“当前1号机组、2号机组,水泵工况扬程已超过760米,机组顶盖振动、轴承摆度值等各项指标均符合标准且非常优秀!”日前,在浙江天台抽水蓄能电站试运行指挥部内,哈电天台项目工地总代表李全胜的声音带着难以抑制的激动与喜悦,打破了现场的沉静。话音刚落,瞬间爆发出雷鸣般的掌声。这一刻的荣光,背后是哈电人破解超高水头技术密码的无数坚守与攻坚。
并网发电现场
从敦化国内首个自主研发的超过700米水头、350兆瓦抽水蓄能电站机组,到阳江国内首个700米级水头、400兆瓦超大容量机组,再到如今天台创造的“额定水头724米世界最高、单机容量425兆瓦国内最大、最高扬程776米国内最高”,一项项技术突破,一个个世界纪录,背后是哈电电机对技术创新的执着追求。如今,哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司已参与66座电站、255台套抽水蓄能机组的研制,总容量达77418兆瓦,国内市场占有率稳居第一。哈电电机在抽水蓄能赛道上的攀登,步步坚实、声声有力。而天台机组的完美亮相,既是哈电电机攻克超高水头核心技术的里程碑,更是中国高端装备制造自立自强、彰显硬核实力的最佳注脚。
水力设计攻坚:年轻团队勇闯技术险滩
“超高扬程下,能否保证水泵稳定性,是机组研制上的一道难关,行业上疑虑重重。别人说难,我们偏要试试。我们要超越的是自己。”回忆起项目启动之初的情景,天台水力设计团队负责人、“80后”总专业师王焕茂的眼神依旧坚定。
当时,超高扬程水泵水轮机的研发是行业公认的难题:扬程一拉高,机组运行就容易“闹脾气”;想稳住工况,又得在效率和其他性能上不受影响。而天台水泵水轮机最高扬程达776米,相当于要把水流送到259层楼的高度,其设计难度前所未有。王焕茂用一个形象的比喻向记者解释:“当机组在水泵工况下全力运转时,水泵水轮机内流速大约在450公里/时,流量约为66立方米/秒,这就相当于要把一辆辆现代重型坦克,以超越高铁的速度连续不断地送到259层楼的高度,在工况变化时又以同样的速度飞驰下来冲向水轮机。”
技术探讨
更具挑战的是,承担这项艰巨任务的研发团队以“80后”为主,当时平均年龄不到35岁。“这么重要的项目,交给一群年轻人,能行吗?”外界的质疑声不绝于耳。
“哈电有深厚的技术底蕴和传承,今天我们又培植了很好的创新文化和创新机制。”哈电电机党委书记、董事长王贵的一席话为团队注入了强心针,“这个世界水平技术高度的新丰碑,就交给这群作风扎实又极富有创新精神和勇气的年轻团队,公司做好坚强的支撑,要相信他们一定能战胜这个新挑战、攀登上新的技术高峰。”
有了公司的信任与支持,这支年轻团队放开了手脚。阳江项目中“长+短”叶片转轮的成功案例,让部分团队成员觉得可以在此基础上稍加改动。但王焕茂却提出了不同看法:“天台的最高扬程要比阳江高10%以上,阳江的‘长+短’在天台未必适用。就像一块大石头,10个人抬刚刚好,如果石头变重了还是10个人抬就会吃力,甚至可能出现双腿抖动打颤的情况,我们再加两个‘人’是不是会更好?”
经过团队细致分析讨论,大家统一了思路:在阳江“长+短”叶片转轮基础上,开发新型“长+短”叶片转轮,匹配最优导叶数量。这一创新方案的水力优化工作,落到了“80后”水泵水轮机水力设计负责人张韬肩上。
张韬回忆说,团队反复进行CFD数值模拟与水力模型迭代,每一次调整都要经过精密计算,每一个数据都要反复验证。终于,新型“长+短”叶片转轮最终方案应运而生。这种设计既能优化水流在转轮内的流动轨迹,抑制压力脉动,又能提升能量转换效率,从根本上破解超高扬程工况的稳定性难题。
技术探讨
为验证方案可靠性,业主组织了一场全球多家行业龙头企业的同台竞技,将按比例缩小的水泵水轮机模型送至第三方中立试验台,进行为期10天的“擂台赛”,目标直指超高扬程下的运行稳定性、效率与过渡过程品质三大核心指标。经过试验,哈电模型的稳定性指标遥遥领先,水力模型效率优异,过渡过程品质完全满足要求,综合性能表现完全胜出。
很快,天台4台机组全部交由哈电电机研制的消息传了回来。当记者闻讯赶来,准备报道这一重要突破时,王焕茂却微笑着摆了摆手,平静而幽默地说:“让子弹再飞一会儿。”直到2026年1月,天台1号机和2号机水泵扬程接近最高扬程,机组顶盖振动、轴承摆度等稳定性指标远超预期,真正实现了稳定性、效率与过渡过程品质的三者兼得,他悬着的心才彻底放下。业主方给出的“堪称完美”四字评价,是对这支年轻团队最好的嘉奖。
转子技术突破:给“超级充电宝”装上顶级“空调”
抽水蓄能电站被称为电网的“巨型充电宝”,而天台抽蓄电站总装机容量1700兆瓦,足以支撑160万人的用电需求,是当之无愧的“超级充电宝”。但这个“超级充电宝”却面临着前所未有的散热与承载挑战。
“就像普通充电宝充放电会发热一样,机组功率越大,发热量就越高。”天台项目发电电动机冷却技术负责人秦光宇解释道,天台发电机转子直径5米多、重量接近600吨,这样一个巨型“陀螺”以500转/分的高速旋转,只有12个磁极却要输出425兆瓦的功率,其发热量要靠转子本身旋转产生的风来冷却,传统的“外表面冷却”技术完全无法满足需求。
技术交流
采访中记者了解到,早在阳江400兆瓦项目中,哈电电机就首创了“双面冷却”技术,在转子内部构建了精密的“通风高速公路系统”。针对天台机组的更高要求,秦光宇团队在此基础上进一步优化,设计了更精准、更协同的冷却结构。“我们就像给转子量身定制了一套顶级‘空调’。”秦光宇说,团队通过无数次仿真试验,调整通风路径与冷却结构,最终,优化后的冷却技术让转子线圈整体温度直降10℃,确保机组在高负载下持续安全稳定运行。
散热问题解决后,更严峻的考验接踵而至。这台近600吨的高速“陀螺”,极端工况运行时最大线速度高达700多公里/时,是国内高铁最高运营速度的两倍,每个磁极都承受着超过两万吨的超高离心力拉扯。加之频繁启停、工况转换带来的持续“急刹”与“急加速”冲击,对转子结构强度、抗疲劳及长期稳定性提出了近乎极限的要求。
“强度、疲劳、通风、绝缘,这几个关键点必须同步突破,一个都不能成为短板。”天台项目发电机结构主任设计师陈爽深知过度强化结构可能阻碍通风,专注冷却又可能牺牲强度与寿命。
为攻克这一难题,陈爽牵头组建了跨专业融合团队,将攻关焦点锁定在关键部件结构创新和优化上。“我们经历了千百次设计、仿真与迭代,每一次失败都是一次积累。”陈爽回忆,团队成员经常在生产现场展开激烈讨论,有时为了一个结构细节,会查阅大量资料、反复论证。最终,团队形成了一套全新的“新型磁轭结构”综合解决方案,并首次将“H”级绝缘技术应用于抽蓄机组磁极,为高速旋转下的绝缘可靠性上了“双保险”。
材料工艺革新:“指甲盖”上承载两个成年人的重量
“当天台机组的水泵水轮机全速运转时,水流冲击部件表面的瞬时压力,相当于在指甲盖大小的面积上站立两个成年人的重量。”天台项目水轮机结构主任设计师曲扬的话,让人对机组面临的极端环境有了直观认识。
优化方案
水头越高,在容量一定的情况下机组和厂房尺寸越小,工程投资相对越省,这是世界抽蓄技术发展的明确方向。但水头每提升一步,技术难度都呈几何级数增长。以往同类工程中,大多使用600兆帕、800兆帕级钢板,技术成熟稳定,但板材较厚、机组更重、工期也较长。“采用1000兆帕的高强钢能够节省材料并减少焊接量,虽然焊接难度更高,但我相信,我们可以克服。”天台项目“80后”焊接工艺负责人甘洪丰提出大胆设想。
水电用1000兆帕级高强钢板,已触碰到中厚板可焊高强钢的天花板。甘洪丰用一个生动的比喻形容其焊接难度:“普通钢焊接像家常菜,火候温度时间控制不精准影响不大,裕度足,容错率高;1000兆帕高强钢焊接就像御膳珍馐,菜品的制作过程需要精雕细琢、工艺严格控制,窗口极小,稍有不慎焊缝就会产生危害性缺陷。”
为攻克这一难题,甘洪丰带领团队从最基础的材料特性研究入手,反复试验不同的焊接参数、焊接材料和焊接方法。为解决焊接裂纹敏感性、强韧性与强塑性匹配等技术难题,他们查阅了国内外大量文献,还多次邀请行业专家进行指导。经过无数次尝试,团队终于开发出面向严苛环境的超高强钢直流脉冲焊接技术。“当第一块1000兆帕高强钢焊接试样通过检测时,大家都激动地拥抱在一起。”甘洪丰说,那一刻,所有的辛苦都烟消云散。
最终,哈电电机在天台抽水蓄能电站工程成功实现1000兆帕级高强钢引水钢岔管首台套示范应用,开创了国内同行业“人无我有,先行先试”的领先局面,相关技术达到国际领先水平。当首节钢岔管研制成功并通过验收时,业主代表现场竖起大拇指:“哈电敢于挑战极限,用技术创新攻克了看似不可能完成的任务。”
“这些年来,我们坚持把技术创新作为立企之本、强企之要,从跟跑、并跑到领跑,我们不断突破极限、刷新纪录,赢得了市场的信任与尊重。”王贵表示,未来,哈电电机将继续深耕抽水蓄能领域,持续推动关键核心技术自主攻关,努力打造更多国之重器,为国家构建新型电力系统、落实“双碳”目标提供更可靠、更先进的装备支撑。
记者手记
当776米扬程的奇迹落地,我读懂了“自主创新”四个字的重量。一群平均年龄不足35岁的哈电人,用坚守破解了世界级技术难题。每一组精准数据的背后,是深夜不灭的灯光;每一次突破的背后,是不服输的创新韧劲。
这座电站的每一处细节,都镌刻着哈电人的匠心与坚守,更见证着中国抽水蓄能技术,从跟跑、并跑到实现领跑的历史性跨越。这份源自自主研发的底气与力量,让我深刻坚信:匠心筑梦、攻坚破难,正是国之重器拔节崛起的坚实根基。