清遠抽水蓄能電站機電技術管理綜述

陳泓宇，汪志強，呂志鵬，季懷杰

（清遠蓄能發電有限公司，廣東清遠 511853）

1 概述

廣東清遠抽水蓄能電站（以下簡稱“清蓄”）位于廣東省清遠市清新區太平鎮境內，地處珠江三角洲西北部，直線距廣州75km。廠內安裝4臺立式單級混流式水泵水輪機—半傘式電動發電機機組，單機容量（發電工況）320MW，額定轉速為428.6r/min，額定凈水頭為470m，最大揚程504.5m，電站總裝機1280MW。

自2012年機電安裝工程開工以來，一直處于受控狀態，上、下游水道充水及500kV線路、GIS、1號高壓電纜、1號變壓器充電相繼一次成功，首臺機組52d完成全部有水調試項目，各項試驗與主要技術指標滿足規范及合同要求，處于國內平均先進水平。

2 清蓄機電工程特點

作為高水頭、高轉速可逆式機組的清蓄電站具有頗多鮮明的特點（也是難點），其中主要是：

2.1 采用廠家傳統設計

清蓄主機設備采用日本東芝設計和結構，其中多項屬于國內首次應用，均由東芝水電（杭州）設備有限公司首次制造和首次負責BOP成套設備總承包，這方面杭州東芝經驗尚淺。主機設備國產化制造和成套設備配套經驗的缺乏是擺在面前的現實的困難。

2.2 水力過渡過程復雜

清蓄是一座日調節純抽水蓄能電站，輸水系統采用一管四機形式，總長2766.799m，其中：引水系統長1753.112m（上游水道不設調壓井），尾水系統長1013.687m。對于高水頭、高轉速、運行工況轉換頻繁且單回路出線的電站，其水力過渡過程的研究顯得特別重要和突出，尤其是需要優選導水葉和進水閥的啟閉規律。

2.3 主機安裝協調量大

按照日本東芝水電的施工慣例，在完成水泵水輪主體安裝后再進行發電機混凝土澆筑及后續機電設備安裝工作，這就形成土建、機電交叉施工，相互干擾、工期纏繞等錯綜復雜的局面，協調多種不可控因素勢必成為技術管理的聚焦點。

2.4 廠家BOP設備原設計落后

原日本東芝計劃提供的部分主要附屬BOP設備技術保守、設備自動化程度差，比如：監控系統控制方案結構較為混亂、邏輯冗長復雜，配套的自動化元件保守落后；水輪機控制系統的技術理念守舊，提交的控制設備龐大繁雜。和日方專家討論更新日方的保守、落后技術理念和廢除老舊設備問題是技術管理的難點。

上述難點通過清蓄業主的卓有成效的技術管理都得到圓滿解決。

3 “五位一體”的管理思路

在清遠抽水蓄能電站機電工程建設管理過程中，確立了“五位一體”的管理理念，即設計、施工、廠家、監理、業主五方結合為有機的整體，發揮設計單位的龍頭作用，使其能夠做好設計優化和現場設計工作，提供優質高效的設計成果；發揮施工單位的主體作用，增強其積極性、主動性、創造性、使其以更大的工作熱情和主人翁態度投入工程建設，利用廠家設備制造質量控制、現場服務，保障到貨及時性和完整性的優勢，發揮監理單位的指揮作用，確保工程有序推進；發揮業主單位的主導和服務作用，按照“服務、協調、督促、管理”職能方針，為設計、廠家、監理、施工單位創造良好的工作環境和施工條件，統籌主導工程建設。

（1）設計單位的龍頭作用

優秀的設計產品是工程優質高效建設的前提和基礎。設計單位從預可行性研究、可行性研究、項目立項、工程招投標到施工設計等階段，經過長期的研究和深入細致的工作，積累了非常寶貴的經驗。清蓄公司充分重視設計的龍頭作用，并利用公司專家系統的支持向設計單位提出優化設計的意見，采取有效的激勵措施，充分調動設計單位的主觀能動性，從而挖掘最大的投資效益——設計的優化效益，并將優化設計和科研成果的應用貫穿于整個招投標和施工過程中，為縮短工期、節約投資做出了重要的貢獻。

（2）施工單位的主體作用

施工單位是實現工程建設目標的主要實施者，是工程建設的主力軍。工程建設中清蓄公司強調要充分認識到施工單位的主體地位，要創造和提供一切有利于施工的條件，幫助施工單位解決具體困難，以充分發揮他們的積極性、主動性和創造性，確保工程施工按計劃推進。

（3）廠家單位的品控作用

廠家單位的品控是指設備制造質量控制、現場服務，保障到貨及時性和完整性。廠家主導設備的設計，制造，指導安裝、調試，確保設備達到合同要求。業主和廠家密切溝通，使設備的制造產出計劃和工地現場安裝進度協調一致。現場問題及時反饋，由廠家的專家給出處理意見。廠家，尤其是主機供應商的資源投入程度，對安裝工程進度有決定性的影響。廠家同時是產品質量的直接實現方，合乎甚至高于標準和合同要求的產品，對電廠建設的順利進行和中長期的穩定運行都有重大意義。現場技術支持的專業程度和反饋的及時性對項目進度有促進作用。

（4）監理單位的監督作用

監理單位是工程的現場管控單位，是設計要求和業主思路的貫徹者及指揮者。為避免造成施工現場多重指揮的混亂局面，清蓄公司強調現場施工需由監理單位在授權范圍內具體指揮實施和完成，同時監理單位按照公平、公正的原則，維護各方的合法權益，促進工程建設順利進行。

（5）業主單位的主導和服務作用

作為業主單位第一要務是優質、高效推進工程建設，業主充分發揮自身的主導作用，一方面要制訂合適的工程建設目標和提出管控要求，另一方面要確保這些建設目標和管控要求能夠通過合同關系讓工程參建單位來實現。因此，清蓄公司強調在充分發揮業主單位的主導核心作用的同時，對自己職責的定位還應該是“服務、協調、督促、管理”。

4 落實資產全生命周期管理理念，掌控工程進展各個環節

（1）清蓄公司緊抓設計龍頭

1）清蓄電站在機組參數選擇時認為300MW機組的參數水平偏低，經過深入探討將單機容量提高到320MW，提高了水泵水輪機比轉速、效率和K值系數，使得機組參數更加合理，同時還降低了單位千瓦造價。

2）開發、應用三維設計技術，使得廠房整體布置由平面進化為立體，在設計階段就能解決管路、橋架間交叉矛盾及電纜敷設路徑規劃，大幅度減少了現場協調工作，提高了效率，節約了材料、加快了工程進度。

3）在設備采購合同談判期間，清蓄公司在調速器、冷卻器、過濾器等關鍵設備的選型環節上，憑借以往的豐富經驗，提出修改建議100余次，進行優化改進。工程實踐證明，在機組調試及考核試運行期間，沒有因機組附屬設備質量或參數問題發生啟動不成功和跳機問題。

4）清蓄機電根據工程進度，會同專家組織設計院、制造廠家、監理單位及安裝單位等召開專業會議，如舉行四次專題調保會議，對控制工況和組合工況進行重點計算，優選了導水葉和進水閥合理的調節時間和啟閉規律。

（2）國內外水電工程的發展歷史告訴我們，輕意拋棄以往的成功經驗，草率采用未經驗證的“新技術”，是工程項目不太成功或不成功的主要原因之一。清蓄機電信奉現代堆石壩的鼻祖BarryCooke所說的“水電項目的成功=30%的專業知識+70%的工程經驗”，從設計開始就致力于技術引進，采用世界成熟的、先進的工藝，大力開辟傳承經驗的新渠道。

1）首次在國內大型抽水蓄能電站選用長短葉片轉輪，在首臺機組調試中實現空載無“S”區特性、各工況振擺小、發電工況穩定運行區域廣、能適應較大的水頭變化等特性，實踐證明應用是成功的。

2）按照規范和慣例，水輪機轉輪靜平衡等級為G6.3，清蓄公司經與廠家協商按G2.5驗收。將轉輪外徑側允許殘余不平衡量從2.23kg降至0.885kg，大幅度降低由于轉輪殘余不平衡質量誘發或加劇其水力不平衡的可能性，在一定程度上提高了機組長期穩定運行的質量。

3）通過廣蓄一、二期和惠蓄經驗，探索和總結徑向式主軸密封漏水量偏大這個問題，率先在清蓄安裝、使用徑向式結構的主軸密封。實踐證明，該結構相對簡單、布置緊湊、便于運行維護及更換密封件，同時該密封具有軸向自由度大、徑向補償量大及對旋轉軸的振動、偏擺以及水輪機軸對密封腔的偏斜敏感度不高的特點，是一種在可逆式機組中使用壽命長、應用前景好的主軸密封結構。

4）發電電動機轉子采用厚環板浮動磁軛，強化了轉子剛度、降低了轉子偏心幅值有利于機組轉動部件運行穩定性，也簡化了安裝程序、加快了工程進度。

5）清蓄是繼西龍池之后國內僅有采用無預壓彈簧簇推力軸承的電站，實踐證明無預壓彈簧簇推力軸承能夠很好地平衡滑動面上的載荷、補償瓦面的機械和熱變形，瓦溫均衡平穩、運行狀況良好。

6）大膽創新，采用全封閉15.75kV澆筑中壓母線及敷設工藝，管路、橋架及設備整體布置合理,整齊美觀，達到了空間利用率高、耐老化和利于現場操作維修的良好實際應用效果。

（3）清蓄機電專家和技術人員深入制造廠車間嚴格把控關鍵部件質量，對廠家起到監督和促進作用。

1）在車間巡檢時發現廠家按其慣例對轉輪葉片未焊透區域沒有進行UT探傷，后經力爭才按GB全部納入UT探傷范疇，提高轉輪葉片焊縫探傷標準、進一步保證了每道重要工序焊縫的質量。

2）為了進一步確認轉輪葉片焊接質量，清蓄機電在合同未予明確的情況下通過設聯會溝通并要求有檢測資質的廠家在轉輪熱處理后進行了X射線衍射法殘余應力測試，測試結果84.5MPa，小于設計要求值±150MPa。

3）在1號磁極鐵心疊壓時監造反饋了拉緊螺栓伸長值不均衡的情況，巡檢時發現廠家對長度達3320mm的磁極鐵心采用單油壓機、以扭矩板手為主的壓緊工藝是造成拉緊螺栓伸長值不均衡的主要原因。經溝通、協商決定更新工藝，改用雙油壓機的規范工藝，并用激光測長儀對螺桿伸長量進行控制，保證了疊壓質量。

4）杭州東芝由于缺少經驗，在定子線棒制作過程中屢屢出現線棒電暈指標驗收不合格的情況。清蓄公司嚴格把關，督促廠家進行多項工藝改進和防暈材料更新，最終生產出合格的線棒。原2號機下層線棒已下線完畢，由于擔心存在隱患也不惜全部拔出。

上述種種對核心關鍵部件的技術管控，保證了工程質量。

（4）清蓄通過嚴格監造，全面和及時地發現并消除各類缺陷，努力把設備制造問題解決在出廠驗收之前。

1）截止到2015年10月31日，業主、監造方、制造廠家共舉行16次專題協調會議，確保監造工作順利推進。監造方對廠家開出了10份觀察單，提出了27項整改要求，56項設計或工藝變更。經廠家整改，監造工程師現場驗證，同意關閉10份觀察單、26項整改要求，保證了設備制造質量。

2）從嚴要求，4臺水泵水輪機尾水肘管全部在工廠車間預組裝，保證了安裝質量和工程進度。

3）清蓄公司主要通過以下方面的管控:

文件審查（R）：審查所有的技術文件、進度報告、無損測驗、檢查報告、代用品申請報告、零部件材料供應廠家出廠合格檢驗報告、進廠材料驗測報告等；現場見證（W）：對于關鍵設備和零部件采取全過程監造,包括原材料采購、鑄造、鍛造、焊接、試驗、驗收、包裝發運等各個環節；停工待驗（H）：對停工待驗項目，及時發現焊接質量、制造缺陷等問題并在工廠整改完成，確保了設備交付質量和進度。

（5）從嚴控制安裝質量，力求清蓄設備的安裝質量及工藝上升到一個新的高度。

1）清蓄機電匯集供應商提交的工藝指導書，由業主、設計院、監理各方審核，強化了該業務指導書的專業性和權威性，再用于指導現場安裝工作，并十分重視設備安裝技術交底。在安裝整個進程，清蓄機電現場人員時刻把控安全和質量，通過每周例會發現、討論安裝中的問題，并安排專人負責跟進，貫穿質量過程，控制于各工序之中。累計完成401個單元工程質量評定，合格率100%，優良率99.2%；共抽檢完成431個WHS質量控制點，合格率94.7%，復查合格率100%。施工期間未發生違反強制性條文情況，未發生工程質量事故。

2）為了保證定子組裝質量，特別設計了外形尺寸為7.7m×10m×10m的鋼結構定子工棚，通過11根H型鋼支撐整個棚架，表面用防火型彩鋼夾芯板覆蓋，密閉性能好，并達到保溫、除濕的效果及防火阻燃的要求。

3）四瓣頂蓋采用M140mm和M110mm螺栓把合，廠家擬使用氧-乙炔火焰加熱的原始工藝。經清蓄機電查證，這已經屬于國內火電系統嚴禁使用的工藝，通過與廠家多次深層次磋商改用常用的電加熱棒工藝。現已順利完成4臺機組頂蓋工地組裝工序，切實保障了組合螺栓金相結構而免除疲勞損傷的隱患。

4）由于座環在工地不進行研磨加工，這就要求嚴格控制裝配、焊接和澆筑混凝土可能引起的變形。清蓄機電組織安裝人員精心施工，蝸殼焊縫UT探傷一次合格率98.9%以上，4臺機組均一次性通過蝸殼水壓試驗；最終座環水平度小于0.03mm/m，澆筑后的座環水平度最大值僅為0.19mm，優于規范標準。

5）定子機座組焊過程曾出現偏差，經設備部認真組織安裝調整，嚴格控制定子機座鴿尾筋座任意位置至中心柱距離偏差小于設計值0.1mm，最終達到定子鐵心上下部最大值與最小值之差為0.82mm、0.16mm，小于設計偏差1.5mm的高標準，保證了機組主要固定部件的安裝精度。

6）組織監理和安裝人員完善廠家傳統工藝，嚴格按照GB圓度調整工藝和“最小二乘法”計算程序，使得磁軛整體偏心值達到0.07mm、轉子整體偏心值達到0.04mm，均大大小于國家規范允許值0.15mm，為轉子穩定運行深植根基。

7）機組軸線未經任何調整工序，一次盤車達到上、下、水導及法蘭相對擺度遠遠小于設計值0.02 mm/m的立式水輪發電機組的最高水平。

（6）協調溝通、卓有成效全方位組織調試試運行

1）清蓄機電組織設備供應商、安裝承包商和機電監理，各負其責、按部就班的根據調試大綱和調試進度穩步推進。結合廠家和BOP的專項調試人員，經歷了單體調試、無水調試、無水綜合調試和有水調試四個階段，特別是無水綜合試驗，有效的模擬了機組的真實運行工況，縮短了調試周期。

2）每天組織召開機組動態調試早會，現場組織、協調了1號機組所有動態調試項目。在整個設備調試過程中，清蓄調試組克服了調試現場環境復雜、人員交叉作業、新設備投運等不利因素，有效采取了各種風險管控措施，保證了清蓄設備調試工作的安全順利進行，僅用52d就完成有水調試，順利的實現了首臺機組的投運。

3）清蓄機電會同設計制造、安裝、監理（造）精益求精，重視每道工序及其銜接，使得設備安裝質量及工藝上升到了新的高度。調試結果顯示：①機組振擺小，振擺值全部落入A區；②機組空載工況下無S區；③機組發電機、水機層噪音較小（＜80dB）；④上下導軸承、水導、推力均無甩油現象；⑤機組溫升試驗情況良好，各軸承瓦溫溫度差小于2℃；⑥機組各主輔機沒有三漏現象發生，特別是球閥伸縮節和軸套做到了滴水不漏。從考核試運行的結果看機組的各項性能指標均處于國內領先水平。

5 結語

清蓄機電全面落實南方電網安全生產風險管理體系思想，在實踐中貫徹資產全生命周期管理的理念，做好設計、監造、制造、安裝、調試、驗收等各個環節過程控制，并不斷吸取和總結出以下經驗，為后續電站提供一些參考：

1）抓住工程技術難點和關鍵點，汲取專家和其它電站的成功經驗，組織專題技術攻關。

2）選擇具有豐富的機組安裝與調試經驗的施工單位和監理單位，高度重視機組安裝、調試階段的組織和策劃工作。

3）根據合同、設計、規程規范和廠家技術標準，按照就高不就低的原則，盡早制定機組安裝質量控制檢驗標準。

4）加強機組設備采購合同管理，高效策劃并扎實提高設計聯絡會議的含金量。

5）加強設備駐廠監造力量，增加溝通密度和反饋力度，要求嚴控每個環節的性能指標不出差錯。

6）在進度上重點協調安裝單位和設備廠家之間的關系以及土建和機電相互交叉面的節點，同時做好各BOP設備廠家之間的配合和設備催交工作。

7）電站廠房通風空調系統中的排風系統應盡早投運，為機電設備安裝創造一個良好的施工環境。

參考文獻：

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