“要将40%以上的长江水资源调动起来，使其源源不断地输出清洁电力，金沙江畔迫切需要一颗强大的‘心脏’。而组建这颗‘心脏’的关键，就是研制可靠、稳定、高效的水轮发电机组。”张天鹏说，建造这100万千瓦发电机是场鏖战，不过他庆幸自己能参与其中。
为发热的水轮发电机降温
百万千瓦，不仅意味着大容量、大尺寸，也意味着发电机会产生更多的热量。
张天鹏表示，白鹤滩水电站的空气冷却式机组，如果无法将过剩的热量快速排出，就会影响机组安全稳定高效运行。因此，研制团队面临的最大难题，便是如何给发电机组降温。
或许有人说，降温有什么难的，增加风量不就可以了?难就难在，冷却风量在很大程度上，与发电机效率呈反比，风量过大就会影响发电效率。要想解决发电机的散热问题，还得从冷却技术入手。张天鹏和团队经过分析论证后发现，即使不惜成本对传统的定转子冷却结构进行改造，也很难达到要求。
随后，张天鹏和团队决定改变思路，在热源本体——磁极铜排直接冷却上“做文章”。2013年起，他们经过若干轮次的仿真计算、试验验证等，成功研发出磁极绕组空内冷技术，并将其成功应用在白鹤滩项目上。
张天鹏介绍，团队在磁极铜排上开设内通风孔，并新增内部冷却区，在大幅增加磁极绕组的散热面积、缩短传热路径的同时，提高了冷却空气的利用率，大幅降低了发电机冷却需求风量。
带队研发新型转子支架
发电机转子是发电机的转动部分，也是发电机最核心的部件，主要由转子支架、磁轭和磁极等部分组成，而转子支架是连接主轴和磁轭的重要部件。
从2014年开始，张天鹏带领团队提交了上百个设计方案、计算了海量的数据……最终在2017年3月，他和团队成功研制出了“平衡受力”的新型转子支架，经过对新型转子支架多轮计算优化设计后，最终确定了结构静强度等指标最优的转子支架方案，顺带斩获了相关国家发明专利。
“与当前70到80万千瓦等级巨型水电机组采用的转子支架相比，新型转子支架在性能上全面优于传统结构，各种工况应力水平降低了10%以上，具有更低的自身通风损耗特性，还大幅降低负压抽吸作用、机组油雾污染防治难度。”张天鹏说。
就当团队上下以为可以松一口气了，又一道难题迎面“走”来。针对白鹤滩发电机设计方案的分析报告给了张天鹏团队一个警告：如果转子圆度控制不好，机组可能会出现低频振动这一“天生缺陷”，会极大降低发电机机组的运行质量。而转子圆度控制的关键，就是磁轭冲片叠装。
据介绍，白鹤滩发电机磁轭高3.6米、直径超过15米，由16000余张60公斤重的磁轭冲片分900层逐层叠装而成，冲片的厚度公差在0.16毫米以内。
“不要小看这个尺寸，即使是0.01毫米的偏差，若控制不当，放大900倍后也是非常严重的偏差。”张天鹏说，项目指标要求需将磁轭圆柱偏差控制在1毫米内，偏心值不大于0.2毫米，远优于精品标准要求。
为了保证达到规定值，东方电机现场服务团队通过动态监测、反复计算等一系列手段保证磁轭叠装全程受控，力求将偏差控制在最小范围。在监测结果出来前，张天鹏内心十分忐忑。最终，一组喜人的数据被公布出来：磁轭圆柱度偏差为0.36毫米、偏心值0.02毫米。张天鹏悬着的心，终于可以放下。
“从2006年开始，我们团队就开始了白鹤滩百万千瓦电机机组的研究工作，在机组总体设计、水力、电磁、冷却、绝缘等9个技术领域进行了专项科研攻关，形成了一系列具有自主知识产权的核心技术。可以说，水电装备的核心技术已牢牢掌握在我们自己手中。”张天鹏说。
