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“冷却”三峡，守护大国重器

“一把老虎钳、一把锯子、几把螺丝刀，我们的蒸发冷却实验室就是这样干起来的。”

2011年12月15日15时，三峡电站28号机组顺利完成72小时试运行。那天，75岁的中国工程院院士、中国科学院电工研究所（以下简称电工所）研究员顾国彪再次俯瞰三峡两岸，50多年潜藏的情绪如奔腾的江水，倾泻而下。

不同于采用空冷、水冷技术的国外传统大型发电机组，28号机组是我国首台、世界单机容量最大的大型蒸发冷却机组，采用自主创新的“定子绕组常温自循环蒸发冷却”技术，标志着我国大型水电装备研发走向国际领先。次年，蒸发冷却机组27号也正式投产发电。

10余年来，三峡电站27号、28号两台70万千瓦大型发电机的运行安如磐石，蒸发冷却技术大幅提高了电机的安全可靠性和维护便捷性，打破了国外厂商在大型水电装备领域的技术垄断，并整体拉低了其投标价格。

最早开始钻研蒸发冷却技术时，顾国彪只有22岁，刚加入成立不久的电工所。“不做与国外重复的事情，要做一两件超越国外的事。”这个一度被视为“很荒唐”的想法，成了他和团队一辈子的信念。数十年来，他们一直在思考如何将蒸发冷却技术应用到更广阔的领域，不仅要满足国家重大需求，还要在国民经济主战场发挥作用。

“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖。”这是毛泽东主席1956年在武汉畅游长江时写下的宏伟诗篇。

“高峡出平湖”的美好愿望，带来了对三峡工程的热议。1958年，中共中央下发关于三峡工程的第一个重要文件——《中共中央关于三峡水利枢纽和长江流域规划的意见》，提出“从国家长远的经济发展和技术条件两个方面考虑，三峡水利枢纽是需要修建而且可能修建的”。

中国工程院院士饶芳权回忆，当年论证三峡工程的可行性时，中国只做过6万千瓦的水轮发电机组，但三峡这样量级的水利工程项目的机组至少需要50万千瓦，而当时世界最大的苏联古比雪夫水电站的单机容量也只有11.5万千瓦。

为了突破大型水利工程电力设备领域关键技术，电工所应运而生。一次攻克大容量电机冷却世界性难题的长征，就此开始。

“一把老虎钳、一把锯子、几把螺丝刀，我们的蒸发冷却实验室就是这样干起来的。”刚刚从清华大学电机系毕业的顾国彪，就是在这个关键时刻加入的电工所。

当时，国际大型水轮发电机主要采用空冷和定子绕组水内冷技术。电工所的科研人员曾参与水内冷技术的研究，逐渐认识到水内冷技术的优势和缺点，这种技术最大的问题就是电气安全问题。由于这类发电机的额定电压一般高达2万伏左右，一旦电机内部的水泄漏，会严重破坏绝缘性，造成重大安全生产事故，后果不堪设想。而随着发电机容量的不断增大，绝缘体增厚，发热量也不断提高，空冷这一外部冷却方式越来越满足不了需求。

中国工程院院士饶芳权回忆，当年论证三峡工程的可行性时，中国只做过6万千瓦的水轮发电机组，但三峡这样量级的水利工程项目的机组至少需要50万千瓦，而当时世界最大的苏联古比雪夫水电站的单机容量也只有11.5万千瓦。

怎么才能既保证工程安全可靠，又进一步提高冷却效率？顾国彪将研究方向瞄准了当时发展前景尚不明朗的蒸发冷却技术。

不同于空冷和水内冷的原理，蒸发冷却是基于相变换热原理的新型冷却技术，通过绝缘性能良好的介质汽化潜热带走热量。为了验证这种想法，他们还买来一台冰箱，不分昼夜地研究其中的冷冻机。

就这样，他们很快研制出一台15千瓦的压缩制冷电机，证明了压缩制冷在电机上应用的可行性。在后面的试验中，他们渐渐发现，基于冰箱原理的压缩制冷技术很难应用于大型电机，因为外部的压缩制冷系统消耗功率较大，发电机外部必须包上很厚的隔热层，这不仅会增加后期的维护成本，也会影响冷却系统的可靠性。

在进行技术经济论证分析后，顾国彪另辟蹊径，钻研起热力学中的热功转换问题，并提出利用两相流的自循环原理，即利用液体和气体的混合产生比重差从而产生自循环的原理，将制冷压缩机改为液体循环泵或者索性取消，研制常温下的无泵自循环系统。而这个只有23岁的年轻人的想法，让不少人觉得有些“荒唐”。

所有质疑都无法干扰顾国彪。他们仅用了3个月的时间，在1959年底制作出一个立式可观察绕组模型，利用“垂直高度”将热量转化为“功”，从而产生自循环动力，替代了循环泵，形成了无须外界动力的“常温自循环蒸发冷却”系统，实现了蒸发冷却技术最基础和最关键的一步——原理性创新。

随后，中国科学院主持召开蒸发冷却电机工业推广会议，落实了蒸发冷却实验电机的任务，正式定名“601任务”。

随着电工所等单位联合研制的650千瓦水轮发电机在北京玉渊潭电站试验成功，他们向着“三峡发电”的目标又迈进了一步。

“做工程技术，要有敢想的精神，不要外国人讲什么就信什么，满足于国外的好东西。要敢于质疑，相信我们能做得更好。”这种深入骨髓的自信，让顾国彪勇往直前，带领团队不断挑战这件看似“不可能实现的事”。