水电设备的质量保证

[澳大利亚] J.H.古默尔

王晓棠 译自英刊《水电与大坝》2009年第5期

通常,只有当设备着手安装时,机电专家才开始关注其质量问题,这就大错特错了。事实上,一系列重大决策和重要事件远比现场安装重要,后者只是一种结果。虽然现场质量控制很重要,应该正确执行和监督,但是,再怎么进行现场检查也不能弥补不恰当的规范、不良设计或未发现的重大制造误差。

在项目的一开始就必须建立质量控制体系,并在整个规范、设计、制造、安装和调试阶段,直到运行和维修期间都应进行质量控制。这包括完整、清楚的调试记录、竣工文件和竣工图,以及全面而有条理的运行和维修手册。如果没有这些,就难以保证电站的正常运行,并可能潜在着危险。

水电设施设计和制造的许多重大决定由客户做出。传统的客户或是最终用户,或是工程师。最近,这种情况已发生改变,越来越多的客户成为工程管理单位(PMU),并得到专家小组(POE),以及各方利益集团的帮助。

而传统的客户或工程师是实体,他们都可以追究概念设计和最重要的制造控制的质量问题,PMU和 POE是个临时组织,可能只存在于工程的早期,并在通常为 8～10a的工程酝酿期内要经受许多变化。本文中,术语客户泛指 PMU、终端用户和工程师。

1 可行性和初步设计阶段的质量控制

工程的可行性和初步设计阶段很少会考虑机电设备的质量控制问题。但是,正是在这一阶段,做出了许多影响最终设备的重大决策,如果决策不当,这些不可逆转的决定将使工程在整个使用期内都受到困扰。

在可行性阶段,一般要选择设备的类型和布置。对于中高水头水电站,冲击式水轮机组维修和运行的优势,与混流式水轮机组土建费用较低和峰值效率较高是处在同等重要位置的。轴流定桨式水轮机组结构简单且造价低,可与宽范围运行的转桨式水轮机组相媲美。

修建调压室时,除了需要将其与机组转动惯量较高进行比较以外,还要对用进水口阀提供水力隔离和用机组断路器提供电气隔离的优缺点进行评价。

在可行性和初步设计阶段,最重要的决策是决定采用地下式厂房还是地面式厂房,是否需要溢流设施,如泄水闸和排水设施,以及水库底孔等,并确定其容量。

作出这些重大决策之后便要确定设备的规格以及最终的设计和制造方案。现存答案一般是不会有的,最终的配置要综合考虑经济、运行要求和先例。

水电站自然以土建为主,因为通常土建费用占工程费用的 80%～90%。因此,在可行性阶段常常是强调土建,而将机电设备放在较后阶段考虑。必须记住,水电站建设的最终目标是发电和控制水流,两者都高度依赖于所选择的设备是否合适。因此,与设备选择和布置有关的决策应受到与土建部分同样的重视,应以综合报告的形式提出。

在设备选择中经济发挥着重要作用,其经济分析的基础必须考虑设施未来的潜在作用,这就必须注重当前的趋势,诸如高峰电力所需要的额外费用、支配能源销售的竞争性趋势,以及对电网的快速响应等等,同时电网必须容纳不断增加的可再生能源的电量。

可行性方案应尽可能多。虽然顾问的年龄与经验很重要,新的思想与发展同样重要,尤其在迅速发展的控制与监测领域。应征求领先设备制造厂的意见,并在适当的场合将这种意见结合起来。另外也应谨慎地采用先进的边沿技术。

2 规范和招投标

2.1 商业考虑

设备规范应反映可行性和初步设计阶段研究的结论。许多项目已不可更改,尤其是如果可行性阶段已经通过了贷款机构和专家组的审查批准。因此,应将设备规范视为可行性报告的延伸,将其作为保证前阶段做出的决策在设备采购和制造中得到实施的一种手段。

但也应认识到,在开始制定设备规范之前,必须做出会影响最终产品质量的重大决策,无论是直接的因为不合适或不现实的条件,还是间接的因为将来合同会有碍计划的实施。

2.1.1 合同的分解和数目

有许多替代方案,涉及从一个工程的成套机电设备的单一合同(包括水轮机、发电机、变压器、水工闸门、辅助设备等)到每项设备的分项合同。通常认为,将合同分为较小的子合同可降低单价,但同时却会遭遇投标成本,以及合同管理、项目协调和供货限制等问题。谨记,在总承包合同中,仍然有合同管理和项目协调费用,只是被转移给了承包商,而且还会被承包商抬高。

最终决策确实决定于投标机构的实力和能力,或者其代表的实力和能力。如果投标机构实力很强且有经验,则显然其协调能力要远远强于没有经验的小机构。如有可能,合同数目要尽可能少。

2.1.2 一般商务合同的条件

如果合同资金全部或部分来自一家国际借贷机构,则它们可能希望加进自己的一般合同条件。这些条件可能适合、也可能不适合所计划的工程,还可能要求补充条款,以适应目前工程的特定要求。

作者认为已得到广泛应用的“FIDIC(国际咨询工程师联合会)机电工程合同条件”不错。在大多数情况下,不需做重大修改,尤其是投标机构,咨询公司和承包商对其都很了解。

2.1.3 资格预审

资格预审即是将投标人的数目减少到仅限于那些能真正完成这项工作的投标人,在理论上是降低要求的评标工作量。评标过程尤其与特殊设备,或者与在特定条件下运行的标准设备有关。在过去,当设备制造商很多时,资格预审过程是必要的,以缩小范围。但是,通过主要厂商最近的兼并和收购,在当今的商业环境中,对资格预审问题提出质疑是公正的。资格预审的基本问题是,一旦对一个可能的投标人进行资格预审,如果他的投标价格最低,重大问题上不背离该规范,则几乎不可能拒绝他的投标。这可能不利于使工程获得最好的设备。

在资格预审中,根据随标书提交的关于其过去经验的证书,接受或拒绝投标人。根据作者的经验,一旦涉及资金问题,都会找到种种借口和理由使报价最低的投标人得以通过。无论是资格预审、资格后审或不经过资格审查,重要的是要有有效的办法来检查资格文件,尤其当投标人不是国际领先企业时。

2.2 技术规范

其实,设备规范的技术条款不应是从规范文库中收集词汇。每个工程各有自己的特点,这些特点应反映在合适的技术条款中,尽量避免冗长、含糊不清的陈述。

应尽可能多地使用国际标准,如 IEC、ISO、FEM等,而且不需解释。技术规范应有结构并应遵循准确的导则,诸如水轮机、水泵水轮机和蓄能泵的技术规范,IEC标准 IEC/TR 61366-1到 IEC/TR 61366-7等。发电机的技术规范则应参照 IEC 34。但是,它们只是提供一个框架,规范的内容在该框架上形成。根据过去类似设备的经验,内容应包括该方案的特性、设计和制造要求,以及客户偏爱。

技术规范必须反映可行性工作的考虑和结论,最好将可能引起争议的条款作为方案包括在规范中,因为如果招标按照贷款机构的规则,在投标分析阶段将其提出就会很困难。

技术规范的要点是清楚地表明客户或客户代表有权介入设计审批、制造和安装检查以及调试。应清楚地说明客户审查所需的图纸和文件,以便于客户迅速和及时地进行分析和回答。客户审查设计时要考虑到设备的性能。显然,向一个指定的制造商订购一台正常水头 150m、60MW机组和订购一台750MW机组,对前一客户审查的要求就要低。无论如何,客户审查的目标是应确保设备符合规范,并在多个合同的情况下,客户审查应与对其他承包商的审查一致,而且决不应减轻该承包商的责任。

虽然贷款机构可能并不赞成这样做,但可以向专门的厂家明确专有设备的质量要求,尤其对于辅助设备,如闸门、开关装置、泵、电动机等。

3 制造、安装和调试

人们通常将制造、安装和调试作为质量控制的重点。但是,正如以上所讨论的,在制造、安装和调试之前就要进行质量控制。通过技术规范,应该已经很清楚质量保证的范围和根据客户要求明确的质量控制标准。因此,将规范要求编入质量计划(该计划将成为所有制造和现场检查的基础)的责任在承包商及参与其中的客户及其代表。

制造与安装的质检至少要参照 ISO 9001-2000及其有关的标准。该标准涉及承包商质量保证部门的结构,尤其是承包商用来记录工程进展和质量的系统。ISO并不证明任何组织符合 ISO 9001-2000,这是认证机构的职责,通常由商业检验机构如德国莱茵质量认证机构(TUV)和劳埃德船级社进行认证。证明一个机构符合 ISO 9001-2000并不保证其任何特定项目的质量,它只肯定该机构在设计和制造设施方面具备生产高质量产品的条件。

这不是低估 ISO 9001-2000标准。一家花了时间和精力取得资格认证的公司,显然比没有取得资格的公司对质量要求了解得更多。但是,任何客户必须理解该标准的局限性和力度,必须采取适当的措施,以保证该标准涵盖设备规范的特定要求。

作为论证过程的一部分,ISO 9001-2000要求由论证机构对制造商进行审查。这将涉及评审制造商质量保证机构的结构、其质量控制方案以及质量保证的过程和质量控制文档的处理。该审查与产品无关,例如并不肯定制造商的质量保证方案适合于产品(如水轮机)的制造。如果上面所谈到的承包商是一家国际认可的水轮机制造商,所有设备均必须在其本国工厂制造,则这种审查隐含着检查其国内工厂是否能生产出质量合格的该类产品。但是,当雇用许多分包商时,或者当总承包商是一个商行、且产品的质量保证依赖其他公司时,情况就更加模糊。随着全球化的推进,总承包商可能选择其在全球的不同机构制造主要部件,其中有些机构可能并不处于其完全控制之下。因此,如果有任何疑问,客户应安排亲自审查由产品生产承包商指定的实际机构,这样便可保证各机构的质量保证和质量控制方案适合于那里的产品的生产。客户的任何独立审查应与主承包商一起进行。

作为技术规范要求的组成部分,承包商应为所有主要部件的制造与安装制订检测(PIT)计划。一般用表格来表示材料、制造和功能测试的范围。PIT实际上是一个清单,应以规定的标准、工艺和验收标准的书面程序加以补充。同样,PIT的范围应取决于产品,例如,一台标准的水轮机质量控制要求应不同于一台技术领先的尖端水轮机。

因此,质量保证的计划 -实施 -检查 -行动(PDCA)的休哈特循环(Shewhart Cycle)的各个环节,客户或多或少应参与,以确保在最后检查时不出意外,或者当设备送达现场时不会感到更糟。

客户检查可由客户方进行,也可由签订合同的机构进行。在这两种情况下,参与人员都应专业过硬、经验丰富,且只有通过与承包商的质量保证人员相互沟通,客户代表才能发挥出应有的作用。在聘用商业检验机构时,客户必须认识到,其中最负责任的机构不会赶进度,他们将报告进展情况,通常是与一项总制造计划有关的情况。这些机构理所当然地认为,加快进度与质量保证相冲突。因此,如果需要加快进度,必须采取措施。必要行动的主体就是客户自己。在采取这种行动时,客户必须认识到,加快进度可能会使质量受到影响,必须权衡加快进度带来的效益与增加质量监督的费用。

4 运行与维修

在持续的质量保证中,一整套设备运行和维修文件是必不可少的。

运行与维修说明书应简明扼要,以便于设备的应用和有关设备安装。应从标准设备手册中删除未使用的方案,所有列出的数据应与调试过程中进行的测量相对应。最终的图纸和设计文件应为竣工图和竣工文件,应清楚地表示与原始设计的任何偏差。

客户应严格遵守运行与维修规程,即使该规程有可能与发电的紧急要求相冲突,也必须遵守在规范和设计阶段确定的运行限制。随着时间的推移,设置这些限制的理由可能已被遗忘,但是,它们对于限制过渡过程、减少粗暴的运行和控制空化仍然有效。应按照制造商的要求严格进行定期维修,并应尽快更换已损坏的或功能丧失的部件。在电厂运行期间的质量保证与验收之前的质量保证在本质上同等重要,随着电厂役龄的增长,质量保证应进一步加强。

5 结 语

质量保证是一个复杂的、多因素的课题,它涉及到水电设备的规范、设计、制造、安装调试和最终的运行和维修的所有方面。如果把握得当,最终用户得到的产品便是最好的和“最中用”的。

质量保证不仅与制造或安装有关,而且牵涉到工作的所有方面。