水电水利规划设计总院   李定中 

    本文介绍了我国二滩、龙滩和三峡水电站水轮发电机国际招标模式，并回顾龙滩等水轮发电机全空冷方案的确定及所采取的相应措施。通过近30年的共同努力，我国巨型水轮发电机设计和制造，实现了从跟跑、并跑到领跑的历史性跨越。

1  二滩模式

1.1  二滩机组国际招标简况

二滩水电站为20世纪末建成的全国最大容量的水电站，占四川电力系统总容量的30%左右，其总装机容量为3300MW, 多年平均年发电量17000GWh，1998年7月第一台机组投产发电，2000年6台机组全部并网。

二滩水电站部分利用世界银行贷款，采用国际竞争性招标方式，以采购质量优良、运行可靠和价格合理的永久机电设备。第一组标水轮机、发电机和计算机监控系统的国际招标标书于1992年11月30日发售，1993年5月14日开标。水轮发电机组的评标报告经世界银行和我国政府有关部门批准后，经评标加拿大GE公司中标，1994年3月签订合同。

受原二滩水电开发公司委托,由成都勘测设计研究院（下称“成都院”）机电处负责编制二滩机电设备国际招标文件，美国哈扎国际工程公司担负标书的咨询工作。标书编制过程中先后经过哈扎公司的4次咨询，通过原能源部等相关部门的审查和批准，其中技术规范和图纸还通过世界银行机电特别咨询团的最终审查。

美国哈扎专家对我们的标书予以充分肯定，认为二滩机组标书是他们见到的水平最高的。参加标书送审稿审查的许多国内专家也对标书给予了较高的评价。

初步分析, 二滩机组的国际招标是成功的。一则采购到当时具有世界先进水平的水轮发电机组；二则“技贸结合、合作制造”，有利于提高国内机组设计制造水平；三则通过严格公正的国际竞争性招投标，极大降低了机组造价，为国家节省大量外汇和资金（二滩水轮发电机组开标价按额定容量550MW计为43美元/kW, 若按连续最大容量610MW计则仅为39美元/kW，而按总重量计则为7912美元/t）。

1.2“斜向/对角线分割”招标模式

二滩水电开发公司和成都院共同首创“斜向/对角线分割”的国际招标模式。

1.2.1外币与人民币混合招标

由于从世界银行获得的外币贷款有限，不足以支付二滩6台机组的采购费用,同时6台机组全部从国外采购,也不符合我国“技贸结合、引进技术、合作制造、逐步形成国产化能力”的政策。另一方面，还需考虑二滩6台水轮发电机组技术性能和设计布置的统一，以及运行、维护和检修方便。为此，本组标书采取6台机组统一招标的方式，但鼓励外商在全面负责机组质量和进度的前提下，尽可能多地将制造份额分包给有资质的中国制造厂家，其制造的设备用人民币支付。

1.2.2技贸结合，提高国内机组制造水平

以当时建设的“五朵金花”水电站为标志，国内两大电机制造厂（东方电机股份有限公司和哈尔滨电机厂有限责任公司，下称“东电”和“哈电”）已生产的水轮发电机组最大单机容量为300～320MW，但发电机推力轴承等关键部件的制造水平有限，要独立设计制造二滩550MW级的大容量机组尚有较大难度。所以，在投标者资格中规定了400MW的界限，这样，世界上只有4~6家著名的、有足够经验和能力的外国承包商有资格投标，国内制造厂家只能以分包的形式参与合作制造。６台机组的质量和进度由外国主包商全面负责。同时，投标前中国制造厂可以与参加投标的所有外商签订意向性分包协议，外商也只有将部分设备在中国制造才能消纳人民币。这样，无论哪家外商中标，国内制造厂都可获得相对可观的制造份额。

在标书中明确规定外商必须制造的机组重要部件的“斜向/对角线分割”表，即从第1、2台机组基本上由国外制造逐步过渡到第5、6台机组由国内分包商制造。为此，外商势必要将与这些重要部件有关的设计、制造和工艺技术转让给中国制造厂，使我国水轮发电机组的制造能力提升到单机550MW级的水平。

如果采用允许国内制造厂单独投标或者与外商组成联营体投标的招标方式，由于这两种投标方式具有排他性，一旦国内制造厂单独投的标或由它参与的联营体投的标落选，中标的外商就无法消纳人民币，而国内制造厂也得不到制造份额，二滩水电开发公司只能用全额外汇支付外商，既不利于控制外汇，也不利于提高国内制造能力。反之，若国内制造厂单独中标，鉴于机组设计制造难度相当大，其质量、性能和运行可靠性等可能难以达到要求，不仅达不到“引进技术、合作制造、国产能力上台阶”的要求，还将严重影响二滩水电站的还贷能力和总体效益。

2 龙滩模式

2.1能空冷就不要水冷

在三峡左岸14台700MW水轮发电机招标采购全部采用水冷方案后，我国后续的龙滩、小湾和拉西瓦共计18台700MW水轮发电机的招标采购当初也均考虑采用水冷方案。

笔者经历了二滩水轮发电机国际招投标的全过程，特别是通过对二滩发电机水冷和空冷方案的反复研究和论证比较，充分认识到国内外发电机通风冷却技术近年来已有较大进步，而在每极容量高达14.57MVA的6台二滩全空冷发电机于2000年全部并网成功运行之后，认为对于每极容量仅为10MVA的三峡机组，实在没有必要采用水冷方式。龙滩700MW发电机每极容量为13.9MVA，与二滩发电机水平相当，采用全空冷技术应是有把握的。如后续3个电站多台700MW水轮发电机仍采用水冷方案，国内厂家将长期受到国外定子水冷线棒、水处理设备及其监控系统等关键设备制造和价格的制约，国产化不知要拖延到何时才能实现。而且，水冷方案的致命缺点是定子绕组水接头多，加上复杂的纯水处理系统，运行可靠性较差，万一纯水系统泄漏或密封故障将是致命的。充分认识到：“能空冷就不要水冷”。

正当其时，笔者从成都院调动到水电总院，受业主的委托，作者代表水电水利规划设计总院于2001至2003年期间，主持了龙滩、小湾和拉西瓦等水轮发电机组招标文件的审查。考虑到业主的意愿，根据设计院、绝大多数国内专家的意见，特别是哈电、东电等国内外主机制造厂家的技术交流资料和分析论证报告，审查意见同意将龙滩、小湾和拉西瓦等水轮发电机由原水冷方式改为空冷方式。

2.2对全空冷方案应采取的必要措施

由于我国哈电、东电等电机制造厂首次设计制造700MW级大型空冷机组，在这些机组设计审查、招标文件咨询、合同谈判及设计联络会等不同场合，我们特别强调应采取如下措施，在所花代价不大的情况下，宁可适当多留点裕度，尽可能将空冷方案的风险降到最低。目的是确保发电机空冷方案的顺利实施并为今后成功投运打下较好的基础。在机组成功投运后，再系统总结经验、教训，看看这些裕度或措施是否保守、必要和合理。

1）鼓励国内制造厂与有资质的国外厂商进行发电机冷却方案的联合设计，同时也要信任我国主机制造厂近年来通过引进技术、合作制造已具备较为丰富的设计、制造、运行经验和坚实的计算软件、模型试验以及人才等技术储备。在设计联络会上，要求业主、设计院和制造厂共同研究和分析发电机通风冷却结构设计的合理性；

2）强调进行发电机通风模型试验。建议明确规定在投标前或合同签订后应进行发电机通风冷却模型试验，并随投标文件提交发电机通风冷却计算和模型试验的分析论证报告；

3）严格控制定子铁芯的材质和热源。建议招标文件明确规定定子铁芯硅钢片在B＝1T时的单位损耗不高于1.05W/kg；

4）同意发电机定、转子绕组温升限值分别为75K和85K，以适应启动频繁且出力变化较大的工况下适当降低其热应力并留有一定裕度；

5）建议“空气冷却器应具备至少15％的设计裕度，当15％(且至少一台)的空气冷却器退出运行时，发电机应能在额定运行工况下长期安全运行”。

2.3龙滩模式的成功实施

龙滩水电站水轮机/水轮发电机招标文件于2002年3月11日发售，哈电、东电、天津阿尔斯通发电设备股份公司、上海希科水电设备有限公司等4家前来购买标书。根据招标文件对投标单位资质的要求，上述4家公司均没有独立设计过容量为500MW以上巨型水电机组，需寻求国外合格厂家联合设计、合作制造。经过多次谈判和协商，最终形成哈电与天津阿尔斯通发电设备股份公司、东电与德国VOITH SIEMENS公司（其控股公司上海希科水电设备有限公司作为主要分包方）合作组成合格的投标商参加龙滩机组投标的格局。2002年9月2日开标，哈电和东电按时提交了投标文件。

借助三峡工程的设计制造经验，哈电、东电均引进国外先进的水轮发电机组设计、计算程序和设计理念，进一步改造和更新加工设备，加上原有研发技术的积累，以及与国外公司的合作，哈电和东电均具备了一定的设计和制造700MW级巨型水轮发电机组的能力。

最终，哈电与法国ALSTOM公司合作中标龙滩全空冷水轮发电机，东电与德国VOITH SIEMENS公司合作中标龙滩水轮机。

3 三峡模式

对于发电设备的制造，国务院三峡建设委员会的决策是，走“技贸结合、技术转让、联合设计、合作制造”之路，逐步实现三峡水轮发电机组的国产化。

3.1三峡左岸电站招标

1996年6月24日，中国三峡总公司在人民大会堂举行了三峡左岸14台机组的国际招标发布会。招标文件明确规定：投标者对供货设备的经济和技术负全部责任，技术受让方分别是哈电和东电。同时，招标文件中首次明确要进行技术转让。技术转让的内容由国内制造企业提出清单，包括中方设计制造机组所需的全部技术。

最终，德国福伊特、加拿大GE水电公司与西门子组成的VGS联营体中标6台，与东电合作。法国阿尔斯通和瑞士ABB组成的联营体中标8台，与哈电合作。

3.2三峡右岸电站和地下电站招标

2004年，三峡右岸的12台700MW机组开始招标。考虑到国内哈电和东电两大厂家经过三峡左岸机组的联合设计、合作制造、技术引进和消化吸收，已具备与国际知名水电供应商同台竞争的能力，三峡工程公司和长江勘测规划设计研究院为促进我国巨型水轮发电机的自主化，敢于担当，让国内哈电和东电有资格独立参与投标。同时，对发电机的冷却方式也全面放开，由投标人根据自己的设计、制造及运行经验提出最佳方案。

哈电继龙滩空冷水轮发电机成功中标之后，采用自主研发的全空冷方式，而且对全空冷方案进行了仿真计算和通风模型试验。投运后测试结果表明，各项考核指标满足合同要求。通风系统的模型试验数据、真机数据和设计计算数据吻合。哈电840MVA全空冷水轮发电机的研制成功，起到先锋和突击的示范作用，使我国水轮发电机电磁设计、通风设计、绝缘技术、轴承技术、结构设计、制造工艺等方面的技术得到整体提升。

为此，右岸电站出现了两种冷却方式，即ALSTOM和东电各4台发电机采用半水冷方式，哈电4台发电机采用全空冷方式。

蒸发冷却是20世纪80年代研发的一种新型冷却技术。对它的应用、特别是在巨型水轮发电机上的应用引起国内外高度重视。三峡总公司大力支持中国科学院电工研究所与东电、哈电等有关设计、科研、制造单位通力合作，将蒸发冷却技术应用到700MW级水轮发电机上，并进行局部真机模拟试验和数值仿真计算，解决了蒸发冷却技术在巨型水轮发电机工业化应用的一系列技术难题。

在此基础上，决定在三峡地下电站的2台东电机组上采用蒸发冷却技术。这是我国自主创新的蒸发冷却技术首次成功应用于当时世界最大容量等级的水轮发电机，为巨型水轮发电机提供了一种全新高效安全的冷却技术选型参考和运行经验积累。

哈电则成功中标了三峡地下电站的2台全空冷水轮发电机。

当时，几家老牌外国企业处于第一梯队，实力相当。从左岸到右岸，既是我国巨型机组自主研发的起点，也是中国水电腾飞的起点，中国水电在此时期开始积累实力，蓄势待发。

为进一步促进国内企业提高自主创新能力，三峡公司积极创造条件，并提供大量资金，促进哈电、东电在左岸电站机组引进技术、消化和吸收的基础上加大研发力度，继续开展科研攻关，实现再创新。通过反复研究和试验，哈电、东电在电磁设计、定转子绕组绝缘、全空冷通风系统、蒸发冷却等方面均取得突破性进展，拥有自主知识产权核心技术，具备与国际水电巨头同台竞争的能力。标志着我国水电机组制造技术初步达到世界先进水平，自主设计、制造、安装巨型水轮发电机组的时代已经到来。

3.3溪洛渡和向家坝水电站招标

2008年8月，三峡公司通过国际招标和水轮机模型同台对比决定：哈电中标溪洛渡水电站左岸6台770MW水轮发电机组和向家坝左岸4台800MW水轮发电机组；东电中标溪洛渡水电站右岸9台770MW水轮发电机组；天津阿尔斯通公司中标向家坝右岸4台800MW水轮发电机组；上海福伊特西门子公司中标溪洛渡左岸电站3台770MW水轮发电机组。

2013年7月，向家坝和溪洛渡水电站成功并网发电，单机容量分别达到800MW和770MW，分列世界一、二。国内两大厂已达到世界先进水平，处于与国际水电著名厂家并跑的地位。

3.4白鹤滩和乌东德水电站招标

白鹤滩水电站，共装设16台机组，单机容量1000MW为世界最大，总装机容量16000MW。乌东德水电站共装设12台单机容量为850MW的水轮发电机组，总装机容量10200MW。

评标结果，2015年6月哈电中标白鹤滩右岸电站8台1000MW全空冷水轮发电机组，东电中标白鹤滩左岸电站8台1000MW同类型机组；GE公司中标乌东德6台机组及其附属设备，由GE天津水电工厂进行本地化生产；上海福伊特水电设备公司中标另6台机组及其附属设备。

白鹤滩水电站2021年6月首批机组发电，2022年12月全部机组投产发电；2021年6月16日，乌东德水电站的12台机组全部成功投产发电。

4历史性的跨越

近年来，随着二滩、龙滩、小湾、拉西瓦、三峡、溪洛渡、向家坝、乌东德和白鹤滩等多个水电站巨型全空冷水轮发电机组的成功并网运行，人们对水轮发电机采用全空冷技术已逐步形成了共识。全世界在建和投运的700MW及以上机组127台，其中104台在中国。

值得我们欣慰和自豪的是，我国哈电和东电两大厂不负众望，在努力学习和吸收国外先进技术的基础上，经过多年艰苦卓绝的研制和创新，均已迅速掌握一系列具有世界领先水平的核心技术，诸如水力开发试验技术及其设计软件、水轮机效率的优化、转轮动应力研究、长短叶片结构转轮、机组稳定性研究（含特殊压力脉动）、巨型发电机全空冷技术、磁极绕组空内冷技术，发电机电磁设计、24kV高电压绝缘技术、平衡受力新型转子支架、巨型机组推力轴承试验和制造技术、机组关键部件刚强度设计计算与振动分析技术、高强度材料研究与应用、转轮等关键部件制造工艺和质量控制等。

特别是，在2021年6月28日，哈电研制的世界最大单机容量1000MW的白鹤滩水电机组率先并网发电，习近平总书记向首批机组发电致贺信，贺信中评价：“全球单机容量最大功率百万千瓦水轮发电机组，实现了我国高端装备制造的重大突破”。2022年12月20日，在建规模世界第一、装机规模全球第二大水电站——金沙江白鹤滩水电站最后一台机组完成72h试运行，正式投产发电。至此，国内哈电和东电两大厂设计制造的拥有自主知识产权的16台1000MW全空冷水轮发电机组全部投产发电，彻底奠定中国水电在世界水电领域的引领地位，实现了历史性的巨大飞跃。

参考文献

【1】李定中，范维“二滩机组国际招标的特点和编标体会”，（水电站设计 ， 1993年01期）

【2】李定中“论巨型水轮发电机冷却方式的选择”，（水力发电，2007年12期）

作者简介：李定中，1945年5月生，男，汉族，重庆人。水电水利规划设计总院原副总工程师，教授级高级工程师，长期从事水电工程机电设计和机电行业技术管理工作。电子邮箱：lidingzhong@sina.com。