法國拉巴蒂水電站改造工程中的現(xiàn)實問題

?

設(shè)計與施工

法國拉巴蒂水電站改造工程中的現(xiàn)實問題

摘要：順應(yīng)全球水電開發(fā)大規(guī)模改造的趨勢，并根據(jù)法國能源政策，對該國拉巴蒂水電站進(jìn)行擴容。簡要介紹了該電站從550 MW擴容至600 MW的升級項目，重點探討了工程計劃、組織施工及法規(guī)等方面遇到的難題及其應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：水電站；改造工程；拉巴蒂水電站；法國

歐洲水電開發(fā)的“黃金時代”出現(xiàn)在20世紀(jì)下半葉，之后水電行業(yè)開始進(jìn)入下一個階段，世界各地陸續(xù)開展大規(guī)模的水電工程改造項目。法國拉巴蒂(La Bathie)水電站擴容改造工程既順應(yīng)了這種全球趨勢，同時也得益于法國推行的能源政策，在不修改特許經(jīng)營協(xié)議的情況下允許裝機容量提高20%。除此之外，借助這些升級項目，還能利用流體力學(xué)及電機領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步對其性能進(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臺沖擊式水輪發(fā)電機組，1961年投產(chǎn)時的初始裝機為500 MW(設(shè)計流速為50 m3/s)。1975年，通過調(diào)整機組噴射器，同時將設(shè)計流速提高到55 m3/s，裝機容量得以增加至550 MW。

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

雖然從水力學(xué)角度看，機組可以在新的流速下正常運轉(zhuǎn)，但水斗的系結(jié)物將無法適應(yīng)增加的機械力，因此需要更換水輪機，可使水輪機的效率提高2.4%。此外還需更換所有變壓器，6臺定子中有4臺需要更新(另外2臺已升級過，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活動，由于拉巴蒂電站是1座調(diào)峰水電站，經(jīng)常需要臨時啟動，滿負(fù)荷運行，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在水電站啟動時嚴(yán)格控制流速增加。然而，這兩種方法均不奏效，人們沒有太在意省長的禁令，而控制流速則嚴(yán)重降低了電站對電力系統(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，作為此次改造項目的1項工程，用以蓄滯尾水，降低尾水回流至河道時的流速。此外，還在伊澤爾河上設(shè)置1道水閘，自動調(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)。這兩項工程已于2011～2012年實施，之前為了檢修維護(hù)，已事先安排電站完全停機。水輪機改造工程已于2 a前開始進(jìn)行，目前正在對第3臺機組進(jìn)行升級改造。預(yù)計工程將于2018年竣工。

2工程計劃及面臨的挑戰(zhàn)

根據(jù)每年升級1臺機組的計劃，對改造項目進(jìn)行了安排。由于迫切需要在每年冬季到來之前將電站所有機組投入運行，因此項目每個階段的停機時間都十分有限，同時現(xiàn)場作業(yè)需在3月中旬至11月底之間完成。在8個半月內(nèi)需徹底拆除所有機組、移除所有石棉制品，然后重新組裝。需要在現(xiàn)場對定子拆除、升級并重裝。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個月。為確保電站正常運行，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)場電力設(shè)備由其他公司提供。

由于停機時長有限，多項工程需要在同一時間并行開展。場內(nèi)共分為12個區(qū)5個樓層，包括變壓站和尾水渠。重要的施工任務(wù)共計650項，其中水輪機的拆除與重裝和變壓器的更換對整個項目而言至關(guān)重要。這兩項工程都需要使用大量門機，而場地剛好相接，因此很難嚴(yán)格劃分工作區(qū)域，同時也使升降操作嚴(yán)重受限。為按計劃推進(jìn)項目，施工必須在兩處同時進(jìn)行，因此對門機使用的協(xié)調(diào)將十分復(fù)雜。

為此，需要對門機進(jìn)行有效耦合，這對門機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)場安全也需要特別注意，避免不同的施工隊在同一時段、同一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。各個作業(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，整個施工進(jìn)度都將停滯，因為在同一時段內(nèi)無法在其他位置進(jìn)行升降操作。而一旦出現(xiàn)故障，導(dǎo)致門機無法工作，將延誤各個單元的施工進(jìn)度。每一次升降作業(yè)的安排都需要巧妙優(yōu)化，以減少機組停運的時間，同時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臺門機的使用，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，但因為各個承包商需共用現(xiàn)場設(shè)施，因此項目管理團隊需要大量介入?yún)f(xié)調(diào)。定義是否明確、預(yù)期是否清晰、各個團隊主管之間的溝通是否通暢，都是此次項目成敗的關(guān)鍵。

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

為實現(xiàn)各種計劃目標(biāo)，一定程度的靈活性十分重要。對于如此大規(guī)模的工程，經(jīng)常需要對計劃調(diào)整和更新。參與其中的施工隊伍有各自的制約因素，因此無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)場施工隊伍可能無法縮短工期或調(diào)整工作計劃。

針對這一情況，法國電力集團(EDF)內(nèi)部特派1支技術(shù)隊伍，以確保拉巴蒂工程施工的靈活性。EDF的技術(shù)隊伍專門負(fù)責(zé)水輪機的拆除與安裝，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增加工程成本，如何管理并限制這類成本，也是一項重要的課題。

4相關(guān)法規(guī)的制約

針對石棉材料，法國制定了日漸嚴(yán)格的法規(guī)。因此在過去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，這是制定計劃時所始料不及的。受此影響，部分拆除工作中的石棉危害風(fēng)險等級由“低”調(diào)至“高”，導(dǎo)致所需時間成倍增加。由于難以避免這類危害，因此在工程計劃中須安排足夠時間，以應(yīng)對各種難題。

5結(jié)語

在預(yù)算范圍內(nèi)按計劃推進(jìn)施工是拉巴蒂項目所面臨的實際挑戰(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，需留出足夠時間應(yīng)對突發(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：TV738

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-0081(2016)03-0021-02

收稿日期：2016-01-06