳定运行区后，站在发电机风洞盖板、各层楼板上的人几乎没有感到振动，也没有听到噪声，很多人以为是停机了。在现场的工程师朱钊用我国高铁上放硬币测试动车运行稳定性的方法，在7#机组上风洞盖板上竖着放了一元硬币、五分硬币各一个，硬币果然站住了，稳定性太好了。机组顺利完成最重要的甩85万千瓦负荷试验后，试验大厅响起了热烈的掌声！调试非常顺利，机组瓦温、振动、摆度等各项机械、电气性能正常，完全满足百万千瓦级机组研究提出的各项性能不低于且超过七十万千瓦机组性能要求。

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2021年6月16，最后一台1号机组安装调试完毕，宣告乌东德水电站建设成功，移交电厂进行常规的运行管理，水轮发电机的设计者才算完成了自己在这座工程中的使命。中国***建党百年之时，85万千瓦水轮发电机组已全部在乌东德水电站欢快运转，共同庆贺这个大喜的日子。百万千瓦级水轮发电机组很快就要成为世界水轮发电机领域的领头羊，这些都是在三峡机组设计研制基础上实现的飞跃。

长江设计院的老专家们在三峡工程奋斗过，现在乌东德水电站12台机组“火力”全开，人们在为乌东德水电站建设单位喝彩时，也没有忘记为他们喝彩，他们是从三峡走来，又生乌东德情结，