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李定中:水轮发电机组招标采购工作浅见 最低价中标不利行业健康发展
2017/8/21 9:05:53    新闻来源:中国水力发电工程学会

水电水利规划设计总院   李定中

(按:有感于人民日报"[最低价中标]不改,谈什么工匠精神、中国制造!"一文谈到低价中标的危害,2010年中国水力发电工程学会电气专委会学术年会时本人曾发表过类似文章,现发布上来,供参考。)

摘要 本文通过对近年来国内水轮发电机组招标文件审查、咨询、评标和设计联络会等的经验总结,对机组采购方式、评标办法以及水轮发电机的一些主要参数和关键部件的结构等提出了一些意见和建议,供设计和招标单位参考。

关键词   水轮发电机组 招标 参数 结构

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改革开放以来我国电力建设得到快速发展,尤其是近10年作为绿色能源的水电开发达到了前所未有速度。多年来,笔者一直参与大型水轮发电机组招标文件的审查、咨询、评标和设计联络会等工作,结合目前国内外一些电站机组事故的教训,对水轮发电机组的招标采购工作有一些体会、意见和建议,供同行们参考、切磋。

1.   采购方式

近年来,我们吸取一些电站机电招标的经验和教训,对混流式、灯泡式机组等水电站均采用将机组、主变、发电机断路器、GIS、低压配电装置等分标段分期招标采购的模式,目前该采购模式已日趋成熟,已不再采取将电站机组和机电设备成套大包的采购方式,且分标趋于细化。主要理由如下:

1)成套大包的采购方式,由于受大包投标价格的制约,往往影响到机组辅助设备和外围机电设备的产品质量,不易采购到质量一流、价格合理的产品;

2)机组招标时间一般在电站开工时,此时技术设计刚开始,成套大包的一次性招标文件编写工作量很大,设计院不能首先集中力量编制好主机设备标书和优化布置主厂房;

3)分批、分项采购,便于设计、业主单位分阶段抓好主要和外围机电设备的招标工作,虽增加了业主和设计单位协调的工作量,但大多数水电设计单位已有较为成熟的经验,对分标界面的划分也有现成的招标文件条款;

4)考虑到一些机电设备更新换代较快,对计算机监控系统、继电保护装置等适当滞后招标,利于采购到较新科技的产品;

5)通常情况下,分批、分项采购方式竞争性强、投资省,易于采购到业主满意的产品,且售后服务较好。

我国水、火电工程招标已从大包大揽过度到较为成熟的细化阶段,不宜在历史上"倒退"。前些年,蓄能机组从广蓄等开始,采用了全套引进国外设备的模式,这是受到当时中国不能自主设计和制造大型蓄能机组、且缺乏对相关附属和配套设备成套能力的国情的制约。随着蓄能机组及其相关附属设备国产化的加速推进,也会向目前混流式、灯泡式机组电站机电设备的采购模式过度,如白山蓄能等电站已开了个好头。

2.   评标方法

最低评标价法为世界银行、亚洲银行等国际竞争性招标通用,如上世纪九十年代水口、二滩、天荒坪等水电站采用此法。只要符合(即实质性响应)招标文件的主要技术和商务条款且评标价最低即可。虽花钱较少,但往往采购不到价钱虽然贵一点,但综合性能较好、运行稳定性较好、检修维护工作量较少、使用寿命较长的产品。人们在购买家电产品时,往往宁可买贵一点的名牌产品,并不是仅考虑一次性购买商品的费用最低,还要将产品的运行可靠性、使用寿命期内的损耗、检修和维护费用等综合计算在内,即将商品的费用现值是否最小考虑在内。

我国水电站机电设备的评标方法现根据七部委关于招投标的文件,多采用综合评分法。一般商务和技术权重各占一半左右,其中评标价在商务分中占大头;现不少业主还增加了投标者风险度5-10%的分值。后者称风险评分,即按照技术先进、性能可靠、技术经济比较方案优、报价合理、技术力量、管理能力和生产加工能力满足合同交货进度要求等原则,并综合考虑企业的业绩和经验、社会信誉等进行评价。

早在龙滩水轮发电机组招标采购时,建议龙滩机组采用综合评分法进行试点,既考虑投标价,又看重技术性能和质量,以总结近年来的经验、教训,探索适合水电站机电设备采购的招、评标方法。将许多不易用价格量化的设备重要设计参数和指标,如关键部件材质的设计刚强度及安全系数、性能保证值(包括振动和摆度等运行稳定性指标)、主要结构型式的合理性、空冷技术、检修运行是否方便等的权重分综合考虑,有利于鼓励和引导投标者向提高产品内在质量和性能的方向努力。如水轮机的转轮叶片,就不会做得轻而薄,以便因转轮总重量轻、投标价格低而占便宜。反之,做得厚一点、重一点、运行稳定性好一点的转轮,虽然效率略低一点,就很可能技术分高一点。为此,建议将技术评标因子中所需重点考虑的技术因素列细、列全一些,并在招标文件"合同授予的准则"中,也相应增加了按综合评分法授予合同的表述,使综合评分法在招标文件中具有透明度和公开、公正性。

对于评标价的设定,一些精明的业主,如二滩水电开发有限公司等,将次低甚至平均投标价的90%作为评标价的满分,为的是保证制造厂家有足够的合理利润,以能提供保质保量的机电设备。

评标时,一般均须制作各投标人设备主要技术参数、性能、材料等的对比表,故应重视投标文件的有关数据电子表格化。对投标文件中《设备特性及性能保证》和《随投标文件提供的资料及数据》,建议编制格式统一的电子表格,随招标文件发售。要求投标人必须按表格顺序逐项准确填写,并制成光盘随投标文件提交招标人,以便评标时节省输入数据的时间和人力。

目前绝大多数招标文件已按此编制,只是对表格的填写规格尚不严格统一,造成各投标文件的表格数据不一致,给评标数据的输入造成困难。

3.   发电机参数

3.1.      工作应力和安全系数

目前国内标准主要沿用传统的强度理论计算方法和经验确定的。这些最大许用应力的经验值,特别是主轴的应力计算公式是按传统的强度理论计算方法和经验确定的,对于主轴这样的典型结构件的计算很容易满足,但对于转子支架、蜗壳、顶盖等异形结构件,则由于计算方法的不同而不易满足这些要求。原因是传统的强度理论计算方法取的是每个计算断面的平均值,而有限元法则是结点值,由于受力的不均匀性,其差别可想而知。因此,确定那种计算方法为比较基准很重要。但我们对较为先进的有限元法计算标准尚不熟悉和掌握。

总结近年来大型机组部件多次发生裂纹或断裂等事故,特别是吸取俄罗斯萨扬舒申斯克水电站事故教训,应特别重视、研究和补充对长期运行后材料的疲劳强度和刚度、防止应力集中、裂纹等有关技术规范的规定。因此,十分必要制定我国有限元法计算标准或判据;在缺乏统一标准的情况下,建议招标文件补充规定:"如若有些部件的局部应力高于本节传统的强度理论计算标准的规定并经有限元应力分析表明可以保证安全运行,应将全部计算资料及其所依据的相关权威计算标准提交买方审查,只有当买方批准后方可使用"。

3.2.      效率加权因子

水电机组加权平均效率的加权因子,多年来主要由规划动能专业根据河流的水文资料统计提供。考虑到以下因素:

1)电站投运后,电力系统往往不是按河流的天然流量、而是按电站在系统中的位置确定机组带负荷的运行方式的。

2)对梯级水电站,业主将逐步过渡到按流域整体水库优化调度和电量效益最大化来调度和分配机组负荷,并正日渐取得电力调度机构的理解和认可。特别是在具备上级龙头水库的条件下,完全可由上级龙头水库控制下游各梯级的水位和流量发电,并尽可能保持各梯级处于较优水位运行。

3)如果发电机在90%100%额定负荷区域的权重过大,将使得机组在60%80%额定负荷区域效率较高的制造厂家的优势不明显。考虑到系统事故时水电机组带负荷爬升速度快的优点,水电机组往往在系统中带满负荷的几率不高,而具备整体较高、形状较为平坦的效率曲线的机组,将使业主获得较高的综合效益。

因此,建议适当提高水电机组在60%80%额定负荷区域的权重,防止机组在较低负荷区域的效率过低(一些招标文件初稿中加权系数值的分布极不合理,对50%至80%额定负荷区域的发电机效率几乎是没有要求),在评标时无法对比和考核各厂家的加权平均效率,不利于评标价的计算;现场性能试验时,对该区域发电机效率过低的违约罚款无从考核,让制造厂家钻空子,影响日后电站适应系统灵活运行调度时的经济效益。

3.3.      电气参数

对机组电气参数的选择,宜首先与制造厂家交流,取得多数厂家的自然设计值后再行分析确定。

近年来由于我国各地电网日益强大,大型水电机组Xd对系统稳定的影响已不大,系统设计单位对Xd已无特殊要求。目前Xd一般取值为不大于0.35;对内冷机组,国内哈电和东电亦可由不大于0.4降为不大于0.35

二滩发电机招标文件原规定Xd''(不饱和值)/ Xq''(不饱和值)计算值的比值不得超过1.3,系根据当时世界上一些大型水轮发电机统计资料,认为可放松要求。后电科院经计算发现会导致电站主变中性点暂态过电压过高(为降低不对称短路引起的过电压),后合同谈判时改为"尽可能接近于1,不得超过1.15"。

发电机进相深度建议由0.95改为0.9,以尽可能发挥水电机组的正常设计潜力,所花代价极少,但十分有利于系统的无功平衡。招标文件的技术规范应根据当地电力系统的实际情况对机组调相、进相和充电容量保证值作严格的规定。

3.4.      温升限值

新颁国标GB/T7894-2009《水轮发电机基本技术条件》对大型发电机定子绕组、转子绕组和定子铁心等的温升限值有部分修订。其中,对每天起停3个循环及以上、频繁起动的水轮发电机,为使铜导体与绝缘及绝缘与铁心的相对位移尽量减小(冷热循环效应),该标准明确温升限值降低5K~10K。因此,招标文件中对大型发电机定子绕组和定子铁心的温升限值85K最多降低至75K即可,完全无必要"层层加码"地低至70K

3.5.      空气冷却器的设计裕度

随着空气冷却器结构、性能和质量的改进、完善和提高及大量水轮发电机运行实践证明,空气冷却器因故障退出1~2台,电机仍继续运行的工况几乎不存在。对巨型空冷电机更不应该出现这种非对称冷却运行工况。以往不考虑冷却器设置总数而仅按退出1台的作法明显不公平;而一些招标文件要求按二组空气冷却器退出设计,裕量又太大。三峡右岸、龙滩及水布垭等大型全空冷水轮发电机的成功投运和初步测试数据,消除了我们原来担心冷却裕量不足的顾虑,完全不必设置过多的裕量。

选用的空气冷却器热交换容量的总和应大于电机冷却计算所需的总冷却量。设置一定的裕度系考虑空气冷却器铭牌热交换容量与实际热交换能力的偏差以及电机冷却(热交换损耗)计算的客观误差。

现新国标已取消了关于空气冷却器退出运行的不合理规定,改为"设计选用的空气冷却器应有10%~15%的热交换裕量"。

4.   发电机结构

    近年来对发电机的具体结构趋向于不要规定过死、过细,而是充分发挥制造厂家各自建立在成熟运行业绩基础上的技术优势。

4.1.      基本结构

目前混流式大容量发电机多采用半伞式,具有两个导轴承,一个布置在转子上方,一个布置在转子下方。在转子下方的推力轴承,不必强制规定必须与下导轴承分开布置,合并布置也是可以接受的,即在不影响厂房高度(实际上放入下机架空腔内有利于降低发电机高度)和满足轴系稳定的条件下,卖方根据自己的经验可采用推力轴承和下导轴承分开设置,也可采用同一油槽合并布置的结构。

4.2.      对斜支撑结构新的认识

近年来锦屏一二级、官地和小湾等电站均采用斜支撑结构的水轮发电机,通过与有关制造厂家的多次讨论、协调,从减弱机座对铁心的作用力、有利于防止铁心翘曲以及结构受压的设计更为合理的角度考虑,国内专家已取得共识:"发电机若采用斜支撑结构,建议明确规定机座、转子支架的倾角方向:定子机座斜立筋和上机架斜支臂均应采用后倾设计,转子支架斜立筋应采取前倾设计(前倾和后倾的定义如下:沿径向从内到外,斜元件的倾斜方向与水轮发电机组旋转方向一致,称为前倾;沿径向从内到外,斜元件的倾斜方向与水轮发电机组旋转方向相反,称为后倾)。"

4.3.      磁极结构

总结惠州、西龙池、水布垭等机组磁极恶性事故的教训,对转速较高的发电机和发电电动机,其磁极应采用有同类高速机组成功运行经验或经全面设计计算验证的可靠结构,宜采用塔式向心弧形线圈结构并考虑设置合适的极间支撑、围带加固等方式。加强磁极线圈靠磁轭处的匝表面绝缘,复核极靴、磁极线圈及其相关支撑部件的材料和刚强度。卖方应提交磁极应力(包括热与机械应力)及变形的有限元分析计算书(包括鸽尾或T尾及磁极线圈应力及变形分析计算等)供买方评审,最终使用的结构应经买方批准。

4.4.      定子铁心穿心螺杆

吸取宝泉、惠州等发电电动机定子铁心穿心螺杆绝缘击穿事故的教训,应切实保证定子铁心矽钢片的加工质量及其绝缘涂漆的质量,加强现场叠片时的检验;在设计和安装工艺中采取措施,加强和保证定子铁心穿心螺杆的绝缘性能,从结构上防止粉尘在穿心螺杆处的积聚,避免发生穿心螺杆对铁心的短路事故。

4.5.      上机架径向力

上机架机坑壁的径向受力与土建结构设计及其相应的工程费用紧密相关,建议在招标文件及其合同中明确规定其限制值。

如某大型电站发电机一联会,厂家称其经设计优化后将半数磁极短路时上机架的径向力由合同的508kN增加到1040kN,大大增加了土建结构的难度。买方认为是不可接受的,要求不得超过其投标文件508kN的数值。后二联会厂家已减少为440kN

某厂家在白莲河蓄能发电机技术交流时原提出对上机架机坑壁的径向力高达1300kN,后招标文件规定不大于600kN,现提交的上机架径向力已减小为530kN

4.6.      力轴

1)推力轴承的支撑结构

建议招标文件对推力轴承支撑结构型式不必硬性规定,其技术要求可作一般规定:推力轴承应设计成能承受发电机和水轮机转动部分的总重量和水轮机转轮的最大水推力的综合负载;推力轴承的支撑结构应能向推力瓦提供扩散和均匀的支撑,并使其具有自动平衡瓦间负荷的平衡能力;卖方应采用有成熟运行业绩的发电机推力轴承的结构型式,或随投标文件提供与本机组类似容量和转速的机组推力轴承的型式试验报告。

2)推力轴承轴瓦材料

对大型混流式发电机,采用巴氏合金瓦和弹性金属塑料瓦均是可行的。现国内外厂家推力轴承和轴瓦的设计、制造均有其各自的优势和成功运行经验。

在此,对国产弹性金属塑料瓦的应用情况作一介绍:

近年来弹性金属塑料瓦已得到广泛采用。国内早在1990年就开始研制,目前已批量生产且在大、中型水电机组推力轴承上应用。应当看到,国产瓦在制造质量、摩擦磨损性能、使用寿命上均不亚于进口瓦,完全可替代进口瓦,而价格仅为进口瓦的1/3-1/4

继葛洲坝、岩滩、天生桥、五强溪、小浪底等电站300MW及以下发电机塑料瓦多年稳定运行之后,瀑布沟和构皮滩600MW级水轮发电机塑料瓦已成功投运。

201041黄河上游水电开发公司与哈电就拉西瓦电站700MW机组1#机推力轴承采用高性能弹性金属塑料瓦,进行了专题讨论。会上提到国内某电站700MW机组推力轴承巴氏合金瓦已发生烧瓦事故,如何确保700MW机组推力轴承长期安全运行问题需要解决。认为拉西瓦700MW 机组推力轴承采用国产塑料瓦后,可取消高压油顶起,简化操作程序,运行更加安全可靠,且损耗与巴氏合金瓦相比降低100KW10%)。有关厂家承诺制造周期为一个月完成,暂不收费,运行成功后,收取成本费用。业主拟近期与有关部门和单位协调,需进行一次专家论证。

哈电已于1996年与ABB公司成功进行了三峡700MW机组推力轴承塑料瓦全尺寸模拟试验,近期准备在3000t推力轴承试验台上进行1000MW级发电机弹性油箱配塑料瓦的全尺寸模拟试验。

3)推力轴承冷却系统

在土建布置允许的情况下,推力轴承冷却系统多采用外循环冷却方式。若采用外加泵外循环方式,配两台交流电机或是配交、直流电机各一台,宜与高压油顶起装置一致,以利于电站机组的黑启动。

4.7.      通风冷却系统

近年来国内对水轮发电机空冷方式较为一致的认识:"能空冷就不要水冷"。

通过近年来的不断努力,我国哈电和东电在大型空冷水轮发电机通风冷却系统的设计、计算和模型试验等方面已达到世界先进水平。

对三峡右岸电站全空冷发电机和定子半水冷发电机的初步测试数据对比分析,全空冷系统的指标并不亚于定子半水冷系统:虽然定子线圈整体温度比水冷高约20-25℃(从三峡公司机电工程部安装调试报告的测试数据可知:比定子半水冷发电机的阿尔斯通高15-20K,比东电高11K;实际上高11-20K),但空冷铁心温度较低(全空冷为59.3-57.6K,定子半水冷为63.3-61K),有利于降低铁心热应力变形;空冷同一线棒轴向温差较小,仅3K,而半水冷达5-7K ,对避免铜线与绝缘间产生气隙、从而减少相应的局部放电较为有利;加之,空冷线棒绝缘两侧温差较小,对绝缘寿命有利。

在三峡总公司的积极推动下,中科院电工研究所和东电、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,进行了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大型水轮发电机上工业化应用的一系列技术难题。在此基础上,东电和电工所共同提出的三峡地下电站840MVA水轮发电机采用蒸发冷却的设计方案,己通过专家评审,三峡总公司已决策采用,目前正在实施中。当然,蒸发冷却方式的技术性能和优点能否有效发挥、与其他冷却方式相比的优劣和经济性等尚待工业运行实践的检验。

希望国内厂家通过近年来陆续投运的龙滩、三峡、拉西瓦、小湾等水电站大型空冷机组的运行和全面测试,并与计算程序和模型试验结果相互印证,进一步总结经验、教训,使我国水轮发电机的空冷技术更加成熟和完善。

5.   结语

多年来,通过水轮发电机组的评标,以及近几年一些机组的事故原因总结,笔者认为:

1)大包采购和最低价中标法不利于业主采购到质量和综合效益满意的产品,建议电站的机组和机电设备采用分项、分阶段采购方式,评标采用综合评分法。

2)水轮发电机的电气参数宜先与厂家交流,结合电站的具体情况合理选取。应重视对关键部件材料疲劳强度和刚度等有关技术规范的规定,确保机组的长期安全稳定运行。

3)招标文件对机组的具体结构不宜规定过死、过细,要充分发挥制造厂家各自建立在成熟运行业绩基础上的技术优势。

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