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6月底，黑龍江省第一座大型抽水蓄能電站——荒溝抽水蓄能電站全面投產(chǎn)發(fā)電?；臏铣樗钅茈娬疚挥谀档そＡ质腥篮幼渔?zhèn)，是目前國內(nèi)緯度最高的在運(yùn)抽水蓄能電站。
荒溝抽水蓄能電站所在地屬于典型的嚴(yán)寒地區(qū)，歷史最低氣溫達(dá)零下45.2攝氏度，最大凍土深度1.91米，最大冰厚1.65米，室外工程年有效施工期不足6個(gè)月?；臏铣樗钅茈娬窘ㄔO(shè)者采取一系列創(chuàng)新舉措，應(yīng)對嚴(yán)寒氣候挑戰(zhàn)，保證了電站的建設(shè)質(zhì)量和安全穩(wěn)定運(yùn)行。
在荒溝抽水蓄能電站開工前，我國尚無嚴(yán)寒地區(qū)建設(shè)大型抽水蓄能電站的先例。此前，我國抽水蓄能電站中，緯度最高的是位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的呼和浩特抽水蓄能電站，緯度第二高的是位于遼寧省丹東市的蒲石河抽水蓄能電站?；臏铣樗钅茈娬疚挥诒本?5度附近，所處地區(qū)的冬季氣候條件要比這兩座電站所在地惡劣得多。
在嚴(yán)寒地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站，首先面臨的問題是年有效施工期短。在年有效施工期較長的南方，建設(shè)一座抽水蓄能電站的工期一般是6～8年，而在冬季漫長的北國邊陲，建設(shè)一座抽水蓄能電站通常需要更長的時(shí)間。
抽水蓄能電站最重要的水工建筑物是擋水壩。冬季，擋水壩前會(huì)形成一層厚厚的冰蓋，在抽水蓄能電站運(yùn)行期間，水庫內(nèi)的冰蓋還會(huì)隨著水位變動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。如何保障擋水壩在冬季既不受到低溫影響，又不被庫內(nèi)形成的冰蓋破壞，也是建設(shè)者面臨的一道難題。
為了防止水淹廠房，抽水蓄能電站地下廠房的上游和下游都需要設(shè)置事故閘門。事故閘門應(yīng)具備緊急情況下切斷水流的功能。嚴(yán)寒地區(qū)的抽水蓄能電站還要防止事故閘門井內(nèi)的水面冰凍，以免事故閘門無法下閘。
根據(jù)《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》，嚴(yán)寒地區(qū)結(jié)構(gòu)重要、受凍嚴(yán)重且難以檢修部位的混凝土應(yīng)采用F400混凝土（混凝土應(yīng)能承受凍融循環(huán)400次）。根據(jù)此規(guī)范，荒溝抽水蓄能電站的上水庫面板堆石壩死水位以上部位的面板和趾板、上水庫進(jìn)出水口水位變動(dòng)區(qū)、下水庫進(jìn)出水口水位變動(dòng)區(qū)等多處部位均應(yīng)采用F400混凝土。此前，國內(nèi)水電行業(yè)還沒有應(yīng)用F400混凝土的先例。為了配置出F400混凝土，建設(shè)團(tuán)隊(duì)多方調(diào)研國內(nèi)科研院所和混凝土外加劑生產(chǎn)廠家，委托專業(yè)公司開展專題研究，通過添加硅粉、引氣劑、高效減水劑等材料配置出F400混凝土，并應(yīng)用于荒溝抽水蓄能電站建設(shè)。
此外，在嚴(yán)寒地區(qū)，與水接觸的混凝土如果出現(xiàn)細(xì)微的裂縫，到了冬季，水會(huì)滲透到裂縫中。隨著不斷的凍融循環(huán)，混凝土?xí)饾u被破壞。抽水蓄能電站上水庫主壩面板混凝土起到擋水防滲的作用，如果有大量裂縫產(chǎn)生，會(huì)嚴(yán)重降低大壩的安全性。荒溝抽水蓄能電站建設(shè)團(tuán)隊(duì)研制出一種抗裂混凝土——在拌制混凝土?xí)r添加膨脹劑和聚丙烯纖維，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，進(jìn)一步提高面板混凝土的抗凍能力。
如果大壩混凝土面板上還有裂縫產(chǎn)生怎么辦？建設(shè)團(tuán)隊(duì)在面板表面還設(shè)置了一道抗凍防線——將手刮聚脲作為防護(hù)涂料。手刮聚脲可以隔斷混凝土與水的接觸，減緩面板混凝土凍融剝蝕破壞的發(fā)展，還可阻止水中其他有害成分侵蝕混凝土，具有防水、抗老化、抗凍融等功能。
混凝土面板堆石壩的面板不是一次澆筑而成，而是分段施工的。這就導(dǎo)致每段面板之間有一道結(jié)構(gòu)縫。常見的防滲處理方式是在結(jié)構(gòu)縫上覆蓋一條橡膠蓋板，并用膨脹螺栓固定。嚴(yán)寒地區(qū)的冬季，庫區(qū)會(huì)出現(xiàn)較厚結(jié)冰，膨脹螺栓外露部分會(huì)與冰層凍結(jié)在一起發(fā)生冰拔破壞?；臏铣樗钅茈娬緞?chuàng)新采用可壓縮涂覆型結(jié)構(gòu)型式，解決了結(jié)構(gòu)縫受冰拔破壞的問題。2021年12月20日，荒溝抽水蓄能電站首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。一個(gè)冬季的運(yùn)行證明，這種結(jié)構(gòu)型式可防止冰拔或冰凍脹擠壓引起的面板結(jié)構(gòu)縫破壞。
為了盡早完成工程建設(shè)，建設(shè)團(tuán)隊(duì)想方設(shè)法開展冬季施工。雖然室外幾乎不存在冬季施工的可能性，但抽水蓄能電站的地下廠房、輸水隧道等建筑物深埋于地下，具備施工條件?？墒嵌驹趺礉仓炷粒拷ㄔO(shè)團(tuán)隊(duì)給所有地下洞室與室外連通的洞口設(shè)置保溫門，門里側(cè)加裝35千瓦熱風(fēng)機(jī)；混凝土拌和系統(tǒng)全部封閉，室內(nèi)設(shè)置加熱設(shè)施，在拌和前用熱水沖洗混凝土拌和系統(tǒng)；根據(jù)冬季澆筑所需混凝土土方量，計(jì)算冬季粗、細(xì)骨料用量，在冬季來臨前運(yùn)至洞內(nèi)保存。建設(shè)團(tuán)隊(duì)還在拌和前對骨料進(jìn)行加熱處理，給運(yùn)輸混凝土的攪拌車全部穿上“棉衣”，保證混凝土運(yùn)輸途中保持溫度；混凝土澆筑初凝后，在混凝土表面覆蓋保溫被，必要時(shí)覆蓋電熱毯加熱。就這樣，建設(shè)團(tuán)隊(duì)將嚴(yán)寒氣候?qū)こ探ㄔO(shè)的影響降到了最小。
抽水蓄能電站在抽水或發(fā)電時(shí)，上、下水庫的水位會(huì)不斷變化。在寒冷的冬季，當(dāng)抽水蓄能電站每天都有運(yùn)行任務(wù)時(shí)，庫中央會(huì)形成一塊浮動(dòng)的冰蓋，外圍還有一圈碎冰帶。冰蓋不會(huì)對抽水蓄能電站運(yùn)行有太大影響，但如果電力系統(tǒng)長時(shí)間不需要抽水蓄能電站運(yùn)行，上、下水庫就有冰封的可能。這時(shí)，雖然抽水蓄能電站水庫里有足夠多的水，但是由于不能和大氣連通，水體無法流動(dòng)，強(qiáng)制運(yùn)行會(huì)給水工建筑物和機(jī)組設(shè)備設(shè)施帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。
建設(shè)團(tuán)隊(duì)開展了抽水蓄能電站冬季運(yùn)行方式專題研究。研究表明，調(diào)度運(yùn)行是保障抽水蓄能電站冬季安全運(yùn)行的關(guān)鍵，在寒冷的冬季，每天至少有1臺機(jī)組發(fā)電或抽水運(yùn)行8個(gè)小時(shí)以上，就可避免水庫形成完整冰蓋；當(dāng)電網(wǎng)調(diào)度無法滿足上述條件時(shí)，則要采取防冰破冰措施。
目前，抽水蓄能電站水庫和閘門井防冰破冰的措施主要有三種：人工破冰法、高壓氣體充氣法、水泵沖水破冰法。
人工破冰法成本較低，但人員作業(yè)時(shí)間長，且危險(xiǎn)性較高，易發(fā)生安全事故。高壓氣體充氣法是在深水處利用空壓機(jī)噴出的壓縮空氣，噴出一股強(qiáng)烈的上升溫水流，能融化冰層且防止新冰層形成?；臏铣樗钅茈娬静捎玫氖撬脹_水破冰法，即利用潛水泵將深層水抽上來，再通過射流管上的射流孔將水射出，形成連續(xù)不斷的水流，達(dá)到防止局部水面結(jié)冰的目的。
漂浮冰塊進(jìn)入流道是抽水蓄能電站冬季運(yùn)行的另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，可能損傷水輪機(jī)等機(jī)械設(shè)備?；臏铣樗钅茈娬窘ㄔO(shè)之初便開展模型試驗(yàn)，計(jì)算出漂浮冰塊進(jìn)入流道的臨界流速為1.05米/秒。為了降低流速，荒溝抽水蓄能電站把進(jìn)出水口斷面設(shè)計(jì)得足夠大，并在進(jìn)出水口不同高程設(shè)置流速、溫度監(jiān)測斷面。電站工作人員經(jīng)過一個(gè)冬季的監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)漂浮冰塊進(jìn)入流道的情況。
荒溝抽水蓄能電站工程準(zhǔn)備期始自2016年1月，2021年12月20日首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2022年6月29日最后一臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，工程總工期6年半。與全國同類型抽水蓄能電站工程相比，荒溝抽水蓄能電站建設(shè)工期未因處于嚴(yán)寒地區(qū)而滯后。在經(jīng)歷了一個(gè)寒冷冬季的考驗(yàn)后，荒溝抽水蓄能電站各水工建筑物和設(shè)備設(shè)施均運(yùn)行正常，特別是上水庫混凝土面板堆石壩壩后滲漏量最大值僅為4.23升/秒，滲漏指標(biāo)在全國同等規(guī)模土石壩中處于領(lǐng)先水平。機(jī)組隨調(diào)隨啟、快速響應(yīng)、運(yùn)行穩(wěn)定，承擔(dān)了東北電網(wǎng)迎峰度夏、迎峰度冬和重要節(jié)日保電任務(wù)，保障了東北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
轉(zhuǎn)自 北極星電力網(wǎng)
