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設(shè)計(jì)與施工

法國(guó)拉巴蒂水電站改造工程中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

摘要：順應(yīng)全球水電開(kāi)發(fā)大規(guī)模改造的趨勢(shì)，并根據(jù)法國(guó)能源政策，對(duì)該國(guó)拉巴蒂水電站進(jìn)行擴(kuò)容。簡(jiǎn)要介紹了該電站從550 MW擴(kuò)容至600 MW的升級(jí)項(xiàng)目，重點(diǎn)探討了工程計(jì)劃、組織施工及法規(guī)等方面遇到的難題及其應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：水電站；改造工程；拉巴蒂水電站；法國(guó)

歐洲水電開(kāi)發(fā)的“黃金時(shí)代”出現(xiàn)在20世紀(jì)下半葉，之后水電行業(yè)開(kāi)始進(jìn)入下一個(gè)階段，世界各地陸續(xù)開(kāi)展大規(guī)模的水電工程改造項(xiàng)目。法國(guó)拉巴蒂(La Bathie)水電站擴(kuò)容改造工程既順應(yīng)了這種全球趨勢(shì)，同時(shí)也得益于法國(guó)推行的能源政策，在不修改特許經(jīng)營(yíng)協(xié)議的情況下允許裝機(jī)容量提高20%。除此之外，借助這些升級(jí)項(xiàng)目，還能利用流體力學(xué)及電機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化。

1工程概況及現(xiàn)狀

拉巴蒂水電站位于法國(guó)東南地區(qū)的伊澤爾(Isère)河上，主要由羅斯蘭(Roselend)、圣蓋蘭(Saint Guerin)、拉吉塔茲(la Gittaz)3座大壩組成，共有30處取水口及45 km的廊道。電站擁有6臺(tái)沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，1961年投產(chǎn)時(shí)的初始裝機(jī)為500 MW(設(shè)計(jì)流速為50 m3/s)。1975年，通過(guò)調(diào)整機(jī)組噴射器，同時(shí)將設(shè)計(jì)流速提高到55 m3/s，裝機(jī)容量得以增加至550 MW。

一項(xiàng)針對(duì)高壓液壓回路所開(kāi)展的研究表明，在平均流速及瞬變流保持不變的情況下，仍可將設(shè)計(jì)流速提升10%，即至60 m3/s，從而將最大裝機(jī)增至600 MW。為適應(yīng)電網(wǎng)需求，發(fā)電靈活度也顯得越來(lái)越重要。在這種背景下，應(yīng)將電站升級(jí)至“儲(chǔ)備13”(Réserve 13)的水平——即可在13 min內(nèi)將馬力開(kāi)足的能力。這次升級(jí)需要進(jìn)行多項(xiàng)調(diào)整。

雖然從水力學(xué)角度看，機(jī)組可以在新的流速下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但水斗的系結(jié)物將無(wú)法適應(yīng)增加的機(jī)械力，因此需要更換水輪機(jī)，可使水輪機(jī)的效率提高2.4%。此外還需更換所有變壓器，6臺(tái)定子中有4臺(tái)需要更新(另外2臺(tái)已升級(jí)過(guò)，可適應(yīng)新的電力輸出)，而225 kV的輸電線以及400 kV的線路都需要加固。

伊澤爾河上常年舉行大量水上娛樂(lè)活動(dòng)，由于拉巴蒂電站是1座調(diào)峰水電站，經(jīng)常需要臨時(shí)啟動(dòng)，滿負(fù)荷運(yùn)行，因此電站下游地區(qū)所面臨的潛在安全隱患將進(jìn)一步增加。迄今為止，已采取了2種安全防護(hù)手段： ①由省長(zhǎng)簽發(fā)法令，禁止隨意進(jìn)入下游8 km河道沿岸地帶； ②在水電站啟動(dòng)時(shí)嚴(yán)格控制流速增加。然而，這兩種方法均不奏效，人們沒(méi)有太在意省長(zhǎng)的禁令，而控制流速則嚴(yán)重降低了電站對(duì)電力系統(tǒng)需求的反應(yīng)速度。

鑒于此，最終決定在尾水渠附近修建調(diào)節(jié)池，作為此次改造項(xiàng)目的1項(xiàng)工程，用以蓄滯尾水，降低尾水回流至河道時(shí)的流速。此外，還在伊澤爾河上設(shè)置1道水閘，自動(dòng)調(diào)控導(dǎo)入的水流，在30 min內(nèi)形成16 m3/s的“預(yù)警水流”(alert flow)。這兩項(xiàng)工程已于2011～2012年實(shí)施，之前為了檢修維護(hù)，已事先安排電站完全停機(jī)。水輪機(jī)改造工程已于2 a前開(kāi)始進(jìn)行，目前正在對(duì)第3臺(tái)機(jī)組進(jìn)行升級(jí)改造。預(yù)計(jì)工程將于2018年竣工。

2工程計(jì)劃及面臨的挑戰(zhàn)

根據(jù)每年升級(jí)1臺(tái)機(jī)組的計(jì)劃，對(duì)改造項(xiàng)目進(jìn)行了安排。由于迫切需要在每年冬季到來(lái)之前將電站所有機(jī)組投入運(yùn)行，因此項(xiàng)目每個(gè)階段的停機(jī)時(shí)間都十分有限，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需在3月中旬至11月底之間完成。在8個(gè)半月內(nèi)需徹底拆除所有機(jī)組、移除所有石棉制品，然后重新組裝。需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)定子拆除、升級(jí)并重裝。為提升功率，需要基于現(xiàn)有技術(shù)，安裝新的變壓器、升級(jí)輸電線和電子監(jiān)控系統(tǒng)。最終的投產(chǎn)調(diào)試工作大約需要1個(gè)月。為確保電站正常運(yùn)行，60多家公司參與到上述施工中，安德里茨(Andritz)公司提供沖擊式水輪機(jī)組，斯密脫(SMIT)公司提供變壓器，ABB公司提供調(diào)壓器；電子和現(xiàn)場(chǎng)電力設(shè)備由其他公司提供。

由于停機(jī)時(shí)長(zhǎng)有限，多項(xiàng)工程需要在同一時(shí)間并行開(kāi)展。場(chǎng)內(nèi)共分為12個(gè)區(qū)5個(gè)樓層，包括變壓站和尾水渠。重要的施工任務(wù)共計(jì)650項(xiàng)，其中水輪機(jī)的拆除與重裝和變壓器的更換對(duì)整個(gè)項(xiàng)目而言至關(guān)重要。這兩項(xiàng)工程都需要使用大量門(mén)機(jī)，而場(chǎng)地剛好相接，因此很難嚴(yán)格劃分工作區(qū)域，同時(shí)也使升降操作嚴(yán)重受限。為按計(jì)劃推進(jìn)項(xiàng)目，施工必須在兩處同時(shí)進(jìn)行，因此對(duì)門(mén)機(jī)使用的協(xié)調(diào)將十分復(fù)雜。

為此，需要對(duì)門(mén)機(jī)進(jìn)行有效耦合，這對(duì)門(mén)機(jī)操作提出了較高要求。移除變壓器、轉(zhuǎn)子及定子，安裝新的變壓器、新定子和改造后的轉(zhuǎn)子均需要200 t的升降能力。另外還有幾項(xiàng)重大作業(yè)可能造成部分作業(yè)區(qū)域進(jìn)出通道的擁堵，包括豎井、轉(zhuǎn)輪、噴射器等設(shè)施的拆除與安裝。

現(xiàn)場(chǎng)安全也需要特別注意，避免不同的施工隊(duì)在同一時(shí)段、同一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。各個(gè)作業(yè)區(qū)域被永久分隔，防止不同公司的人員在同一區(qū)域內(nèi)近距離、甚至交叉施工的現(xiàn)象發(fā)生。

3組織施工中的難題

每一次重型組件進(jìn)行升降作業(yè)時(shí)，整個(gè)施工進(jìn)度都將停滯，因?yàn)樵谕粫r(shí)段內(nèi)無(wú)法在其他位置進(jìn)行升降操作。而一旦出現(xiàn)故障，導(dǎo)致門(mén)機(jī)無(wú)法工作，將延誤各個(gè)單元的施工進(jìn)度。每一次升降作業(yè)的安排都需要巧妙優(yōu)化，以減少機(jī)組停運(yùn)的時(shí)間，同時(shí)也為二次操作做好準(zhǔn)備。

除了需要特別注意重型組件的施工外，還需慎重考慮2臺(tái)門(mén)機(jī)的使用，以及蓄能單元、空氣回路、設(shè)備掛牌上鎖等可用資源的調(diào)度。參與其中的公司需考慮各自的工期，但因?yàn)楦鱾€(gè)承包商需共用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施，因此項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)需要大量介入?yún)f(xié)調(diào)。定義是否明確、預(yù)期是否清晰、各個(gè)團(tuán)隊(duì)主管之間的溝通是否通暢，都是此次項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。

為確保工程順利進(jìn)行，每一個(gè)重大步驟都被整合進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施的大計(jì)劃之中，因此整個(gè)施工計(jì)劃設(shè)置了大約650個(gè)節(jié)點(diǎn)。只有將工作細(xì)分到這種程度，才能保證各個(gè)公司都理解各自的需求。工地現(xiàn)場(chǎng)每周召開(kāi)1次協(xié)調(diào)會(huì)，要求所有正在進(jìn)行作業(yè)的項(xiàng)目主管前往參會(huì)，以保證各方溝通。協(xié)調(diào)會(huì)上，所有相關(guān)單位對(duì)各自未來(lái)1個(gè)月的工作計(jì)劃進(jìn)行協(xié)商并達(dá)成共識(shí)。

為實(shí)現(xiàn)各種計(jì)劃目標(biāo)，一定程度的靈活性十分重要。對(duì)于如此大規(guī)模的工程，經(jīng)常需要對(duì)計(jì)劃調(diào)整和更新。參與其中的施工隊(duì)伍有各自的制約因素，因此無(wú)法總能滿足工程的各種需要。雖然各方積極配合，努力推進(jìn)工程建設(shè)，但如果某個(gè)施工階段需要延遲或提前完成工作任務(wù)，后續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)施工隊(duì)伍可能無(wú)法縮短工期或調(diào)整工作計(jì)劃。

針對(duì)這一情況，法國(guó)電力集團(tuán)(EDF)內(nèi)部特派1支技術(shù)隊(duì)伍，以確保拉巴蒂工程施工的靈活性。EDF的技術(shù)隊(duì)伍專門(mén)負(fù)責(zé)水輪機(jī)的拆除與安裝，因此是改造工程的重要參與方。除此之外，延期和額外工作量都必然會(huì)增加工程成本，如何管理并限制這類成本，也是一項(xiàng)重要的課題。

4相關(guān)法規(guī)的制約

針對(duì)石棉材料，法國(guó)制定了日漸嚴(yán)格的法規(guī)。因此在過(guò)去3 a里，工作環(huán)境中石棉顆粒濃度所允許的閾值逐年下調(diào)。調(diào)整后的規(guī)定給施工方式造成了嚴(yán)重影響，也帶來(lái)了額外的工作量。由于閾值下調(diào)，部分工作不得不在“高石棉濃度”的環(huán)境中進(jìn)行，這是制定計(jì)劃時(shí)所始料不及的。受此影響，部分拆除工作中的石棉危害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由“低”調(diào)至“高”，導(dǎo)致所需時(shí)間成倍增加。由于難以避免這類危害，因此在工程計(jì)劃中須安排足夠時(shí)間，以應(yīng)對(duì)各種難題。

5結(jié)語(yǔ)

在預(yù)算范圍內(nèi)按計(jì)劃推進(jìn)施工是拉巴蒂項(xiàng)目所面臨的實(shí)際挑戰(zhàn)，而日漸嚴(yán)格的監(jiān)管環(huán)境進(jìn)一步加大了困難程度。成功的關(guān)鍵在于良好的施工組織管理，同時(shí)還應(yīng)不斷檢查調(diào)整施工內(nèi)容。另外，由于工程規(guī)模大，需留出足夠時(shí)間應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，并為參建各方的工作協(xié)調(diào)和靈活處置創(chuàng)造條件。

蔡金棟譯

(編輯：唐湘茜)

中圖法分類號(hào)：TV738

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-0081(2016)03-0021-02

收稿日期：2016-01-06