海南瓊中抽水蓄能電站地下廠房建設的精益管理

孫立群，張 丹

(海南蓄能發電有限公司，海南海口570100)

1 工程建設概況

海南瓊中抽水蓄能電站(以下簡稱“海蓄”)是南方電網在海南省全資建設的首個抽水蓄能電站，于2013年2月獲國家發改委核準，于2018年7月實現全面投產，電站從開工建設到首臺機發電僅用45個月，比國家核準文件批復計劃提前了6個月，比國內目前建設最快抽水蓄能電站快了3個月，創造了抽水蓄能電站建設工期的新紀錄。筆者參與了海蓄建設的全過程，對海蓄在建設過程中遇到的問題和現場解決的經驗進行總結，納入精益成果共享庫形成組織過程資產，使標桿電站看得見、摸得著，逐步構建標桿電站模型。利用這些成果，可實現在后續電站工程建設的現場管理實踐中，有的放矢地識別管理重點，將精力用到刀刃上，做到精益管理的“精”；明確現場作業的特點和風險點，切實高效提升后續項目的管理活動質量，做到精益管理的“益”。

本文聚焦于海蓄地下廠房(見圖1、2)工程建設的全過程，按時間先后順序將其分為土建階段、土建與機電并存階段和機電安裝調試三個階段分別進行總結，每個階段首先分析其與安全攸關的高風險作業并總結其風險管控措施，再對本階段重點管理作業中發生過或值得注意的問題進行闡述，說明其管理重點和方法，力圖將整個地下工程建設的經驗進行梳理分類，做到問題明確、解題清晰。

圖1 地下廠房三維透視圖一

圖2 地下廠房三維透視圖二

如圖1、2所示，電站地下廠房為位于地下的一個立方體空間，內部分為安裝間段、機組段和副廠房段三個部分。施工方法為先從地表開挖一條通風洞至地下廠房頂部A處，從該處開始開挖地下廠房的時點為地下廠房土建階段起點，同時還從地表開挖一條進廠交通洞引至地下廠房中下部。地下廠房從上到下分層開挖，開挖的方式與通風洞和交通洞的掘進一樣采用巖土爆破，爆破下來的巖石碎渣沿通風洞運出地面并統一堆放，當開挖高程降到進廠交通洞平臺時，洞渣改由交通洞運出地面。進入機電安裝階段后，機組的定子、轉子等大型部件在安裝間平臺完成現場組裝，再用廠房橋式起重機吊裝至相應的機組安裝位置進行機組總裝。從機組肘管吊裝一直到上部發電機層的各部件安裝過程中，穿插土建實體和各廠房樓層的混凝土工程、以及副廠房段的各樓層混凝土工程。

2 土建階段

2.1 高風險作業安全管理

本階段起始時間為從通風洞至地下廠房頂部A處(見上圖1)，首次向地下廠房方向開挖時。結束時間點為地下廠房完成首臺機部位的開挖工作，具備首臺機尾水肘管吊裝條件。

從通風洞進入地下廠房范圍的首次爆破開始，整個地下廠房的開挖均采用爆破作業，其作業數量相當大、單次作業風險高，因此爆破作業管理作為本階段首要的高風險作業管理。本作業的管理要素包含民爆物資管理、作業現場管理兩個要素。

2.1.1 民爆物資管理

民爆物資主要分為雷管和炸藥兩類，其主管機關為當地公安機關，現行的管理要求梳理如下：一是民爆物資的提供方只能是具有公安機關認證的有資質的民爆公司；二是每筆民爆物資的購買必須同時在公安機關建卡登記；三是工地修建的民爆物資倉庫必須經公安機關驗收并由有資質的民爆公司管理；四是每筆民爆物資的使用情況必須登記流向，已出庫但未使用完的物資必須退庫保管。

基于此，對于民爆物資的管理應做到以下幾點，一是高度重視與當地公安機關建立良好的關系，就民爆物資的供應管理問題建立高效的溝通協調機制；二是在征地范圍內合適的地址建設完全符合標準的民爆物資倉庫并經公安機關驗收合格；三是充分調研當地民爆業務市場，最好以競爭性談判的方式選擇一家實力雄厚的有資質的民爆公司，目的是能順利實現民爆倉庫的規范化管理保證倉庫物資安全、能全天候保證民爆物資的采購供應而不影響現場作業面進度、能提供安全可靠規范的倉庫到作業現場的民爆物資發貨及退庫服務。

2.1.2 爆破作業現場管理

爆破作業通常采用連續作業制，每個作業循環為領用爆破物資、裝藥、爆破范圍內人員安全確認、起爆、散煙、出渣。現行管理要求強調操作人員要持有經公安機關認可的資質，當天領出庫但未使用完的爆破物資需退庫，有的地方的公安機關還要求作業現場需專門配備有資質的爆破監理單位。

基于此，作業現場管理首先要成立爆破作業管理小組，由業主、監理、施工單位爆破負責人組成：一是負責審查現場操作人員的資質，討論確定每個工作面的工作時段，以統籌協調每日爆破物資領用計劃，盡可能做到領出物資在一個工作時段內使用完畢，否則須監督確保該工作時段結束時立即退庫。二是負責監控每日爆破作業開展情況，及時掌握現場情況和統計匯總相關作業數據；其次要經管理小組批準設立每個工作面的領用民爆物資存放點和保管負責人，并在每個存放點統一規范存放容器和領用登記冊，確保領出民爆物資在現場存放、使用的規范安全管理。三是要在作業指導書中明確本作業面的爆破警戒線的位置和警戒責任人，確保每次爆破過程的人身安全；尤其在交通洞與地下廠房打通后，廠方區域的出入通道由單一通道變成了兩個通道，更要有針對性地設置爆破警戒線，避免人員誤入爆破區域，切實保證安全。四是在爆破孔口須設置合格的覆蓋物，控制爆破飛石的影響范圍，確保現場人員和設備機具不被飛石誤傷，尤其在安裝間的橋機大梁就位以后，必須嚴格控制以免爆破飛石傷及橋機。

2.2 需重點管理的作業

2.2.1 開挖過程中的預埋基礎安裝

后續建設將用到預埋錨桿有必要及時安裝的有：①通風洞進入廠房后拱頂的預埋錨桿及電動葫蘆滑軌，在下一步廠房開挖結束后混凝土工程開始時需作為混凝土搬運入廠房的主要通道；②安裝間上方拱頂的預埋錨桿，將用于廠房橋機大件就位安裝時的備用起重天錨；③廠房上游側壁在安裝間平臺高程的錨桿，將在廠房開挖結束后用于安裝從安裝間平臺通往地下廠房底部的棧橋，以作為屆時的施工通行通道；④懸臂吊車梁邊緣均布錨筋，用于下一步橋機軌道安裝作業時焊接安裝硬質臨邊防護欄；⑤懸臂吊車梁上方巖壁合適高度均布錨筋，用于懸臂吊車梁上作業時人員安全繩固定點。

2.2.2 預埋管件的質量

預埋管件的質量關鍵點在于埋設位置的準確性和管路焊縫的質量及焊縫保護。土建作業的位置精度一般情況下不能滿足機電專業的要求，且埋設管件若未經合理固定在混凝土振搗時也容易移位；因此，宜指定機電安裝單位負責預埋管路的位置校核和登記，并要求土建單位對已確認位置的管件進行高強度固定。管路焊接作業在初期應由業主聯合監理組成考核小組開展焊接工藝評定，并按照樣板工藝管理，所有焊接操作人員需通過工藝考核并按樣板工藝作業，初期對焊縫進行100%無損探傷檢查，質量穩定后可調整為部分抽查。對于管徑較小的壓力管路，必須按照樣板管理明確焊縫保護的方法和要求，以免在混凝土澆筑階段管路焊縫受力造成損壞。

3 土建和機電安裝并行階段

本階段開始時間點為首臺機組尾水肘管吊裝時，此時地下廠房土建開挖已基本完成(即廠房內爆破作業結束)。進入本階段后，首臺機組尾水肘管和蝸殼將依次吊裝并固定，然后進行混凝土澆筑前的腳手架搭設和模板安裝。所有機組都澆筑混凝土至蝸殼層之后，再從首臺機開始，安裝機坑里襯，然后澆筑混凝土至更上一層樓板，如此按機組順序循環作業，直至地下廠房主機段澆筑至發電機層，本階段結束。故本階段最顯著的特點是地下廠房主機段的機電安裝與土建混凝土澆筑作業頻繁交叉進行，澆筑過程中隨樓板增高將進行大量高凈空的腳手架搭設和拆除作業。

3.1 高風險作業安全管理

3.1.1 廠房橋式起重機的管理

本階段，機組大件的吊運和廠房主機段混凝土罐的吊運將產生大量的起重吊運需求，故地下廠房橋式起重機的吊運作業為本階段首要的高風險作業。為此，首先要明確機電安裝單位為廠房橋機的運行管理單位，負責橋機的調度使用、吊裝作業和定期維護，責成其嚴格開展臺賬規范建檔、特種設備取證、操作人員資質審查、維護記錄建檔等工作；其次吊裝物料前按照橋機技術參數完成荷載試驗；敷設安裝廠房機組段的懸臂吊車梁上的橋機軌道前，在預埋錨筋上焊接安裝硬質臨邊防護欄；此外，本階段地下廠房由于通風條件限制，濕度較大，且由于土建并行施工，粉塵較多，橋機控制柜為精密PLC原件易受潮造成功能失效，必須定期檢查橋機控制柜的防塵密封情況，以及柜內除濕空調的運轉是否正常。

3.1.2 腳手架管理

在廠房混凝土澆筑成型前，混凝土模板和實體混凝土的重量完全靠腳手架承擔。在國內其他工程中，有過多起因腳手架搭設不牢造成坍塌事故的先例，腳手架作業面為本階段第二項高風險作業。因此，首先要把好材料質量關，尤其是腳手架聯結搭扣，須采用多頻次檢查等手段確保不使用有裂紋的帶傷搭扣件，同時拆除腳手架時嚴禁將搭扣從高空扔下；其次把好架子工資質關，對于進場施工的架子工必須嚴格檢查資質證書，并在施工前按樣板工藝管理，考核合格后方可進行現場施工；三是嚴把成品檢查關，對搭建好的每個腳手架必須經專門人員檢查驗收合格后，方可掛牌使用。

3.2 本階段需重點管理的作業

3.2.1 施工通風

當廠房上部的通風洞和中部的交通洞均與廠房連通時，地下廠房具備與地表進行進、出風換氣的自流氣流組織條件，為改善地下廠房施工環境和控制濕度，必須在此階段按氣流自流特點投運機械送、排風方式的施工通風措施。考慮到與下階段機電安裝的連續性，該施工通風措施由機電安裝單位負責。實踐表明，因地下廠房的高程低于地表，廠房內部與地表外界的空氣自流關系為：外界氣溫較低時，地下廠房氣壓高于通風洞外氣壓，氣流的煙囪效應明顯，氣流自流方向為從中部交通洞及下部各洞室進入廠房，向廠房頂部經通風洞排出，按照機械排風方向與自然通風方向一致的原則，只需在通風洞近廠房位置設置向廠房外鼓風的軸流風機，并根據計算的風量數據選用風機型號。外界氣溫較高時，地下廠房氣壓低于或接近于通風洞外氣壓，氣流的煙囪效應受到抑制，氣流的自流方向為從通風洞向下進入廠房，故此時應在通風洞近廠房位置設置向廠房方向鼓風的軸流風機。為加強換氣效果，還可在廠房最底部的排水主洞設置向廠房外鼓風的軸流風機，以形成廠房上進下出的氣流組織。此外，廠房內氣流不暢的局部工作面，還可設置移動式的若干軸流風機以改善工作面空氣質量。

3.2.2 排水通道

本階段地下廠房底部最低處的排水主洞應該已經貫通至廠房，應盡快完成排水主洞相關尾工，并清理過水通道上雜物，使得排水主洞具備過水條件；同時，對廠房內的巖壁滲漏水、施工排水和經通風洞和交通洞流入廠房的排水需進行有組織排水，并暢通地引入廠房底部的排水主洞統一排出廠房以外。由于以上排水在本階段含泥沙較多，必須由排水主洞施工單位定期(以半月或1月為宜)對排水主洞實施清淤工作，保證排水主洞始終暢通。

此外，廠房主機段各層混凝土樓板均設有排水溝、落水孔及落水管，這些部位屬于土建工程的細節部位往往被施工人員忽視。海蓄工程實施過程中曾發現多處落水孔邊緣高于排水溝底板或預埋落水管被泥沙堵塞，導致排水溝積水甚至外溢的情況；因此，在管理上重點抓混凝土主體質量的同時，對這種細節必須引起高度重視，要確保排水功能從一開始就正常運轉，避免積水污染施工作業面甚至帶來擴大性的安全隱患。

4 機電安裝調試階段

本階段地下廠房主機段澆筑至發電機層后，土建主體工作完成，至此進入以機電安裝及調試為主的階段。其主要工作包括機組段的各部分設備安裝、副廠房的公用設備安裝、各設備間的線纜敷設和聯結、各設備分步的靜態調試、各設備陸續通電通水建壓、機組的無水有水調試，直至機組投入試運行。

4.1 高風險作業安全管理

4.1.1 上下游水道充水后的安全管理

上游水道充水是在全場進水球閥主體安裝完成后進行，上游水道充水后完全依靠球閥密封防止上庫壓力水進入廠房。為保證安全，全廠球閥必須可靠鎖定在關閉位置，上游密封投入腔保持壓力且投入機械鎖定，同時球閥區域要設置工業視頻監視，將監視信號接入中控室以及時發現異常；下游尾水道充水后，全廠尾水閘門門葉必須鎖定在關閉位置，其液壓操作機構需泄壓并切斷動力電源。

4.1.2 導水葉調試期間水輪機坑內工作安全管理

導水葉動作試驗時由液壓機構驅動控制環旋轉，水輪機坑內為安裝工作面，存在夾傷人員的風險，必須在水輪機坑進門處設置柵欄門，并在每次導水葉動作試驗時專人值守防止人員誤入受傷。

4.1.3 400 V動力盤柜上電前后的安全管理

400 V動力盤尤其是沒有安裝在獨立配電間的配電盤，上電前必須納入運行管理設備，執行上電申請單批準手續；上電操作由運行人員執行操作票制度并實施；上電后按運行設備設置遮攔、懸掛“有電危險”警示標志、開關設備上鎖、饋線柜貼封條；帶電后的后續安裝、調試工作需執行兩票制度。

4.1.4 壓力設備建壓前后的安全管理

壓力設備建壓前必須納入運行管理設備，執行建壓申請單審批手續；建壓操作由運行人員執行操作票制度并實施；初次建壓應在較低氣壓停止，檢查接頭、管路、閥門、壓力表正常后，方可緩慢加壓至額定壓力；建壓后按運行設備管理要求，設置遮攔，相關閥門上鎖，并懸掛“禁止操作”標志。

4.1.5 機組調試時誤跳主變風險管理

該階段風險管理：一是在一次主回路上將換相刀以及勵磁盤柜交流進線開關作為隔離點，做好各項隔離措施；二是梳理出全部機組跳主變的硬布線端子，臨時解開端子切斷跳閘回路并逐一登記入二次措施單。

4.1.6機組調試時其他機組安裝工作誤跳本機風險管理

調試機組單機調試階段，梳理出全部外部跳本機的硬布線端子，臨時解開端子切斷跳閘回路并逐一登記入二次措施單；直至進行SFC拖動試驗或者與相鄰機組進行背靠背拖動試驗時才接回相關的端子。值得注意的是，為避免遺漏，以上所有解開的端子除了注意登記入二次措施單之外，還需在逐一端子本體上掛牌管理，實行雙重索引。

4.2 本階段需重點管理的作業

4.2.1 本階段機電土建的交叉工作

該階段一是副廠房墻面拋光、粉刷工作將產生大量粉塵，須在副廠房機電設備就位前完成以避免粉塵污染機電設備；二是副廠房拱頂的屋頂網架一旦形成，應馬上安排通風設備基礎面和通風通道的施工和動力電源電纜敷設、盤柜安裝，并盡快完成，便于廠房永久通風盡快形成；三是安裝于副廠房較低樓層的空壓機、冷水機等設備體積較大，該部位搬運通道上的土建門洞須待設備完全就位后再砌墻；四是機坑上部上機架支腿基礎的澆筑作業，必須預埋排氣管以確保基礎澆筑密實，避免出現內部空腔；五是洞內GIS設備安裝前，其安裝地面要由土建額外完成地面的無塵處理，保證高壓設備安裝環境的空氣顆粒度合格。

4.2.2 發電機定子端部匯流環安裝

定子端部匯流環數量較多，安裝位置狹窄。廠家到貨的匯流環材料為固定長度的銅環并已經完成絕緣包裹，需要在現場測量尺寸后再切割合適的長度進行安裝固定，連接處需要進行現場手包絕緣，并涂刷半導體漆和絕緣面漆處理。此處易出現的問題：一是現場手包絕緣工藝不到位，導致絕緣強度不夠；二是半導體漆涂刷超范圍，導致淌滴到相鄰銅環表面或淌流入固定夾具縫隙且與金屬螺桿接觸導致接地；三是切割的銅環存在尺寸偏差導致絕緣包裹處與固定夾具的金屬螺帽距離過近產生爬電。這些問題應通過現場嚴格監理和階段性驗收，及時發現并處理；否則，一旦所有匯流環完成連接后再發現絕緣問題，將造成難度極大的返工。甚至由于返工時切割銅環或夾具基礎產生的金屬熔渣可能損傷附近的定子線棒絕緣，造成問題擴大。

4.2.3 轉子滑環表面的保護和碳刷初期打磨

轉子滑環表面在出廠時已經過精加工，要求其表面不得有細微毛刺，以避免在與碳刷摩擦時在碳刷接觸面形成劃痕而產生局部過熱或形成電弧。在轉子滑環安裝過程中，對滑環表面必須切實保護：一是防止硬物碰撞產生凹痕；二是對滑環與轉子間引線進行絕緣處理時，要避免絕緣環氧漆滴落在滑環表面，否則一旦細微的環氧漆在滑環表面固化后，將產生與加工面毛刺一樣的作用，在碳刷接觸面造成劃痕。碳刷安裝到滑環表面前，按廠家要求需要先進行手工打磨以形成與滑環表面吻合的弧度，但海蓄工程的實踐表明，利用機組沖轉試驗直接用滑環對碳刷打磨，可以在碳刷表面形成合格的打磨面，并不需要預先進行手工打磨。

4.2.4 機組首次轉動前注意事項

(1)上游水道沖洗時要經球閥前排水，球閥前排沙閥設置專門的排沖洗水道的通道，保護球閥前排空針閥不被堵塞。

(2)水輪機段充水時，要制訂專門的方案逐步排氣，保證水輪機各管路內無氣體殘留；否則在機組轉動時，會產生有害的周期性振動。

(3)初次轉動時，先斷開機械剎車電源，防止失速時誤投機械剎車，待檢測確認到5%轉速投機械剎車信號正常發出，且機械剎車控制裝置可正常收到投入信號后，再恢復機械剎車電源。

4.2.5 機組首次并網前的相序核對

機組同期裝置判斷機端和網側電量相位的原理是，測量機端和網端的相同一組線電壓向量進行比較，發電工況時若相角相同或抽水工況時若相角相反則認為是兩側電量各相相位相同。在此原理下，發電工況時無論取AB線電壓還是取BC線電壓還是取CA線電壓進行比較都可完成判斷兩側是否同相；然而，由于抽水工況時換相刀切換了實際的一次回路，變成了機端A相與網側C相相連、機端C相與網側A相相連，此時只能取兩側AC線電壓進行比較。即，當且僅當兩側AC線電壓反向時，兩側電量各相相位相同，若取AB或BC線電壓比較，則會導致同期裝置非同期合閘。但實踐中，設計單位因運行經驗欠缺，可能忽略這一抽水蓄能機組的獨特性，而在設計圖紙上沿用常規水電的經驗誤設計為取AB線電壓，這將造成非同期合閘的嚴重后果。

解決方案：一是將取AC線電壓作為同期裝置的判據列為抽水蓄能電站標準設計，以便設計審查階段及時發現問題；二是在發電和抽水兩種工況各自的首次并網試驗前均必須先進行模擬并網試驗，以檢查同期裝置動作時兩側電量是否真實各相同相；三是檢查兩側電量是否各相同相的手段必須是利用繼電保護故障錄波裝置錄取同期時刻機端和主變低壓側的三相電壓波形，而不能僅僅看同期裝置是否啟動同期，以準確進行核相分析。

4.2.6 調試現場管理

機組一旦進入有水動態調試，其工作特點一是將成為項持續進行的一項大工作量工作，包括大大小小約96項調試試驗項目，連續進行時間跨度為1～1.5個月，期間周六日多數須連續工作；二是計劃的變動可能性大，各個項目在實施時受若干前置條件影響，其中涉及到并網的試驗還受電力調度安排變化的影響；三是調試期間可能出現各種需要緊急處理的情況，如管路堵塞、壓力水泄漏、透平油泄漏、接線錯誤、設備或元部件動作異常原因等，需要各專業人員隨時待命配合調試人員以最快速度排除問題，以保證調試工作持續推進。

為協調解決以上工作需求和矛盾，海蓄實行了調試日會管理制度，每個調試工作日早上在調試現場召開，協調各方解決問題：一是成立調試工作組，確定業主、監理、設計、安裝單位、機組廠家、調試團隊及其代表參加早會，并根據調試工作進度做好參會人員排班表；二是會議主持由業主方分管機電專業的項目副經理或授權人員擔任，以提高會議和決策的效率；三是安裝單位在滿足其它機組設備安裝需求的同時，根據每日進度計劃安排相應專業的搶修隊伍和物資在調試現場待命；四是業主機電專業管理人員按設備主人分工各自負責相應的設備系統并準備圖紙等技術資料、備品備件、工器具等，以提供查找故障時的全面技術支持；五是業主運行單位設置專門的負責配合調試的值長工作小組，專門配合調試的各項操作和與電力調度臺的溝通協調；六是設立專人擔任調試組秘書，負責記錄會議紀要和每日調試日志，形成按日閉環的工作機制；七是高度重視與電力調度的溝通協調，提前向調度溝通說明試驗計劃、工作方案和風險防范措施，與調度制定適合雙方工作習慣的信息傳遞機制，建立良好的合作關系。

5 結 語

水電站工程建設的特點為工期長、作業面專業多樣、現場情況復雜，完建一個工程即對工程中的得失經驗進行總結可以得到一筆寶貴的組織過程資產。海蓄工程的建設經驗總結集中在地下廠房工程，且總結的角度偏于機電專業或偏于機電對土建專業的要求和影響；因此，對地下廠房工程站在土建角度進一步的總結，或針對電站其他部位的工程總結，尚有很大的探討研究空間。