科技创新

征战世界机电安装“无人区”
写在全球首台百万千瓦水轮发电机组转子成功吊装之际
作者:郭明星 编辑:王怡方 发表时间:2020-09-03 15:35:46 字号:

 

  8月,川滇交界的白鹤滩,峻岭披黛,江流湍飞。在建世界最大规模水电工程——白鹤滩水电站再传喜讯:18日18时41分,由“中国电建”安装的电站1号机组转子成功吊装,提前计划工期73天实现重大工程节点。此举表明全球首台百万千瓦水轮发电机组安装全面进入总装攻坚阶段,“中国电建”的建设者在征战世界机电安装“无人区”进程中又取得一项重大成果,向明年发电目标迈出了坚实一步。

  新起点:征战世界机电安装“无人区”

  被誉为“大国重器”的白鹤滩水电站是本世纪初我国启动的一项重大水电项目,是国家“西电东送”通道骨干电站,西部大开发战略重要组成部分。其建设规模仅次于三峡,位居世界第二,多项技术指标领步全球,特别是其安装在左右岸的16台单机容量100万千瓦立轴混流式水轮发电机组,不仅单机规模冠绝全球,是世界机电的“无人区”,而且机组的设计、制造、安装,乃至材料全部实现国产化,是中国装备制造由“赶超”向“引领”世界水平跨越的又一典范。

  世界级的工程,填补世界水电史“空白”的荣耀!工程一经招标,便引得众多国内一流机电安装队伍角逐,作为“中国电建”旗下骨干企业的水电四局,是一支经过60年锤炼的水电施工劲旅,不仅在筑坝领域业绩卓著,而且在机电安装领域更是风骚独领,自20世纪60年代点亮黄河现代文明“第一盏明灯”,一甲子间,四局人在祖国的大江大河上先后安装177台(套)各式水轮发电机组,不仅开创了国内单机30万千瓦以上大型机组安装的先河,承担了三峡、拉西瓦水电站比肩世界水平单机容量70万千瓦机组安装,而且创造了向家坝水电站当时8台单机容量80万千瓦世界最大机组全精品安装纪录。面对百万千瓦机组安装新起点,四局人踌躇满志。

  “白鹤滩水电站机电安装代表世界最高水平,取得这项工程,不单单是为企业成长赢得当下的经济效益,更是为企业未来发展赢得长远品牌效益,意义重大。”为顺利进入世界机电安装“无人区”,四局多次召开专题会议,对招标商务、技术文件中每一条款都进行精心打磨,细致准备。

  不负众望!2018年7月,水电四局以绝对优势在激烈的市场竞争中取得电站左岸机电设备安装与调试工程,承揽左岸地下厂房8台水轮发电机组及其附属设备、水力机械辅助系统设备、电气一次设备、电气二次设备、通风空调系统设括备、消防和给排水系统设备等的安装与调试任务,总标额3.31亿元。工程计划2019年12月开工。

  中标喜讯传来,群情振奋。但从决策层到执行层,大家都知道,荣光背后是深沉的责任。

  “要充分认识到,这不仅是四局机电安装品牌的延续,也是创造中国品牌的重大机遇,高质量、高标准、高水平完成白鹤滩水电站机电安装工程具有重大现实意义和政治意义,必须要本着对‘大国重器’负责的高度历史责任感和使命感,举全公司之力组织施工。”水电四局党委书记、董事长徐银林在机电开工动员会上作出明确指示。

  为确保机电安装工程的顺利进行,按照建设方打造“精品机组、美丽机电”的总体要求,水电四局从公司、分局、项目三个层面做了周密安排。

  水电四局成立决策层领导和相关职能部门负责人组成的工程领导小组,党委书记、董事长徐银林亲任组长,全面负责项目管理和资源调配;将白鹤滩机电项目纳入水电四局重点工程考核项目,按照工期节点制定激励奖惩措施;制定相关政策,协调项目物资采购重难点问题……

  项目所在单位机电安装分局成立协调小组,选派曾参加三峡、拉西瓦、向家坝工程有实践施工和管理经验的副局长担任项目经理和常务副经理,选派分局总工程师、总经济师常驻现场强化管理;从全分局选调管理、技术、施工骨干充实项目团队;新进大中专生新员工优先配置到白鹤滩工地……

  负责具体组织施工的项目部,以保证施工顺利进行,提前编制各项现场管理、工序规范标准;以激活内部活力,提前筹划内部承包制、计件制等奖励措施;以产生科技成果,提前联系清华大学、工程建设方和机组生产厂商,确定科研课题,联合开展科技攻关……

  多措并举塑“东风”,只为日后好“扬帆”。

  2019年3月8日,项目首批人员进点,开始临建设施施工和项目前期各项准备工作;10月20日,监理下达开工令;11月29日,随着电站1号机组土建交面,正式拉开左岸机电安装工程序幕。

  金沙江畔,四局人由此开始迈出征战世界机电安装“无人区”的第一步。

  新标杆:创造百万千万机组安装进度新纪录

  开创新路,注定征程不平凡。

  履约最重要的就是按期完工,但在进度安排上,白鹤滩水电站机组安装时间似乎从一开始就“不宽裕”。

  “左岸机电安装工程合同原计划2019年12月初开工,2023年1月中旬完工,就体量而言,较之以往单机容量80万千同等规模机组安装进度,这个时间安排已经有所提前。”项目部经理杨林峰介绍,“在我们进场后,建设方从整体工程通盘考虑,调整了机电合同工期,确定首批发电的1、2号机组由原定的2022年初提前至2021年7月,全部机组2022年7月投产,压缩了半年多的工期,使我们感觉压力很大。”

  但通往荣光的远方,哪有顺畅坦途,哪一步不是困难相随、压力相伴?面对工期调整的重压,金沙江畔的四局机电人很快将压力转化为动力。

  为赢得施工先机,项目部与建设方、制造厂商充分沟通,调整施工方案,利用安装间狭小的空间快速展开转子组装施工。特别是针对影响机组进度直线工期的定子安装,项目部与负责土建施工的单位保持密切联系,在交叉施工的不利影响下,见缝插针,提前介入机坑埋件施工,为安装争取时间。2019年11月29日,1号机机坑交面当日,首瓣机组定子无缝衔接,随即进行吊装。

  为最大限度激发员工的工作积极性,项目部实行班组节点奖惩制度,将各工序细化为各时间节点,与经济直接挂钩;实行员工计件工资激励制度,多劳多得;实行项目班子成员现场带班工作制……一时间,电站左岸地下厂房机电施工现场异常繁忙,短短一个多月的时间,1号机转子支架全部焊接完成,1号机定子机座全部拼接完成,2号机转子安装拉开序幕,2号机定子机座打磨完成,基础环制作和预埋板安装展开……由于前期组织得力,施工快速推进,整体机电安装提前近三个月,满足了调整工期计划安排。

  然而,就在此时,突如其来的新冠肺炎疫情打乱了原本的施工秩序——由于疫情控制,监理和第三方检测人员无法进场,已完成焊接的转子得不到检测无法转入下一道工序施工;由于春节部分施工人员回家,百余人返途受阻,现场仅有60名员工施工,大规模施工无法展开;外部工厂停工、交通不畅,原材料和部分工器具无法及时运进工地,现场施工受制……

  “受疫情的影响,我们在整体施工进度上至少损失一个月,但是明年首批机组发电目标没有改变,工期压力陡增。”从项目开工就一直坚守的工地的项目常务副经理刘永生说,“在这期间,项目部一方面落实现场疫情防控各项措施,另一方面组织现有力量不间断施工,最大限度弥补因疫情造成的工期损失;同时,密切关注各地疫情防控形势的变化,紧急启动了‘特别关照’模式,从2月18日起,在23天时间里,先后派出7个批次的“专车”,从四川西昌,云南昆明、曲靖、昭通等地接回123名返岗员工。同时,分局从外部调配超过300人的队伍驰援,最大限度缓解了现场紧张施工状况。”

  为抢回损失的工期,项目部在3月24日紧急启动“勇担责、抗疫情、保生产、促发展”大干100天专项劳动竞赛活动。项目部向全体员工发出动员令:“巩固防疫成果,夯实复工复产基础,赶工期、抢任务,全力确保各节点目标顺利完成。”

  随即,项目党总支、工会、共青团组织的“党员先锋号”“党员攻关小组”“青年突击队”在各工序现场摆开“战场”,定转子叠片、定子下线、焊接劳动竞赛“战斗”相继打响,14个班组600余人凝聚起空前的抢工力量。

  “在保证职工健康的前提下,为提高时间利用率,项目部将原来的两班工作制调整为三班工作制。同时,实行送餐到现场的办法,减少员工现场和居住地的往返劳顿。”项目部综合办公室党群干事杨帅帅说,“各工作面每天工作有目标、有考核,当日事当日毕,大家干得都很拼,很多员工过了下班点还要和接班的人一起再干一会儿,现场劳动热潮一浪高过一浪。”

  3月26日,1号机组转子磁轭叠装工作开始,其外径达7.72米、内径6.82米、高3.69米,叠装需将1.6万张重约60公斤的高强度硅钢片放入预定的拉紧螺杆内,而且每张钢片必须经过数百次铜锤的敲击才能到位,而且不同部位的钢片顺序不能叠错一张,否则都要重新拆除再装,还要经过6次压紧作业,十分繁复。为保证进度,近百名员工参与其中,现场昼夜施工,6月21日,上下段磁轭全部安装完成,未出现一次返工。随后又通过72小时连续作业完成54个磁极挂装工作。

  4月6日,1号机定子铁芯叠装工作展开,工会现场组织劳动竞赛,班与班比、组与组赛、人与人拼,50万张0.5毫米厚的硅钢片叠装起来,总重有625吨,35天高速度、高质量完成,并于5月14日一次性通过铁心磁化试验。

  6月1日,1号机组定子下线工作展开,这项工作包括的定子线圈、汇流环及跨接线、发电机主引出线装置、发电机中性点、引出线的安装,所有工作均在空间有限的狭小机坑内进行,不仅工作量大,而且槽底垫条、层间垫条和楔下垫条、引线安装等工序都是精细活,仅仅60天便完成全部工作。

  6月2日,1号机组最大直径8.62米、总高3.92米、重约352吨的转轮安装开始,仅用20天时间就完成转轮清扫、毛刺检测、泄水锥焊接安装、底环及副底环安装验收,于6月21日一次性吊装就位。

  7月18日,轴长12.48米、直径3.25米、总重约256吨的1号机组主轴一次性吊装成功,顺利与转轮联轴。

  积力之所举,则无不胜也。透过一个个挺立作业的身躯,现场一个个施工热潮高涌,定子叠片、定子下线、转轮吊装、转子中心体焊接、磁轭叠装、磁极挂装等一个个工期节点相继实现,不但是1号机组各项节点满足了进度需要,同时作业的2号机、3号机及公用系统安装等也达到了预定目标。

  “大家对‘大国重器’的重要性有高度的认识,对工程履约的重要性有充分的认识,对自身肩负的责任有清醒的认识。”机电安装分局党委书记孙德召不无感慨地说,“正是这些认识,让我们可爱的员工内心迸发出无限的活力,把不可能变成了可能,在疫情影响不利的条件下,硬是用拼劲保证了各节点施工。”

  7月30日,1号机组定子一次性通过整体耐压试验;8月5日,1号机组转子一次性通过整体耐压试验,各项数据满足设计标准,具备吊装条件。值此,在保证安全管控“双零”的前提下,四局机电人不仅创造了定子下线60天完成世界最快新纪录,而且整体安装工期提前2个多月,高高树起百万千万机组安装进度世界“新标杆”。

  新高度:标写百万千瓦机组安装质量新空白

  质量立根本,“匠心”出精品。世界最大单机容量机组,不单指规模,更有着对安装质量最为严苛的要求。

  在中国水电工程机电制造安装的历史进程中,有两个标志性的事件,成为中国机电制造安装水平超越世界的真实写照。三峡工程安装单机容量70万千瓦机组时,建设方制定了高于国标的质量评价体系,称之为“三峡标准”,从而达到世界先进水平。此后在向家坝水电站单机容量80万千瓦机组的安装中,建设方又制定了高于“三峡标准”的“向家坝标准”,一举达到世界领先水平。而今,中国的建设者在白鹤滩这个世界机电的“巅峰”之上,再一次向自己发起了挑战,制定了整体技术指标优于“向家坝标准”的“白鹤滩标准”。

  “机组从一个个结构件到一个个单元主体,再由一个个单元主体装配成一个有机整体,大到上吨的钢构件,小到一个联接螺杆,都有着精细的技术标准,这对参与安装工序的每一位技术、施工人员来说,都是对其工艺和实力的严峻考验。”水电四局机电安装分局局长吉振伟说,“不管有多少困难和挑战,我们的质量工作目标只有一个,就是一次性成优。”

  “百万千瓦机组安装前所未有,挑战巨大,而且我们制定的工作目标是要保证台台精品,压力也非常大。”项目部总工程师张永胜介绍,“为了保证施工质量,我们一方面借鉴三峡、向家坝工程机组安装的经验,另一方面根据技术要求和现场实际,提前为每一单元制定相应的质量控制标准和施工组织方案,安装过程中严格按照规范验收,事后及时作出总结报告,以利改进。”

  事前有准备、事中有控制、事后有总结,为机组安装质量提供了可靠的保证。

  转子安装中,圆柱度控制是一个重要的衡量指标。“转子安装质量关系到机组日后能否安全稳定运行,直接影响发电机的工作效率。”项目部生产副经理张健伟说,“当初我们安装向家坝水电站单机80万千瓦机组时,圆柱度控制在0.9毫米就能达到优良等级,而在这里要达到0.7毫米才能算优良。”

  0.7毫米,相当于10根头发丝的厚度,对于直径达16.2米、高近4米的转子来说,绝对是一个巨大挑战,而有效控制误差不是一步到位的,必须要保证转子中心体组焊、支臂焊接、磁轭叠片、磁极挂装等每一道工序都精益求精才能最终达到。

  已从事焊接工作26年的王新亮是24人电焊班的班长,他的班组承担着机组定、转子全部的焊接施工任务,“焊接对焊缝质量和热变后可能造成的结构件变形要求是非常高的,规范上要求对精品机组的焊接质量一次检测合格率要达到95%以上,这就决定了我们的工人在焊接过程中对精确度把控要十分到位。”由于产品的特殊形状,决定了定转子施工基本都是手工焊,为了有效控制变形,电焊工要根据现场焊接金属结构半径、水平度、弦长、圆度、波浪度等具体情况,及时调整焊接工艺,以保证各项参数在规范标准之内。特别是转子支架立缝焊接中,由于直接会对中心体产生拉力导致变形,不仅对焊工的焊接水平有极高的要求,而且由于施工空间狭小,焊工只能屈身长时间作业,对体能也是极大的考验。“身体的劳累还不算什么,大家最担心的是质量出现问题。最高兴的事情,就是我们的一次焊接检测合格率就达到了99%。”

  当然,焊接只是转子安装中诸多工序的一道,施工涉及中心体上下法兰平整度调整,支架焊接前后上下法兰水平度、圆度、上下端弦长、内外侧波浪度调整,立筋加工同心度调整,以及磁轭冷打键、热套圆柱度、同心度调整等一系列质量控制要点,每一道工序背后都有精益求精“匠心”故事的演绎。

  与转子安装同等重要的是机组的定子组装施工,除了测圆架安装、机座焊接、定位筋安装,最重要的一道工序当属定子铁心叠装,也是质量控制的核心。定子铁芯外径有17.5米、内径为16.3米、高3.55米,这个庞然大物,同样存在变形问题,对安装有着极苛刻的要求,其圆度控制只有一根头发丝的误差,绝对是一项工艺复杂、技术要求高的精细活。

  “铁心由324根穿心螺杆与碟簧进行压紧,并通过162根固定式双鸽尾定位筋与定子机座连接,铁心由98小段组成,间由硅钢片冲制的50万张0.5毫米厚的扇形片叠压而成,中间有97层通风槽片,安装任务十分繁重。”自始至终跟随定子安装的项目部技术员程东生说,“在叠片安装中我们严格过程控制,应用手段十分多样,通过通槽棒、整形棒、螺杆、槽楔槽样棒、液压拉伸器多个工具共同作业,最终有效控制了变形。”

  同时,技术人员还结合实际创新了很多实用“小妙招”,他们在定子线棒安装中创新应用C形卡,有效解决了对线棒绝缘的损伤;改变线棒底端清理进行适形毡塞入安装工艺,从而有效防止了线棒高电压时的放电几率。

  与此同时,项目部也充分考虑到外部环境的影响因素,在定转子施工过程中,为防止因温度、湿度可能对结构件的质量影响,配置了相应的空调和除湿机,为有效杜绝因与土建交叉作业带来尘土杂质的影响,打造了防尘棚“全封闭”施工环境。

  完善的举措、“匠心”的施工,带来的是品质的保证。

  截至转子吊装时,1号机组座环加工、转子安装、定子安装共计已完12个单元43项工序实测数据显示,均达到优良标准,全面满足精品机组的质量等级。整体转子圆柱度控制在0.49毫米,远超0.7毫米优良标准,同心度达到0.09毫米,远超0.15毫米标准;定子叠片最终圆度控制在0~0.59毫米,小于0.6毫米优良标准;转子整体耐压试验、定子铁损试验均一次性通过,树立了百万千瓦超大型水轮发电机组安装质量的世界“新高度”。

  巍巍青山下、滚滚江流上,“大国重器”白鹤滩水电站正在建设者的智慧和汗水的浇灌下,一步步从蓝图变为现实。1号机转子吊装重大节点的实现,令人振奋。但这只是征战世界机电安装“无人区”万里长征的第一步,后面还有新的挑战、新的光荣。

  “全体参建人员要牢记习近平总书记在三峡工程视察和乌东德水电站首批机组发电时作出的重要指示,牢记肩负的使命,保持高昂的斗志,发扬‘五个特别’的精神,扎实认真做好后面的工作。”徐银林在转子吊装现场勉励大家,“我们不仅要确保明年首批机组发电目标,还要以精品业绩完美履约,在白鹤滩这个世界级工程中展现四局的风采、中国电建的形象,中国的智慧和力量。”