海南琼中抽水蓄能电站地下厂房建设的精益管理

孙立群，张 丹

(海南蓄能发电有限公司，海南海口570100)

1 工程建设概况

海南琼中抽水蓄能电站(以下简称“海蓄”)是南方电网在海南省全资建设的首个抽水蓄能电站，于2013年2月获国家发改委核准，于2018年7月实现全面投产，电站从开工建设到首台机发电仅用45个月，比国家核准文件批复计划提前了6个月，比国内目前建设最快抽水蓄能电站快了3个月，创造了抽水蓄能电站建设工期的新纪录。笔者参与了海蓄建设的全过程，对海蓄在建设过程中遇到的问题和现场解决的经验进行总结，纳入精益成果共享库形成组织过程资产，使标杆电站看得见、摸得着，逐步构建标杆电站模型。利用这些成果，可实现在后续电站工程建设的现场管理实践中，有的放矢地识别管理重点，将精力用到刀刃上，做到精益管理的“精”；明确现场作业的特点和风险点，切实高效提升后续项目的管理活动质量，做到精益管理的“益”。

本文聚焦于海蓄地下厂房(见图1、2)工程建设的全过程，按时间先后顺序将其分为土建阶段、土建与机电并存阶段和机电安装调试三个阶段分别进行总结，每个阶段首先分析其与安全攸关的高风险作业并总结其风险管控措施，再对本阶段重点管理作业中发生过或值得注意的问题进行阐述，说明其管理重点和方法，力图将整个地下工程建设的经验进行梳理分类，做到问题明确、解题清晰。

图1 地下厂房三维透视图一

图2 地下厂房三维透视图二

如图1、2所示，电站地下厂房为位于地下的一个立方体空间，内部分为安装间段、机组段和副厂房段三个部分。施工方法为先从地表开挖一条通风洞至地下厂房顶部A处，从该处开始开挖地下厂房的时点为地下厂房土建阶段起点，同时还从地表开挖一条进厂交通洞引至地下厂房中下部。地下厂房从上到下分层开挖，开挖的方式与通风洞和交通洞的掘进一样采用岩土爆破，爆破下来的岩石碎渣沿通风洞运出地面并统一堆放，当开挖高程降到进厂交通洞平台时，洞渣改由交通洞运出地面。进入机电安装阶段后，机组的定子、转子等大型部件在安装间平台完成现场组装，再用厂房桥式起重机吊装至相应的机组安装位置进行机组总装。从机组肘管吊装一直到上部发电机层的各部件安装过程中，穿插土建实体和各厂房楼层的混凝土工程、以及副厂房段的各楼层混凝土工程。

2 土建阶段

2.1 高风险作业安全管理

本阶段起始时间为从通风洞至地下厂房顶部A处(见上图1)，首次向地下厂房方向开挖时。结束时间点为地下厂房完成首台机部位的开挖工作，具备首台机尾水肘管吊装条件。

从通风洞进入地下厂房范围的首次爆破开始，整个地下厂房的开挖均采用爆破作业，其作业数量相当大、单次作业风险高，因此爆破作业管理作为本阶段首要的高风险作业管理。本作业的管理要素包含民爆物资管理、作业现场管理两个要素。

2.1.1 民爆物资管理

民爆物资主要分为雷管和炸药两类，其主管机关为当地公安机关，现行的管理要求梳理如下：一是民爆物资的提供方只能是具有公安机关认证的有资质的民爆公司；二是每笔民爆物资的购买必须同时在公安机关建卡登记；三是工地修建的民爆物资仓库必须经公安机关验收并由有资质的民爆公司管理；四是每笔民爆物资的使用情况必须登记流向，已出库但未使用完的物资必须退库保管。

基于此，对于民爆物资的管理应做到以下几点，一是高度重视与当地公安机关建立良好的关系，就民爆物资的供应管理问题建立高效的沟通协调机制；二是在征地范围内合适的地址建设完全符合标准的民爆物资仓库并经公安机关验收合格；三是充分调研当地民爆业务市场，最好以竞争性谈判的方式选择一家实力雄厚的有资质的民爆公司，目的是能顺利实现民爆仓库的规范化管理保证仓库物资安全、能全天候保证民爆物资的采购供应而不影响现场作业面进度、能提供安全可靠规范的仓库到作业现场的民爆物资发货及退库服务。

2.1.2 爆破作业现场管理

爆破作业通常采用连续作业制，每个作业循环为领用爆破物资、装药、爆破范围内人员安全确认、起爆、散烟、出渣。现行管理要求强调操作人员要持有经公安机关认可的资质，当天领出库但未使用完的爆破物资需退库，有的地方的公安机关还要求作业现场需专门配备有资质的爆破监理单位。

基于此，作业现场管理首先要成立爆破作业管理小组，由业主、监理、施工单位爆破负责人组成：一是负责审查现场操作人员的资质，讨论确定每个工作面的工作时段，以统筹协调每日爆破物资领用计划，尽可能做到领出物资在一个工作时段内使用完毕，否则须监督确保该工作时段结束时立即退库。二是负责监控每日爆破作业开展情况，及时掌握现场情况和统计汇总相关作业数据；其次要经管理小组批准设立每个工作面的领用民爆物资存放点和保管负责人，并在每个存放点统一规范存放容器和领用登记册，确保领出民爆物资在现场存放、使用的规范安全管理。三是要在作业指导书中明确本作业面的爆破警戒线的位置和警戒责任人，确保每次爆破过程的人身安全；尤其在交通洞与地下厂房打通后，厂方区域的出入通道由单一通道变成了两个通道，更要有针对性地设置爆破警戒线，避免人员误入爆破区域，切实保证安全。四是在爆破孔口须设置合格的覆盖物，控制爆破飞石的影响范围，确保现场人员和设备机具不被飞石误伤，尤其在安装间的桥机大梁就位以后，必须严格控制以免爆破飞石伤及桥机。

2.2 需重点管理的作业

2.2.1 开挖过程中的预埋基础安装

后续建设将用到预埋锚杆有必要及时安装的有：①通风洞进入厂房后拱顶的预埋锚杆及电动葫芦滑轨，在下一步厂房开挖结束后混凝土工程开始时需作为混凝土搬运入厂房的主要通道；②安装间上方拱顶的预埋锚杆，将用于厂房桥机大件就位安装时的备用起重天锚；③厂房上游侧壁在安装间平台高程的锚杆，将在厂房开挖结束后用于安装从安装间平台通往地下厂房底部的栈桥，以作为届时的施工通行通道；④悬臂吊车梁边缘均布锚筋，用于下一步桥机轨道安装作业时焊接安装硬质临边防护栏；⑤悬臂吊车梁上方岩壁合适高度均布锚筋，用于悬臂吊车梁上作业时人员安全绳固定点。

2.2.2 预埋管件的质量

预埋管件的质量关键点在于埋设位置的准确性和管路焊缝的质量及焊缝保护。土建作业的位置精度一般情况下不能满足机电专业的要求，且埋设管件若未经合理固定在混凝土振捣时也容易移位；因此，宜指定机电安装单位负责预埋管路的位置校核和登记，并要求土建单位对已确认位置的管件进行高强度固定。管路焊接作业在初期应由业主联合监理组成考核小组开展焊接工艺评定，并按照样板工艺管理，所有焊接操作人员需通过工艺考核并按样板工艺作业，初期对焊缝进行100%无损探伤检查，质量稳定后可调整为部分抽查。对于管径较小的压力管路，必须按照样板管理明确焊缝保护的方法和要求，以免在混凝土浇筑阶段管路焊缝受力造成损坏。

3 土建和机电安装并行阶段

本阶段开始时间点为首台机组尾水肘管吊装时，此时地下厂房土建开挖已基本完成(即厂房内爆破作业结束)。进入本阶段后，首台机组尾水肘管和蜗壳将依次吊装并固定，然后进行混凝土浇筑前的脚手架搭设和模板安装。所有机组都浇筑混凝土至蜗壳层之后，再从首台机开始，安装机坑里衬，然后浇筑混凝土至更上一层楼板，如此按机组顺序循环作业，直至地下厂房主机段浇筑至发电机层，本阶段结束。故本阶段最显著的特点是地下厂房主机段的机电安装与土建混凝土浇筑作业频繁交叉进行，浇筑过程中随楼板增高将进行大量高净空的脚手架搭设和拆除作业。

3.1 高风险作业安全管理

3.1.1 厂房桥式起重机的管理

本阶段，机组大件的吊运和厂房主机段混凝土罐的吊运将产生大量的起重吊运需求，故地下厂房桥式起重机的吊运作业为本阶段首要的高风险作业。为此，首先要明确机电安装单位为厂房桥机的运行管理单位，负责桥机的调度使用、吊装作业和定期维护，责成其严格开展台账规范建档、特种设备取证、操作人员资质审查、维护记录建档等工作；其次吊装物料前按照桥机技术参数完成荷载试验；敷设安装厂房机组段的悬臂吊车梁上的桥机轨道前，在预埋锚筋上焊接安装硬质临边防护栏；此外，本阶段地下厂房由于通风条件限制，湿度较大，且由于土建并行施工，粉尘较多，桥机控制柜为精密PLC原件易受潮造成功能失效，必须定期检查桥机控制柜的防尘密封情况，以及柜内除湿空调的运转是否正常。

3.1.2 脚手架管理

在厂房混凝土浇筑成型前，混凝土模板和实体混凝土的重量完全靠脚手架承担。在国内其他工程中，有过多起因脚手架搭设不牢造成坍塌事故的先例，脚手架作业面为本阶段第二项高风险作业。因此，首先要把好材料质量关，尤其是脚手架联结搭扣，须采用多频次检查等手段确保不使用有裂纹的带伤搭扣件，同时拆除脚手架时严禁将搭扣从高空扔下；其次把好架子工资质关，对于进场施工的架子工必须严格检查资质证书，并在施工前按样板工艺管理，考核合格后方可进行现场施工；三是严把成品检查关，对搭建好的每个脚手架必须经专门人员检查验收合格后，方可挂牌使用。

3.2 本阶段需重点管理的作业

3.2.1 施工通风

当厂房上部的通风洞和中部的交通洞均与厂房连通时，地下厂房具备与地表进行进、出风换气的自流气流组织条件，为改善地下厂房施工环境和控制湿度，必须在此阶段按气流自流特点投运机械送、排风方式的施工通风措施。考虑到与下阶段机电安装的连续性，该施工通风措施由机电安装单位负责。实践表明，因地下厂房的高程低于地表，厂房内部与地表外界的空气自流关系为：外界气温较低时，地下厂房气压高于通风洞外气压，气流的烟囱效应明显，气流自流方向为从中部交通洞及下部各洞室进入厂房，向厂房顶部经通风洞排出，按照机械排风方向与自然通风方向一致的原则，只需在通风洞近厂房位置设置向厂房外鼓风的轴流风机，并根据计算的风量数据选用风机型号。外界气温较高时，地下厂房气压低于或接近于通风洞外气压，气流的烟囱效应受到抑制，气流的自流方向为从通风洞向下进入厂房，故此时应在通风洞近厂房位置设置向厂房方向鼓风的轴流风机。为加强换气效果，还可在厂房最底部的排水主洞设置向厂房外鼓风的轴流风机，以形成厂房上进下出的气流组织。此外，厂房内气流不畅的局部工作面，还可设置移动式的若干轴流风机以改善工作面空气质量。

3.2.2 排水通道

本阶段地下厂房底部最低处的排水主洞应该已经贯通至厂房，应尽快完成排水主洞相关尾工，并清理过水通道上杂物，使得排水主洞具备过水条件；同时，对厂房内的岩壁渗漏水、施工排水和经通风洞和交通洞流入厂房的排水需进行有组织排水，并畅通地引入厂房底部的排水主洞统一排出厂房以外。由于以上排水在本阶段含泥沙较多，必须由排水主洞施工单位定期(以半月或1月为宜)对排水主洞实施清淤工作，保证排水主洞始终畅通。

此外，厂房主机段各层混凝土楼板均设有排水沟、落水孔及落水管，这些部位属于土建工程的细节部位往往被施工人员忽视。海蓄工程实施过程中曾发现多处落水孔边缘高于排水沟底板或预埋落水管被泥沙堵塞，导致排水沟积水甚至外溢的情况；因此，在管理上重点抓混凝土主体质量的同时，对这种细节必须引起高度重视，要确保排水功能从一开始就正常运转，避免积水污染施工作业面甚至带来扩大性的安全隐患。

4 机电安装调试阶段

本阶段地下厂房主机段浇筑至发电机层后，土建主体工作完成，至此进入以机电安装及调试为主的阶段。其主要工作包括机组段的各部分设备安装、副厂房的公用设备安装、各设备间的线缆敷设和联结、各设备分步的静态调试、各设备陆续通电通水建压、机组的无水有水调试，直至机组投入试运行。

4.1 高风险作业安全管理

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场进水球阀主体安装完成后进行，上游水道充水后完全依靠球阀密封防止上库压力水进入厂房。为保证安全，全厂球阀必须可靠锁定在关闭位置，上游密封投入腔保持压力且投入机械锁定，同时球阀区域要设置工业视频监视，将监视信号接入中控室以及时发现异常；下游尾水道充水后，全厂尾水闸门门叶必须锁定在关闭位置，其液压操作机构需泄压并切断动力电源。

4.1.2 导水叶调试期间水轮机坑内工作安全管理

导水叶动作试验时由液压机构驱动控制环旋转，水轮机坑内为安装工作面，存在夹伤人员的风险，必须在水轮机坑进门处设置栅栏门，并在每次导水叶动作试验时专人值守防止人员误入受伤。

4.1.3 400 V动力盘柜上电前后的安全管理

400 V动力盘尤其是没有安装在独立配电间的配电盘，上电前必须纳入运行管理设备，执行上电申请单批准手续；上电操作由运行人员执行操作票制度并实施；上电后按运行设备设置遮拦、悬挂“有电危险”警示标志、开关设备上锁、馈线柜贴封条；带电后的后续安装、调试工作需执行两票制度。

4.1.4 压力设备建压前后的安全管理

压力设备建压前必须纳入运行管理设备，执行建压申请单审批手续；建压操作由运行人员执行操作票制度并实施；初次建压应在较低气压停止，检查接头、管路、阀门、压力表正常后，方可缓慢加压至额定压力；建压后按运行设备管理要求，设置遮拦，相关阀门上锁，并悬挂“禁止操作”标志。

4.1.5 机组调试时误跳主变风险管理

该阶段风险管理：一是在一次主回路上将换相刀以及励磁盘柜交流进线开关作为隔离点，做好各项隔离措施；二是梳理出全部机组跳主变的硬布线端子，临时解开端子切断跳闸回路并逐一登记入二次措施单。

4.1.6机组调试时其他机组安装工作误跳本机风险管理

调试机组单机调试阶段，梳理出全部外部跳本机的硬布线端子，临时解开端子切断跳闸回路并逐一登记入二次措施单；直至进行SFC拖动试验或者与相邻机组进行背靠背拖动试验时才接回相关的端子。值得注意的是，为避免遗漏，以上所有解开的端子除了注意登记入二次措施单之外，还需在逐一端子本体上挂牌管理，实行双重索引。

4.2 本阶段需重点管理的作业

4.2.1 本阶段机电土建的交叉工作

该阶段一是副厂房墙面抛光、粉刷工作将产生大量粉尘，须在副厂房机电设备就位前完成以避免粉尘污染机电设备；二是副厂房拱顶的屋顶网架一旦形成，应马上安排通风设备基础面和通风通道的施工和动力电源电缆敷设、盘柜安装，并尽快完成，便于厂房永久通风尽快形成；三是安装于副厂房较低楼层的空压机、冷水机等设备体积较大，该部位搬运通道上的土建门洞须待设备完全就位后再砌墙；四是机坑上部上机架支腿基础的浇筑作业，必须预埋排气管以确保基础浇筑密实，避免出现内部空腔；五是洞内GIS设备安装前，其安装地面要由土建额外完成地面的无尘处理，保证高压设备安装环境的空气颗粒度合格。

4.2.2 发电机定子端部汇流环安装

定子端部汇流环数量较多，安装位置狭窄。厂家到货的汇流环材料为固定长度的铜环并已经完成绝缘包裹，需要在现场测量尺寸后再切割合适的长度进行安装固定，连接处需要进行现场手包绝缘，并涂刷半导体漆和绝缘面漆处理。此处易出现的问题：一是现场手包绝缘工艺不到位，导致绝缘强度不够；二是半导体漆涂刷超范围，导致淌滴到相邻铜环表面或淌流入固定夹具缝隙且与金属螺杆接触导致接地；三是切割的铜环存在尺寸偏差导致绝缘包裹处与固定夹具的金属螺帽距离过近产生爬电。这些问题应通过现场严格监理和阶段性验收，及时发现并处理；否则，一旦所有汇流环完成连接后再发现绝缘问题，将造成难度极大的返工。甚至由于返工时切割铜环或夹具基础产生的金属熔渣可能损伤附近的定子线棒绝缘，造成问题扩大。

4.2.3 转子滑环表面的保护和碳刷初期打磨

转子滑环表面在出厂时已经过精加工，要求其表面不得有细微毛刺，以避免在与碳刷摩擦时在碳刷接触面形成划痕而产生局部过热或形成电弧。在转子滑环安装过程中，对滑环表面必须切实保护：一是防止硬物碰撞产生凹痕；二是对滑环与转子间引线进行绝缘处理时，要避免绝缘环氧漆滴落在滑环表面，否则一旦细微的环氧漆在滑环表面固化后，将产生与加工面毛刺一样的作用，在碳刷接触面造成划痕。碳刷安装到滑环表面前，按厂家要求需要先进行手工打磨以形成与滑环表面吻合的弧度，但海蓄工程的实践表明，利用机组冲转试验直接用滑环对碳刷打磨，可以在碳刷表面形成合格的打磨面，并不需要预先进行手工打磨。

4.2.4 机组首次转动前注意事项

(1)上游水道冲洗时要经球阀前排水，球阀前排沙阀设置专门的排冲洗水道的通道，保护球阀前排空针阀不被堵塞。

(2)水轮机段充水时，要制订专门的方案逐步排气，保证水轮机各管路内无气体残留；否则在机组转动时，会产生有害的周期性振动。

(3)初次转动时，先断开机械刹车电源，防止失速时误投机械刹车，待检测确认到5%转速投机械刹车信号正常发出，且机械刹车控制装置可正常收到投入信号后，再恢复机械刹车电源。

4.2.5 机组首次并网前的相序核对

机组同期装置判断机端和网侧电量相位的原理是，测量机端和网端的相同一组线电压向量进行比较，发电工况时若相角相同或抽水工况时若相角相反则认为是两侧电量各相相位相同。在此原理下，发电工况时无论取AB线电压还是取BC线电压还是取CA线电压进行比较都可完成判断两侧是否同相；然而，由于抽水工况时换相刀切换了实际的一次回路，变成了机端A相与网侧C相相连、机端C相与网侧A相相连，此时只能取两侧AC线电压进行比较。即，当且仅当两侧AC线电压反向时，两侧电量各相相位相同，若取AB或BC线电压比较，则会导致同期装置非同期合闸。但实践中，设计单位因运行经验欠缺，可能忽略这一抽水蓄能机组的独特性，而在设计图纸上沿用常规水电的经验误设计为取AB线电压，这将造成非同期合闸的严重后果。

解决方案：一是将取AC线电压作为同期装置的判据列为抽水蓄能电站标准设计，以便设计审查阶段及时发现问题；二是在发电和抽水两种工况各自的首次并网试验前均必须先进行模拟并网试验，以检查同期装置动作时两侧电量是否真实各相同相；三是检查两侧电量是否各相同相的手段必须是利用继电保护故障录波装置录取同期时刻机端和主变低压侧的三相电压波形，而不能仅仅看同期装置是否启动同期，以准确进行核相分析。

4.2.6 调试现场管理

机组一旦进入有水动态调试，其工作特点一是将成为项持续进行的一项大工作量工作，包括大大小小约96项调试试验项目，连续进行时间跨度为1～1.5个月，期间周六日多数须连续工作；二是计划的变动可能性大，各个项目在实施时受若干前置条件影响，其中涉及到并网的试验还受电力调度安排变化的影响；三是调试期间可能出现各种需要紧急处理的情况，如管路堵塞、压力水泄漏、透平油泄漏、接线错误、设备或元部件动作异常原因等，需要各专业人员随时待命配合调试人员以最快速度排除问题，以保证调试工作持续推进。

为协调解决以上工作需求和矛盾，海蓄实行了调试日会管理制度，每个调试工作日早上在调试现场召开，协调各方解决问题：一是成立调试工作组，确定业主、监理、设计、安装单位、机组厂家、调试团队及其代表参加早会，并根据调试工作进度做好参会人员排班表；二是会议主持由业主方分管机电专业的项目副经理或授权人员担任，以提高会议和决策的效率；三是安装单位在满足其它机组设备安装需求的同时，根据每日进度计划安排相应专业的抢修队伍和物资在调试现场待命；四是业主机电专业管理人员按设备主人分工各自负责相应的设备系统并准备图纸等技术资料、备品备件、工器具等，以提供查找故障时的全面技术支持；五是业主运行单位设置专门的负责配合调试的值长工作小组，专门配合调试的各项操作和与电力调度台的沟通协调；六是设立专人担任调试组秘书，负责记录会议纪要和每日调试日志，形成按日闭环的工作机制；七是高度重视与电力调度的沟通协调，提前向调度沟通说明试验计划、工作方案和风险防范措施，与调度制定适合双方工作习惯的信息传递机制，建立良好的合作关系。

5 结 语

水电站工程建设的特点为工期长、作业面专业多样、现场情况复杂，完建一个工程即对工程中的得失经验进行总结可以得到一笔宝贵的组织过程资产。海蓄工程的建设经验总结集中在地下厂房工程，且总结的角度偏于机电专业或偏于机电对土建专业的要求和影响；因此，对地下厂房工程站在土建角度进一步的总结，或针对电站其他部位的工程总结，尚有很大的探讨研究空间。