基于質量風險管控的發電機改造項目管理

陳富杰，李 楊，錢厚軍，沈衛玲，陳子明，馮勇勝，郭桐岳，程義巖

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

秦一廠是中國大陸自主設計、建造、運行管理的第一座壓水堆核電廠，于1991年12月15日并網發電。機組常規島所采用的發電機為30萬千瓦雙水內冷汽輪隱極同步發電機，原型號為QFS-310-2，設計壽命為30年。因秦一廠30萬千瓦級機組運行許可證延續，于2018年完成常規島更新項目，為國內核電機組增容改造工程開創先例，其中通過對發電機進行優化升級改造來滿足延壽要求，達到提高運行功率、安全性、發電量及電廠經濟的目標。發電機改造是一項復雜的系統工程，涉及發電機本體的重新設計、發電機定轉子部件的制造、發電機定轉子部件的現場安裝施工，每一個環節都不允許出現質量問題及進度偏差。本文對發電機改造項目的設計、制造及施工內容進行了闡述，重點介紹項目團隊在項目實施過程中，從質量風險管控角度分析并管控改造項目各個環節中存在的風險點，以確保項目的順利實施。

1 發電機改造項目概述

秦一廠發電機增容改造前提為原有設備結構基礎不變，即定子基礎不變、定子鐵心不變、轉子鍛件不變、定子鐵心和機座連接方式不變、冷卻方式不變、發電機本體基礎不變等，增容改造后，發電機額定容量為389 MVA，額定有功功率為350 MW，改造項目包括以下內容：

1)發電機本體設計及改造，包括定子繞組及固定結構、轉子繞組及固定結構等；

2)發電機本體未更新改造部件的常規檢修工作，包括大護環、小護環、中心探傷等；

3)發電機轉子返廠改造及動平衡試驗；

4)三機交流有刷勵磁改造為靜態勵磁，勵磁系統設計及改造；

5)發電機本體監測系統設計及改造；

6)發電機現場高壓電氣試驗；

7)發電機總裝配、調試、性能試驗。

項目從2015年開始可行性調研工作；2016年對EPC項目實施及采購范圍分析討論；并于2017年簽訂EPC合同；2018年2月28日，秦一廠30萬千瓦級機組118大修期間實施現場改造工作；2018年7月27日機組首次并網發電。

2 發電機改造項目實施

2.1 發電機改造項目的設計

發電機改造在原有結構基礎上遵循“電磁五不變”的原則，即額定電壓18 kV、電機主尺寸、定轉子槽數、定轉子槽形、定子硅鋼片和轉子鍛件不變。改造后應達到以下技術要求：

1)發電機額定容量由367 MVA提高到389 MVA；

2)改造后發電機額定工況下發電機效率保證值為98.85%；

3)配備局部放電在線監測系統和絕緣過熱監測系統，達到對發電機運行狀況的更精確的實時在線監測；

4)額定運行工況下發電機各部分溫升不超過GB/T 7064—2017《隱極同步發電機技術要求》要求；

5)定子繞組槽內埋置測溫元件溫度不高于85 ℃，并與改造前比較不應有明顯升高；

6)定子鐵心溫度限值為120 ℃，并與改造前比較不應有明顯升高；

7)定轉水冷線圈出水最高溫度限制為85 ℃，并與改造前比較不應有明顯升高；

8)進相運行能力：在超前功率因數0.95時連續運行。

改造項目的設計工作在不影響安全和改造效果的前提下，盡可能利用原有設備，減少改造工作量。在接口設計上，滿足改造部件適應非改造部件的原則，具體設計內容如圖1所示。

圖1 設計內容

2.2 發電機定轉子線棒制造

在制造環節，主要為發電機定轉子線棒的生產加工，由于發電機的定轉子線棒是發電機核心部件，因此也是改造項目質量控制的核心內容。從原材料加工到后期的線圈成型，主要有“定子線棒原材料實心銅線制造”“定子線棒原材料空心銅線制造”“定子線棒成型”“轉子線棒原材料制造”四個部分，包括以下關鍵工序步驟：原材料(成分、電導率、晶粒度)檢查、金相檢查、渦流探傷、氣壓密封性試驗、性能試驗(抗拉強度、延伸率、電阻率、微觀檢查、彎曲試驗及硬度)、絕緣性能試驗、定子線圈膠化成型、尺寸檢查、水性能試驗及高壓電氣試驗等。針對這些關鍵工藝流程，項目組分別編制專項質量計劃進行質量管控，深入制造工藝環節，把控關鍵制造節點，對工藝規范及標準進行審查，保證發電機改造核心部件的制造質量。通過開展專題技術會議評估工藝風險、編制行動項進行跟蹤落實，最終共完成108根定子線棒及32根轉子線圈的制造及驗收試驗，驗收試驗一次合格。

表1 質量計劃

2.3 發電機轉子返廠改造及動平衡

轉子改造內容主要包括機械性能試驗、轉子嵌線、超速動平衡調校、護環葉片探傷、水性能試驗及電氣交接試驗等工藝環節，其中施工難點為發電機轉子出廠的動平衡調校。由于廠家的調校標準為新機出廠標準即3000 r/min下振動值≤50 μm(高于GB/T 7064—2017《隱極同步發電機技術要求》規定的80 μm)，而改造轉子屬于老機轉子，調校工作存在標準嚴格、配重復雜等難點。期間轉子共經歷24次開車，多次發生發電機轉子動平衡通頻數據超標，且2倍頻振動分量偏大。通過反復配重、更換測振探頭、更換超速車間多種方式，最終校調合格。汽端軸振最大47 μm，勵端軸振最大49 μm，在機組并網運行后，轉子現場運行軸振達到歷史最優水平。

2.4 發電機定子現場施工

發電機定子現場施工主要分專項準備及實施兩階段。準備階段包含：物資吊運、場地規劃、腳手架搭設(貨架)、方案編制、工種協調、承包商管理等；實施階段包括：發電機常規解體、第一次鐵耗試驗、舊結構件及線棒拆除、定子鐵心檢查及第二次鐵耗試驗、新結構件及線棒安裝、端部整體灌膠、水性能試驗、第三次鐵耗試驗、熱水流烘焙及電氣交接試驗。貫穿整個施工環節的難點在于涉及專業多、協調工作量大及資源有限，為此項目組編制專項方案及計劃：《秦一廠30萬機組常規島改造項目發電機本體現場施工方案》《發電機定子現場改造施工質量計劃》及《秦一廠30萬發電機機組更新改造施工計劃》，深入施工環節，管控整個定子現場施工的質量、安全和進度風險，保證施工節點順利推進，最終成功一次性完成定子驗收試驗。

3 項目質量風險管理

針對上述發電機改造項目的設計、制造及施工，為了確保項目質量，項目團隊分析各個環節的質量風險，對關鍵工序步驟進行風險識別，分析質量風險存在的操作工藝，以及風險后果。制定管控措施，提高質量見證級別，有效地規避了各類風險的產生，風險識別如表2所示。

表2 質量風險識別

針對項目各環節中的質量風險，主要采取的管控手段如下：

1)建立“三會”制度管理機制：設計聯絡會、專家評審會和雙周例會形成了良好的例會管理制度。設計聯絡會和專家評審會主要解決設計環節的風險，雙周例會管控制造及施工環節的進度風險、行動項跟蹤、協調配合、問題解決等，確保技術交底到位，做到不返工、不遺漏。通過具體的行動項進行跟蹤落實，將責任和任務落到實處，并定期進行審查和反饋，盡可能減少和疏通了在項目溝通階段過程中存在的困難和阻力。

2)預估風險及管控措施：通過提前識別質量風險點，形成《項目質量控制風險計劃》貫穿整個制造及施工環節，結合網絡計劃、施工方案、質量計劃，形成有效的質量風險管控手段。

3)開展專項培訓：設置專項培訓員，負責檢修人員的技能、授權、制度、流程及安全培訓教育，針對檢修工作，使得檢修人員熟悉個人的施工職責及任務，提前暴露出項目準備階段的問題，保證施工順利。

4)管理模式扁平化：構建一種可靠的且具有最少層次的結構，通過縮短上下級之間的距離，減少中間管理層，最后能盡可能擁有一個“平面”的組織。一方面是因為項目參與方之間傳遞信息更加直接方便，管理層次少，傳遞信息速度快，能使各項目參與方聯系信息時更加趨于一體化、更緊密，減少了很多行動與決策之間的延誤，更快地對工程項目情況的動態變化做出反應。

5)優化項目組織結構：明確機構的縱向層次及職責包括領導層、協調管理層及實施層，加強機構的橫向強度，例如設置不同專項人員解決專項中的各種問題包括“人、機、料、法、環”等方面，做到“點對點、負接口”，保證信息傳遞的有效性，提高組織機構的專業化程度及項目管理能力。

4 結束語

秦一廠30萬千瓦級機組發電機改造項目基于專業的質量風險管控手段，深入項目設計、制造及施工的管理環節中，達到了降低風險，保證質量，提高效率的目的。并網后，發電機整體運行狀態優良，各溫升余量較大，滿足設計技術要求。成功為國內核電機組的發電機改造工程開創先例，具有重要的示范意義，也為類似的改造工程提供良好的管理經驗。