給大壩裝“大腦” 給心墻蓋“被子”

兩河口水電站創九項世界之最

四川省雅江縣縣城上游約25km的雅礱江干流，曾經洶涌湍急的河流變成了高峽平湖，我國海拔最高的百萬千瓦級水電站——兩河口水電站橫跨雅礱江，穩穩地嵌入V字形峽谷中。

295米高土石壩海拔世界第一，高邊坡群施工規模世界第一，泄洪抗沖旋挖樁群水電施工規模世界第一……近日，隨著最后一臺機組完成72小時試運行并正式投入商運，這個創下九項“世界之最”的水電站全部投產發電。

面臨一系列世界級難題，工程建設用上了哪些“黑科技”？記者帶您一探究竟——

主要轉動部件擺度僅有一根頭發絲直徑的二分之一

機電設備實現“特別質量”

隨著進水口閘門的打開，奔騰的江水通過高壓管道進入水輪機，帶動設備高速旋轉，發出強大電流。

與此同時，兩河口水電站的值班人員一邊根據調度情況調整導葉開度，一邊在監控室內通過智能監控系統監測著發電機組振動、擺度、各部瓦溫等參數，確保機組穩定運行。

機電設備被視為電站“心臟”。作為目前國內海拔最高的百萬千瓦級水電站，兩河口水電站擁有著一顆強勁有力的“心臟”——6臺單機50萬千瓦大型水輪發電機組。全部機組在完成72小時試運行后，無任何安全隱患和質量缺陷，開創了國內全部大型機組免維修轉商運的先例。

技術人員至今仍然記得的一個細節是，由于兩河口水庫所處海拔高、庫容大、蓄水周期長，發電機組長期在低水頭工況運行，給機組轉輪核心部件等穩定性帶來極大考驗。

高海拔下，機組如何高效、平穩運行？大容量水輪發電機組線棒防暈、定子工頻磁化試驗共振問題、定子和轉子圓度控制及機組軸線調整等，這些困擾行業已久的難題都是技術人員亟須“啃”下的“硬骨頭”。

歷時九個多月，在各方共同努力下，兩河口發電機電子線棒研制成功，實現絕緣技術的核心突破，并創下高海拔大型機組定子線棒防暈技術的世界第一。最終，機組平穩運行能力增加10%，電站水輪發電機組的擺度均控制在100微米以內，振動均在30微米以內。其中2號機組擺度控制在40微米以內，相當于一根頭發絲直徑的二分之一。

有關技術人員給記者擺出了這樣一組數據：機組轉輪直徑6.25米，轉子直徑超10米，轉輪到轉子上端軸共18.4米。如此龐大的轉動體系，要在轉速166.7轉/分鐘的高速運行狀態下，將擺度控制在幾十微米，其難度可想而知。尤其是還面臨著高海拔下制造難度大、人機降效明顯的重大挑戰。這背后有何特別密碼？

“質量是命。”據介紹，雅礱江公司從一開始就提出機電設備“特別質量”的戰略部署，致力于打造兩河口水電站精品機電設備。

以發電機轉子為例。兩河口機組轉子高度超3米，直徑超10米，重達805噸。作為發電機組中最重、最大的核心部件，它由近萬片4毫米厚的750兆帕磁軛沖片疊加而成，運行時最大線速度可達340公里/小時。安裝精度稍有偏差將直接威脅整個機組安全。

轉子圓不圓，熱脹最關鍵。通過群策群力，團隊最終研究出有效應對高原高寒氣候的轉子熱脹專項方案，使轉子圓度控制在了0.4毫米以內。

智能大壩系統實時掌握壩體健康狀況

工程建設實現數字化向智能化跨越

6個“鳥巢”的體積加起來有多大？在兩河口水電站可以找到答案——作為我國第一高土石壩，兩河口大壩的總填筑量達到4300萬立方米。如果將其分解成1立方米的正方體，連起來可以繞地球一圈多。

在平均海拔3000米的環境下，完成如此大的填筑量，挑戰巨大。在兩河口之前，國內外均無成熟、可借鑒的經驗。怎么辦？

面對高海拔、高心墻堆石壩、高填筑量這一系列世界級難題，工程建設者們走出了一條“智取”之路：打造了國內第一座用“施工全過程智能化技術”修建的300米級超高土石壩，填補了高寒地區超高土石壩的建設空白，實現了大壩建設由數字化向智能化的跨越。

余良松，兩河口大壩工程的重要建設者和見證者，中國電建兩河口水電站一二·五聯合體項目經理。

4月6日，記者聯系到余良松時，他正在整理項目竣工資料。談及兩河口的“智取”之路，他難掩自豪與激動。

據介紹，借助高精度衛星定位、人工智能、物聯網、大數據等先進技術，他們給大壩裝上了敏銳的“神經感知系統”和發達的“智能大腦”，由此實現了對壩料開采、運輸、攤鋪、碾壓等全過程實時監控。

“大壩內部埋設了1300多只大小不一、長相各異的傳感器，它們就像遍布大壩全身的‘神經末梢’，將感知到的溫度、濕度、風速等信息反饋給‘智能大腦’——兩河口大壩智能監測系統平臺，從而實現對大壩運行狀態的實時監測分析。”余良松告訴記者，借助智能大壩系統，現場工作人員可以實時掌握大壩的“健康”狀況，并針對問題采取有針對性的處理措施。

其中，不得不提的就是施工中使用的新型智能無人碾壓機。

據介紹，要讓大壩抵擋住近300米高、108億立方米庫容的水壓力，碾壓緊實是最為關鍵的一個步驟。295米高的土石壩，相當于100層樓高。每填筑30厘米土石料，就需要碾壓機來回碾壓十遍，壓實到26厘米。如此算來，一共需要填筑1100多層，精度要控制在厘米級。

有著25年水電建設工作經驗、曾參與多個水電站建設的余良松告訴記者，在以往土石壩碾壓施工中，常常是通過人工翻牌計數來記錄遍數，碾壓軌跡也是靠監理工程師的眼睛來判斷。而在兩河口大壩建設中，碾壓速度、軌跡、遍數、壓實厚度等參數，均可在智能大壩系統相關界面得以顯示，遇到問題系統還可實時自動報警。

“與傳統碾壓機不同，新型智能無人碾壓機完全實現無人駕駛。”據項目有關負責人介紹，他們共改裝完成各類“會思考”的碾壓機18臺，實現了大壩碾壓機運行狀態和障礙物智能感知、作業軌跡厘米級定位、機群百米級遙控互聯，施工更加安全、質量更加穩定，施工效率提高約15%。

研發“保溫被”快速收放機，解決凍土難題

開創高原凍土區冬季土心墻大規模連續施工先例

兩河口水電站位于川西高原氣候區，晝夜溫差大，最低氣溫可達近零下20度，屬于季節凍土區。

而凍土問題，一開始幾乎讓整個工程停滯。

據介紹，為了擋水防滲，要在大壩中心區砌上保護墻——心墻。然而，每年11月中旬至次年3月上旬三四個月的時間，大壩心墻土料會出現凍結現象，成為影響大壩質量和進度的關鍵制約因素之一。

“它的學名叫高頻短時凍土，夜晚凍結，白天出太陽之后融化。”雅礱江公司兩河口建設管理局局長王金國說，經過多次凍結融化之后，土體顆粒會越變越細，孔洞越來越多，防滲性越來越差，一旦用這樣的土料筑成大壩，將面臨潰壩的風險。

為破解這一難題，產學研用多方聯合攻關，研發了冬季土料開采、運輸、摻拌、攤鋪、碾壓成套技術體系，確保“凍土不上壩、凍土不碾壓、碾后不受凍”。

“為了防止心墻受凍，我們在冬季會采用土工膜對心墻區域進行全覆蓋。”余良松告訴記者，每天晚上，現場施工人員都會給心墻蓋上重達幾十噸的“保溫被”，待白天升溫后再揭開繼續施工。

為提高工作效率，項目技術人員還先后研發出兩代“保溫被”快速收放機。“原來人工揭蓋‘保溫被’需要約4個小時，通過這一設備，可縮減到1至2個小時，從而讓冬季大溫差和高寒低溫環境下心墻全天候全倉面快速連續施工成為現實。”余良松說。

除了凍土問題外，兩河口水電站建設項目還面臨雨水多的問題。據了解，水電站所在地區每年6月至10月為豐水期，七八月份平均降水量超過700毫米，用施工人員的話說，“雨說來就來”。在這個季節，碾壓機的鋼輪由于掛泥無法將土料壓實，“有時被刮掉的土料比填筑方量還多，心墻越填越低。”

為應對突發降雨，項目建設者引入氣象雷達，在料場和壩上設置小型氣象站，結合衛星云圖，提前預測降雨信息。同時結合填筑面龜背狀施工、小倉面快速輪換施工等方式，提高施工效率。“在接到預警信息后，施工人員將心墻用平碾快速進行龜背形土層封閉，人工形成2%的坡比進行自動排水，并在反濾料區左右岸方向每隔40米設置一道排水溝進行排水。”余良松介紹。雨停后，再將表層土料鏟除，快速恢復填筑施工。

冬季保溫、雨季放水。就這樣，項目建設者們開創了高原凍土區冬季土心墻大規模連續施工的先例，最終實現“大壩提前一年到頂，全部機組投產發電時間提前半年”。

從數字看兩河口水電站

●總填筑量達到4300萬立方米，分解成1立方米的正方體，連起來可以繞地球一圈多。

●左岸邊坡最高達684米，比中國第一高樓還高約50米，施工時一共用了約1.6萬束錨索，每束錨索的重量約1噸。

●廠房長276米、寬29米，可并排停放8列8輛編組的動車。

●總庫容108億立方米，相當于770個西湖加起來的水量，可為雅礱江中下游、金沙江下游和長江干流電站產生巨大補償效益，增加平枯期年發電量約342億千瓦時，超過去年四川全社會用電量的1/10。

●電站年發電量加上補償效益增加的發電量，相當于每年減少原煤消耗1330萬噸，減少二氧化碳排放2130萬噸，相當于少建4座年產400萬噸的大型煤礦。

記者 王珍