实施新一轮设备更新与消费品以旧换新,是我国激发消费活力、推动产业升级、迈向经济高质量发展的关键举措。那么,工业领域这些大块头的装备、设备到底要怎么更新?在实施过程中,又会遇到哪些问题?
葛洲坝水电站是世界上最大的径流式水电站,已经投入运行四十多年。
以往,闸门的启闭,全靠人工操作大型门机完成。
为加快数字化转型,葛洲坝水电站开启了智能门机的研制工作。
那么,门机的智慧化升级过程中有哪些技术难点?
将百吨闸门的自动控制精度达到毫厘之间,是如何实现的?
记者在葛洲坝二江电站机组进水口坝面看到,智能化改造的门机正在工作着,以往繁琐的人工操作,眼下升级为全自动的智能模式。
门机,又称门式起重机,它是关乎防洪度汛、能源保供以及电站安全运行的关键设备。它高约30米,两侧跨度达到15米。门机下方,用钢丝绳吊着一根抓梁,它就好比门机的一双手,之前驾驶员就是通过操控这台门机,在10米高空的驾驶室内完成闸门抓起和落下。
动作看起来简单,但要在全长近千米的坝面,精确找到对应的机组,并完成百吨闸门的起吊工作,驾驶员需要与3名地面辅助人员之间密切配合。
三峡集团长江电力葛洲坝电厂生产管理部工程师 张海龙:
司机是在10米以上的高空当中,她对于闸门和门槽的位置是看不到的,所以她依赖于下面的指挥,和其他一些辅助人员来观看。
高空作业,惯性加上风力影响,控制抓梁的钢丝绳摇摆不止,给精准对位增加了难度。
在门机智能化改造的方案中,减少人工操作步骤,实现一键启闭,精准定位,是无人操控的第一步。经过反复研判和设计,研发团队通过加装200多个传感器和多套定位系统,在传统门机上融合了多种前沿科技手段。
葛洲坝智能门机研发项目团队高级工程师 高钰敏:
融合了北斗定位、激光、UWB(无线载波通信技术),还包括直线编码、标签,也包括AI识别,应该这么多方案都用上了。相当于说我还是有套算法,去计算什么时候全速,什么时候慢速,什么时候要利用惯性自动停下来,停下来刚好是那个一毫米以内。
如今,有了这套“智慧大脑”,当操作人员轻点屏幕下发指令,门机就可以实现全自动化运行。
显示屏上,门机的移动行程,抓梁起升的重量,都一目了然。
操作人员从以前坐在10米高空手动操作,转变为在地面跟随设备移动观察。
三峡集团长江电力葛洲坝电厂机械水工维修部工程师 舒雨菡:
从传统门机驾驶员,变成了执行过程中的监督者,这样可以让我从繁重的门机操作中解脱出来,结合我自己的专业能力将更多的工作重心放在创新研发上,用我们年轻人的力量来助力大国重器实现更多智慧转型。
三峡集团长江电力葛洲坝电厂副厂长 杨进:
实现了远程操控功能,直接将操作人员赶往现场的时间降低为0,而且操作人员的数量从4人减到了1人,综合效率提升了500%。还依托物联网、大数据、人工智能等前沿科技,开展了数据的实时采集、分析监测,实现了门机全生命周期状态监测,构建了水电站金属结构设备智能互联系统。
解决了精准对位,只是完成了第一步,水电站门机的一个显著特点就是很大一部分操作需要在水下完成。
在本次改造中,研发团队给水下信号传输,上了三重保障,让门机抓梁水下作业更可靠。
穿销,这一看似简单的动作,却是确保闸门在提落过程中稳固不落的关键。它要求抓梁两侧的插销精准无误地插入闸门吊耳的孔内,以顺利完成提门、落门的动作。
随着科技的进步,引入了信号传输与辅助监控技术,极大地提升了水下穿销成功率,但信号传输的稳定性、画面显示的清晰度,都给水下作业的精准度带来影响。
智能改造的过程中,为了确保水下作业的准确性和稳定性,研发人员给水下信号传输上的第一道保险,就是提高设备等级,通过模拟深水环境,确保设备的抗压性和敏锐度。
葛洲坝智能门机研发项目团队高级工程师 刘艳:
防水实验压力可以达到两兆帕,基本上相当于在水下200米的深度,那么能够在接受200米的深度工作,它在10米的深度工作是绝对没有问题的。
为进一步增强稳定性,水下设备不仅穿上了厚厚的不锈钢外衣,还另外加了一层保护罩。
此外,研发人员还通过数字化传感设备,给水下信号的稳定传输多加了两重保障。
工作人员告诉记者,在闸门启闭时,鱼类随着巨大水流进入闸道时有发生。葛洲坝下游区域,是长江江段目前唯一的中华鲟自然产卵区。智能设备的上线,对水生生物的保护,也多了一重保障。
业内专家认为,对于已建成的大坝来讲,实现智能改造是提质增效、推动持续安全运行的有效探索。
中国工程院院士、中国大坝协会副理事长 钮新强:
已建大坝随着使用年限增加,它的安全性肯定是呈下降趋势。它比原来的传统的机制,或者传统的技术,要更安全,更可靠,更高效。
中国电建集团华东勘测设计研究院 高林钢:
葛洲坝电站是一个比较早的电站,进行不断改造,实现了像无人驾驶、自动化这些功能,对于我国未来水电工程的发展还是具有一个里程碑意义的。
为支持老水电站的设备更新改造,我国多部门协同发力,出台了一系列扶持政策,旨在降低企业改造成本,激发市场活力,推动水电行业向绿色、高效、智能化方向转型升级。
在云南,多座老旧水电站通过引入先进的水轮机、发电机等关键设备,以及智能化、自动化技术,不仅实现了发电效率的提升,更在运维水平上有了全面提高。