改革开放三十年水力发电工程技术进步

更新时间:2019-07-08 来源:工程论文 点击:

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   (1)完成了我国水力发电资源的核查和资源t新评估我国水力发电资源总量的新核查和新评估,是从2000年至2003年期间,全国组织1000余工程技术人员,对我国大陆境内河流装机10MV及以上的河流3886条上进行核查工作,研究核查结果大陆水力发电资源理论蕴藏量6.944亿kw,技术可开发为5.416亿kw,经济可开发为4.0179亿kw。台湾省水力发电资源理论蕴藏量为1165.2亿万kw,技术可开发量为504.8万kw,经济可开发量为383.5kw。
  本次复查较前次增加了867条河流的资料,其理论蕴藏量增加了6.7%,技术可开发量增46.4%,成果可信度高,可供我国能源发展长期规划之用。我国沿海海岸曲折漫长,北起鸭绿江口南至北仑河口全长18000多公里,如果把沿海5000多岛屿的海岸线计算在内,则海岸线总长32000多公里,蕴藏着丰富的潮及能,1978年开始进行第二次普查工作,着重于可开发装机容量500kw以上的站点,进行研究和评估,截止到1983年前后对我国沿海156个海湾和33个河口,选出了可装SO0kW及以上的潮海站站址共191座,年发电619亿kw,相应可开发装机容量2158万kw。
  我国地域辽阔,山川众多,地形起伏大,不仅常规水能资源丰富,而且抽水富能发电资源也相当多,据全国23个省市区初步研究和普查结束,已查明的优良抽水蓄能电站站址250余处,总装机量可达3.Ikw,其中都是工程技术经济指标优越,开发价值高,能满足我国能源发展和优化结构及电网运行的需要。《2)商混凝土石板堆石坝(CFRO)混凝土石板堆石坝(CFRO)是一种年轻而富有竞争力的坝型,该坝型,对筑坝坝址地形、地质、恶劣自然条件和筑坝材料的适应性大,同时还具有投资省、工期短、运行安全等优点。1980年我国开始学习国外先进技术和经验,同进重视自主开发,并将此项新技术列入国家科技攻关项目和国家自然科学基金项目进行研究。现在,我国已具备强地震区、深复盖层、深风化层、岩溶地区、窄谷峡谷高边坡,河道拐弯不对称地形及严寒地区建CFRO坝的技术;在坝体材料的采用上,突破了不少规范,在软岩坝料的采用上也有不少突破。截止2007年底,我国已建成高于30米及以上有160座,高于200米及以上有40余座。
  已建成的天生桥一级CFRO坝高178米,面板总面积17.27万平方米,坝体体积1780万立方米。不久前建成的水布堰CFRO坝高233米,属世界最高的C厂RO。主要技术进步体现在如下几方面:理论创新、技术创新和高难度的科学试验方面:
  坝体粗料大尺度效应,应力应变,土工离心机模拟、抗震防震技术、坝体与坝基动力研究,揭示了超高ELECTRICPO、份七RTECHNOLOGY一一一一一叮改革开放三十年水力发电工程技术进步技术综述…画坝体变形规律和破坏机理;CFRO石板接缝上水结构上,提出了超高CFRO设计参数及控制指标准则;坝体筑坝材料提出了坝体填筑分区,程序标准及制定了超高C「RO坝设计和施工规范,这些研究成果都是特高CFRO建设所急需的可工程化理论技术。
  恶劣自然条件下修建超高CFRO方面:已能在高寒山区和高纬度严寒地区(最低温度一44℃,年温差70℃);高地震裂度区、深度复盖层、窄深峡谷和不规则地形地质条件下建设超高CFRO工程;成功研发了面板与趾墙、周边缝止水新结构,以满足工程需要。防止面板结构性裂缝技术方面:在CFRO设计和建设中,提出了大坝主堆石体与下游堆的科学分区;面板混凝土的改性工艺、面板混凝土掺加粉煤灰、掺加复合外加剂,采用补偿缩混凝土、纤维混凝土及高性能混凝土等技术,实现混凝土面板的防裂问题。
  CFRO坝施工工艺方面:实现了软岩筑坝、无轨滑模、围坡防护和挤压边墙等施工新技术,施工新工艺,确保了CFRO坝又好又快施工和建设。改革开放以来,我国CFRO的建设历程表明,在工程的数量、规模和高度上都居世界前列,技术上也日趋成熟,它的合理性、经济性和工程的适应性及创新成果,已得到国内外、业内外的同行的认可和共识,CFRO在水电工程上,不失为一种优选的坝型。超高碾压混凝土筑坝技术(RCC)碾压混凝土筑坝技术《RCC)是采用类似土石坝填筑,施工技术和工艺,将干硬性混凝土振动压实的一种新施工技术。此技术的其机械化程度、工期短、投资省等优点,倍受世界坝工界青睐。
  1979年我国开始对日CC筑坝技术进行探索研究,1986年在福建坑口建成当时世界第一座高RCC(高75米)重力坝,取得了令人瞩目的技术成就,接着在上世纪90年代结合岩滩百米级日CC技术的开发和技术推广工作,提供一些工程项目作为RCC科学试验实践工程,先后把坑口、普定、沙牌及龙滩工程建设中的关键技术列入国家重点攻关项目,创新硕果累累,其中福建坑口RCC重力坝和普定RCC重力拱坝的科技成果荣获了国家科技进步一等奖。近年来,我国RCC筑坝技术全面越升,许多重大技术系统突破,1996年建成的福建溪柄溪RCC拱坝是世界上第一座薄拱坝(高63米)厚高比仅0.19;2001年建成的四川沙牌三心RCC重力拱坝(高132米)及甘肃龙首RCC双曲拱坝(高80米);三峡工程三期RCC围堰高121米,仅用4个月就浇筑了总方量110万立方米,其月日最高填筑强度分别为47.5万立方米和2.1万立方米的世界纪录;随后建成的龙滩日CC重力坝(高216.争米前期,92米),体积446万立方米,是当今世界最大最高的坝;贵州光照RCC坝(高200.5米)是我国第二座RCC高坝也是世界上第二座最高坝,他们的胜利建成标志着我国的RCC筑坝技术已跨越200米级的世界最高水平。
  从坑口到现在,我国已经建成的RCC高坝66座,在建的35座,最近要兴建的24座,已建RCC围堰工程21座。已建超过100米的16座,其中龙滩超过200余米。从统计上看,我国的RCC在坝型上,数量上及成套施工技术水平均遥居国际领先。我国现已成为RCC技术创新的大国,在坝工理论和筑坝的新技术、新工艺、新材料不断创新、不断提高,并突破在高温多雨的夏季和高海拨严寒低温冬季筑坝的禁区,形成了具有自主知识产权的不同类型、不同坝型的特色技术和国际先进的筑坝工法,最突出的有两方面,一是特色的设计理论,二是先进的施工工艺。
  特色的设计理论方面,主要体现在坝型种类、坝体结构、体型优化、防渗结构、变态混凝土及恶劣自然条件筑RCC高薄拱坝设计等成就上,在坝型及结构上,体型结构及优化,先应进应力应变参数指态的选用,坝体泄流段台阶式消能结构和变态混凝土的配置和应用都是我国RCC独有的技术,在防渗结构上也有许多创新,成功解决了沥青砂桨护面、预制混凝土模块及嵌缝、预应力补偿收缩钢筋混凝土、尸VC膜等防渗结构形式;在恶劣自然条件下兴建高RCC薄拱的设计理论和计算方法,高掺粉煤灰等胶凝材料,优选水泥,优选砂石料、RCC混凝土配比,优选最电力技术、目口技术综述电力技术第哪一一第一狱总·佳混凝土稠度值VC的控制范围,借以实现节约水泯用量而又能达到高质RCC工程目标,以上诸多都是我国自主创新的知识产权。
  先进的施工工艺,在RCC筑坝施工工艺上,能在高温、多雨、恶劣气候条件下实现大仓面高升程、全年连续浇筑。在RCC混凝土生产运输和合理全面一条龙作业工序,实现了RCC浇筑通仓薄层摊铺和碾压,突破了浇筑全面2000平方米6000平方米先进纪录和通仓连续上升3米至6米的最好成绩。在浇筑中还创造了斜坡碾压施工、高落差负压、流槽浇筑、大仓面群机浇筑低温条件下浇筑技术;坝体诱导缝的设置,半干法人工骨料的制置;在坝体防渗施工上,沥青混凝土制备,高分子防渗林料的涂刷,钢丝网喷水泥浆及粘贴防渗膜和二级配混凝土及金包银等新技术新工艺施工工法,均有我国特色浇筑技术和自主知识产权的专利技术。第一座特高RCC坝的龙滩工程,坝高220米级,地处高温、高湿、多雨地区,工程量大,工期紧迫,全年全天侯高强度施工,实现了浇筑万平米大仓面,创造了4一6小时快速浇筑复盖技术,达到工程RCC混凝土高质量的创举。目前而言,我国的RCC坝,无论在数量上,坝型上、技术上难度上和技术创新上均处国际领先水平。筑坝的低水泥用量,中胶、凝材料、掺彩煤灰技术、薄层排铺、大仓成全断面连续上升的浇筑工艺,均是我国自主知识产权、属原创新技术。有效地支撑着我国RCC向更高、更新、更快的方向发展。
  (4)特高拱坝设计理论的突破经过“七五”、“八五”和“九五”国家科技攻关计划中的水电项目的研究,基本解决了300米级的设计和施工的有关技术问题,诸如:特高拱坝的设计理论、试验和模拟分析计算方法;坝体结构和体型优化;抗震结构和设计标准,温度控制及温度应力计算方法;坝体线型优化组合;应力设计标准,温度控制标准,从理论到设计都有较大的进展和系统地自主创新。具有我国特色的拱坝设计理论和施工工艺,既为我国的高拱坝建设,又为坝工科学做出了重大贡献。这些创新的理论和设计方法指导着我国乃至世界数一数二的二滩高240米,小湾高292米和锦屏一级高305米特高拱坝建设,并把高拱坝建设技术推向到世界坝工的巅峰。
  (5)级化镁混凝土筑技术(MgO混凝土)在大坝坝工大体混凝土中,存在着水泥水化放热问题,一般情况下在混凝土的热量又不易宜散发。遇冷收缩产生温度应力,引起大坝坝体产生裂缝,严重影响工程安全,而处理起来难点很多,经研究和试验发现MgO具有延迟膨胀特性,可以对大坝混凝土进行补偿温度收缩,是一种理想的膨胀剂。氧化镁(MgO)微膨胀混凝土筑坝技术是我国首创,具有我国自主知识产权,在上世纪70年代初就开展研究,所取得的成果首先在吉林白山水电站大坝上得以实现,效果良好,30余年工程运行正常没有任何质量事故出现。1987年原能源部时期,决定采用MgO混凝土技术筑坝。此技术用于混凝土大坝建设上,现可以防止裂缝,又可以简化施工程序,加快建设速度,效益显示着,已被誉为国际筑坝技术重大创新和突破。此后,采用MgO混凝土筑坝技术建成的大坝有5一6座,不用温控的整体混凝土累计300余万立方米,在此期间(1987一1989年,正在浙江石塘水电站大坝下游混凝土护面上,对MgO了一系列现场工艺试验和MgO补偿应力的实例及理论研究。1990至1993年期间,又在广东青溪大坝、福建水口大坝的5个坝可成功采用MgO混凝土浇筑大坝,效果良好,实践证明MgO混凝土筑坝技术是一种有发展前景的技术。
  (6)高速水流与消能工改革开放以来围绕着消除水工建筑物的防冲蚀、防空化、防自激振动、雾化等问题研究创新出许多新型的消能工形式,以减少对建筑物的破坏,保障了工程的运行安全。具有我国特色消能工类型主要有如下几种:窄缝式挑坎消能工(贵州东风电站大坝,单宽流量可达60Om3/S·m);高低坎碰撞改革开放三十年水力发电工程技术进步技术综述r第Z期总第69期2008年10月消能工(吉林白山大坝挑射水流平面碰撞消能工(广东泉水大坝);表孔、中孔对撞加水垫塘联合消能工(四川二滩水电站大坝);宽尾墩联合消能工(“宽尾墩+台式坝面十消力池”;在云南大朝山大坝单宽流量193.6m乍S·m);洞内消能工(孔塞式泄洪洞运行水头达14Om)孔板式泄洪洞(河南小浪底工程);旋流式消能式泄流洞(青海公伯峡工程,消能率达85%左右)以上是我国创新的78种适用有效的消能工结构和类型,在不同工程条件下,满足了工程安全运行要求。
  (7)大型水电机组国产化改革开放后,我国水电机组国产化道路,选择了一条引进先进设备和引进核心技术并举的方针,依托国家重大工程,引进、消化吸收、再创新。30多年来,我国水电前后经历了刘家峡、龙羊峡、岩滩、广蓄、天蓄等一批单机容量30万kw级型机组投入运行后,单机容量40万kw的李家峡,单机容量55万RW的二滩,特别是30多台单机容量70万kw的三峡、小湾、龙滩机组顺利投产;正在建设中的溪洛渡、向水坝、拉西瓦、白鹤滩、乌东德等电站,单机容量从70万kw向着80万kw及至100万kw机组发展,在遵循自主创新的战略方针下,我国大型水电机组的制造能力和水平正逐步达到世界先进水平。
  经过30年多年的努力,大型混流轴流和冲击式水轮机关键技术开发和国产化进程上,已经取得了单机量大瓣定容量840MVA,推力轴承负荷达55O0tf,特轮直径10.6m三峡混流式机组;取得了最大水头1092m单机最大出力61万kW,空冷每极容量达14.57MVA转轮直径6.247m的二滩混流机组;取得了最大水头57.8m,单机容量20万kW转轮直径为sm,推力负荷4100廿,世界最大,水头最高的水口轴流机组;取得了最大水头637.2m,额定容量12万伙W,转轮直径26m,冶勒冲击式机组,采用具有我国自主知识产权蒸发冷却方式,单机容量40万伙W的刘家峡机组,采用双排机组布置电站厂房结构也在李家峡实施。
  在贯流灯泡水电机组的国产化开发方面,通过近十多年的国内外合作开发研制实现了单机容量已达水头316m,单机容量46万kw的制造水平,正在建设的广西长洲水电站装有16台4万kw,运行水头36m,转轮直径又sm的国产化机组,电站的规模居世界第一,广西桥巩电站安装8台5.7万kw,额定水头13.8m,转轮直径27.5m,单机容量位居第二。抽水蓄能机组的国产化历程。双向可逆水泵水轮组,在上世纪70年代,我国开始启步,也研制成功单机容量1.
  1万kw机组,并安装在北京密云水电站上,在运行情况不佳之后,研制工作停止,到80年代末又启动大规模的抽水蓄能电站建设,1992年河北潘家口首台单机容量9万kw抽水蓄能机组并网发电,1993年6月39日广州抽水蓄能电站首台单机30万KW机组并网发电,从此我国抽水蓄能电站又掀起了新的高潮。机组的供货问题,不能继续依靠国外,故国产化问题引起了有关部门的高度关注。机组的国产化道路同样是走“三峡大机组国产化模式”。国家决定,依托宝泉、惠州、白莲河三座电站16台30万kW可逆水泵水轮机组捆梆一起引进、合作设计和制造,专利转让来实现我国机组的国产化。为了巩固技术和创新潜力的发挥国家还以蒲石河、桓仁、深圳、呼和浩特、仙游和黑糜峰等六个抽水蓄能电站为装备国产化机组的后续依托工程,以保障大型抽水蓄能机组和主辅机设备国产化任务的顺利完成。
  (8)三峡工程所取褥了一系列皿大技术突破三峡工程既是一座巨型电站,又是一座技术工程和智慧工程。三峡工程规模巨大,涉及学科众多,技术复杂,许多内容都是世界独一无二的,技术难题也是世界顶级的。先后创造了150余项世界水电工程技术世界之最。
  ①截流和围堰技术三峡工程截流包括大江截流和导流明渠截流,其技术难度为世界截流史上所罕见。1997年11月8日的大江截流和2000年11月6日的导流明渠截流成功,标志着我国河道截流技术已跻身世界领先水平。电力技术普技术综述电力技术大江截流和混凝土防渗墙施工技术。大江截流.关健是在长江主河床上建造一座最大水深825m,土石方量1220万m“,防渗体石积9.6万m3的围堰工程。
  这一工程具有截流水深大、流t大、强度离、时间短,截流期间河道不断航及放堤基础复盖层深厚等技术难点。截流时河道最大水深60m,约有堰高在水下施工,难度极大。根据现场条件,只能采用风化砂为主要填料,水下抛填时,结构松散难以压实,工程要求必须在一个枯水期,在深水中抛填风化砂和砾石堰体中建造双排深达70m柔性混凝土防渗墙。三峡的建设者们如期完成了,其工程质t之优良,为同类大型工程土石围堰中所罕见。导流明渠截流技术。导流明渠截流是在人工浇筑的混凝土底板所形成了光滑河床上进行,抛物不易稳定,江水流大(10300ms/s),落差大(4m多),流速高7m/s截流时采用钢架,石笼和含金钢网兜底加槽技术,成功实现了截流,其综合难度高于大江截流。
  ②大坝混凝土快速施工技术。大坝大体积混凝土快速施工技术。三峡工程混凝土总方量高达2已00万m”,质t要求高,施工难度大。为了保证工期要求,混凝土浇筑采用了一套先进设备和施工新技术。在1999年至2001年,连续三年浇筑量均400万m“的上,其中2000年创年浇筑强度548万m“,月浇筑量均在55.35万m3以上,日浇筑2.2万m3的三个世界最高记录;技术上有5方面创新:以塔带机连续浇筑混凝土为主的综合施工技术;建立了一套快速施工工艺和管理体系;大坝混凝土原材料和瓦比的优化;二次风冷骨料技术及混凝土综合温控技术。在国内大型水电工程中,实现了全过程、全方位、高标准、大容t、大体积混凝土制作和浇筑综合温控技术,创造了大坝大体积混凝土快速施工的新路;三期RCC围堰浇筑技术。三峡工程三期RCC混凝土围堰为重力式坝型,堰顶长580m,堰高115m,RCC混凝土总方t为168万m3。
  在不到5个月内完成了卉体长度38Om,最大堰高90m,混凝土方tl10万m3的浇筑任务。实现最大仓面为,901Zm,,最大月强度47.6万m3,最大日强度2.1066万m3。创造了强度之高,工期之短,难度之大,质量之严,堪称世界水中工程之最。也刷新了RCC筑坝多项技术,创造RCC筑坝多项技术之最。
  ③双线五级船闸高边坡和金属结构技术三峡双线五级船闸系世界上水头最大,连续级数最多的大型船闸,开控高边坡度、衬砌结构高度均为世界最高,人字门高度和单扇门重理均居世界之最。
  双线五级船闸高边坡施工技术。五级船闸纵贯枢纽左岸山体,上下游引航道与长江主河道相连,全长6442m,主体建筑物段长16O7m,两侧均为连续高边坡,最大边坡高达170m,边坡高度连续超过120m的筑围长达460余米。针对高边坡的地质特点和重要性,采用了山体内挑水,地表水堵截排除,安装预应力锚索,锚杆喷混凝土支护等,综合措施。施工控制岩体变位不能超过Qsmm,完全满足了船闸及人字门运行要求。船闸金属结构技术,双线五级船闸共安装了金属结构和机电设备总t4万多吨,投入各类启用机1泌台套,在闸门的抗扭钢度、顶板结构形式与受力状态、支枕垫的安全传力技术等问题,第一级闸室的人字门高达37m,最大淹没水深35r们,为世界淹没最深的船闸人字门。船闸特大金属结构制作安装工程中,金属结构种类繁多,规模之大居世界之最,总安装量达巧.65万吨,年安装强度达56万吨;闸门及启闭机、大型化种类多,规格杂数t多,各类闸门田2扇,启闭机135台套,制作精度国际先进水平;发电厂压力引水钢管共邵条,每条长122.加,内径12.如,坝体内埋管和坝面背管和厂内明管三管组成,其压力水头113m,日口值17发湘ZpH值217仪来glc耐都是世界先进水平。
  ④水轮发电机组设计制造与安装技术。三峡水力发电机组台数多,容量大,水头变幅大,运行水头以61m(初期)到113m(最大额定水头80.6m出力71km)水头变幅52m,最大水头魔小水头=1.85,在电力系统中的地位极为重要,既要保障水轮机在高水头运行工况的稳定性和高效率,同倒日rELECTRICPO、犷七RTECHNOLOGY改革开放三十年水力发电工程技术进步技术综述…骊翻年109{时也要兼顾低水头运行性能,三峡机组单机容量70万kw。最大额定容量为84万kVA,机组的综合指标为世界之最。在机电安装中,针对巨型机组的技术特点,机组容量大,定子大型化,机组型设备大型化,必须在现场进行组装和制作,大尺寸机组定子叠片组装,转子不园度焊接测量,磁扼、磁板不园度现场矫修等一系列现场加工和校正工序,2003年三峡水电厂一年之内安装投运了6台70万kw,刷新了大型机组年设总装量的世界纪录。我国水电装备业,在引进、消化、吸收、再创新方针指导下,哈电、东方电机公司分别在引进核心技术,通过联合设计联合生产和自己创新的机制,加快了大型水电机组国产化进程,在短短的五年内,实现了我国机电业跨越了三十年的奇迹。

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