“双碳”背景下抽水蓄能电站监理特性及控制要点

童达

摘要：“双碳”背景下，中国的抽水蓄能电站步入高速发展时期，抽水蓄能电站具有建设周期长、投资大、施工工艺复杂、环水保要求高、新技术应用多等特点。为解决抽水蓄能电站施工监理所面临的目标控制和管理技术难点，系统分析了其施工监理的特性及施工准备期、土建施工期与机电安装期等不同时期监理工作控制要点，总结道路施工规划、地下房工程、输水系统工程等监理控制经验，不断实现技术创新和管理创新，提高抽水蓄能电站的施工监理水平。

关键词：抽水蓄能电站； 施工监理； 控制要点； 双碳

中图法分类号：TV743

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S2.014

文章编号：1006-0081（2023）S2-0050-04

0 引 言

截至2022年底，世界上已有超过40个国家和地区明确“碳中和”发展目标，占全球经济总量90%的国家作出净零承诺。目前，全球可再生能源装机容量已达33.72亿kW。2022年新增可再生能源装机容量29 456万kW，较2021年同期水平增长 3 047万kW。其中，抽水蓄能电站作为储能系统与可再生能源配合的典范，已进入高速发展时期。据统计，截至2021年底，抽水蓄能装机规模占全球电力储能项目总规模的80%以上，预计2030年全球抽水蓄能电站装机容量将比现有规模增加50%以上。作为推动全球可再生能源发展的主要力量，截至2022年底，中国已建抽水蓄能装机容量 4 699万kW，同比增长25.8%，电力总装机中占比1.8%，较上年装机占比增加0.3%［1］。

根据国家发展改革委、国家能源局等9个部门联合发布的 《“十四五”可再生能源发展规划》，国家能源局发布的《抽水蓄能中长期发展规划（2021～2035 年）》，要求在“十四五”期间中国新增投产的抽水蓄能电站的装机要超过以往50 a的总量，同时要求在“十五五”期间装机总量再翻一番。随着“碳达峰”“碳中和”目标的提出，中国抽水蓄能电站建设正步入高速发展时期。本文介绍了抽水蓄能电站监理投标文件编制过程，总结抽水蓄能电站施工监理的特性及控制要点，以期为抽水蓄能电站建设提供参考。

1 抽水蓄能电站建设特点

抽水蓄能电站具有抽水和发电的双重功能，其水力机械多数采用可逆式水泵水轮机与发电电动机组。除机组外，在水工建筑方面也有其特殊性，很多抽蓄电站的上水库全部采用开挖后填筑而成，防渗要求严格；上、下水库连接路线长，开挖弃渣和环水保要求高；输水系统为地下隧洞和压力钢管，竖井或斜井落差大，掘进缓慢且安全隐患多；地下厂房跨度大、边墙高且洞室布置复杂。因此，抽水蓄能电站具有建设周期长、投资大、施工工艺复杂、环水保要求高、技术含量高等特点。中国抽水蓄能在建和拟建抽水蓄能电站装机容量地区分统计见表1［2-3］。

2 抽水蓄能电站监理特性

2.1 组织机构复杂性

由于监理分标，无论是河床式水电站、坝后式水电站，还是引水式水电站，施工区域都相对集中，因此，现场监理机构通常采用直线-职能型组织结构形式，可以充分发挥该结构形式下高度集权指挥、人员责任清晰、指令下达迅速、维护成本低廉等优点。抽水蓄能电站上、下水库高差大，连接线路长，再加之输水系统和发电厂房均为地下式，施工管理呈现点多面广线长的特点。当施工监理不分标时，直线-职能型组织结构将不适应现场管理所需。

2.2 人员专业多样性

抽水蓄能电站施工监理通常对监理工程师的专業要求较高。除满足常规的水工、测量、试验检测、安全、环水保、金结、水机、电气、造价、信息等专业要求外，一般还需要配置审图、爆破、公路（桥梁）、房建等方面的专业工程师。同时，部分专业监理工程师除要求具有监理工程师资格证以外，还需要持有专业资格证，如造价、爆破、测量、试验、安全等资格证。

2.3 目标控制全面性

与常规的水电站建设相比，抽水蓄能电站施工监理的目标控制涵盖内容更多、更广。国网新源控股有限公司通过水电工程建设与运营管理实践经验，提出了抽水蓄能电站建设立足“设计、施工、设备制造”3个主战场，抓好“5+1”（安全、质量、进度、造价、技术+综合管理）全新的工程基建管理理念［4］。同时，各目标的控制标准（目标值）设定也更高，如质量控制目标不局限于建设合格或优良工程，往往还增加如工程建设标准强制性条文执行率达100%、施工工艺标准化执行率达100%、质量通病防治率达100%等新的控制目标，并要求确保工程项目获批国家电网公司优质工程和中国电力优质工程，力争获得国家优质工程等；投资控制目标除要求控制工程总造价不突破工程预算价格，还增加工程年度投资计划完成率达100%，工程计量、工程变更及工程索赔等审核额与项目法人审定后实际结算额吻合率需达90%以上等新的控制目标。更多控制目标、更高控制要求是抽水蓄能电站施工监理的突出特点。

2.4 管理技术创新性

中国抽水蓄能电站建设虽然起步较晚，但有以往大规模常规水电建设所积累的经验，加上近十几年来引进的国外先进技术和管理经验，使中国抽水蓄能电站有较高的起点。其中，可逆式水泵水轮机组的最大扬程、单机装机容量［5-6］、上水库全库沥青混凝土面板防渗技术等［7］，均处于世界领先水平。同时，一大批建筑行业的中字头央企，及世界500强企业进军抽水蓄能电站，带来了大量自主研发的新技术、新工法、新设备等，也创新了一些管理模式和制度，如大坝碾压编码数控技术［8］、洞室开挖双聚能预裂与光面爆技术［9］、岩壁吊车梁双控法光面爆破技术［10］、BIM现代数字模拟技术、数字智慧管理系统、调速系统和励磁系统的智能化［11］等。面对施工单位技术、管理方面的创新和设备数字化、智能化，监理单位也必须与时俱进，熟悉和掌握先进设备和前沿技术，创新管理模式，并定期对监理人员开展针对性指导、培训，提供更好的施工监理服务。

3 监理工作控制要点

3.1 施工准备期控制要点

3.1.1 施工道路规划与布置

抽水蓄能电站的临建施工项目点多面广，合理的施工道路布置和施工组织安排是确保上、下库大坝工程如期完工的关键。因此，应认真研究分析工程项目施工布置的特点，严格审查施工组织设计中临时施工道路布置的合理性，合理安排各施工工区的施工顺序，积极预防施工道路堵塞影响施工进度。

3.1.2 料（渣）场规划与布置

抽水蓄能电站土石方挖填量大、工程占地多，备料场、弃渣场的布置与管理是环保、水保控制的重点。因此，工程建设过程中需做好环保水保规划和实施工作。在满足施工需求的前提下，尽量利用荒地、弃渣场作为施工场地，尽可能少占林地，减少水保环保方面的压力。为此，施工区布置应尽可能创造封闭式管理的条件。

3.2 土建施工期控制要点

3.2.1 上、下水库工程

（1） 下水库导流洞贯通和具备通水条件是顺利实施下水库大坝填筑的前提，影响水库工程按期完工和输水系统充水调试。监理机构应重点关注导流洞施工进度，进行动态监控，及时采取进度纠偏措施予以干预。

（2） 碾压工艺试验是上、下水库坝体填筑前最为重要的技术参数论证工作，也是确定大坝能否顺利填筑及确保大坝填筑质量的重要环节。在填筑施工开始前，通过试验，完成分区各种填筑料的填筑碾压试验，复核设计确定的有关技术指标，确定合适碾压方式、碾压设备及其运行参数，如碾压分层厚度、碾压遍数、最优含水率等，提出有关质量控制的技术要求和检验方法，制定施工技术措施，作为施工过程中控制施工的重要依据。

（3） 抽水蓄能电站上、下水库通常采用防渗心墙堆石坝或钢筋混凝土面板堆石坝。堆石坝质量控制的要点是防止渗漏和后期产生大的沉降。为此，需高度重视上、下水库心墙防渗体填筑，或面板趾板基础开挖、趾板混凝土浇筑及上、下库基础防渗处理和堆石料的填筑。

3.2.2 地下厂房工程

（1） 抽水蓄能电站地下厂房系统的洞室多、规模大，各洞室在平面和立体上互相交汇，形成了复杂的空间洞室群。如何合理地安排施工通道至关重要，既要满足施工总进度、发电工期的要求，又要考虑与其他洞室的施工协调及有利于洞室的稳定。因此，厂房系统施工通道布置的合理性是确保厂房系统按期完工的关键，也是进度控制的要点。

（2） 地下厂房的主副厂房洞、主变洞开挖尺寸和跨度较大，施工难度大。主厂房的顶拱和上下游高边墙开挖、喷锚支护、变形观测和稳定等都值得高度重视，对锚杆的施工，平面、立面位置、倾角等都有严格要求。厂房上、下游高边墙上的多层多部位开孔时，会遇到各类不利地质结构。因此，在施工过程中必須加强施工控制，精心操作，并不断总结经验，采用针对性强、行之有效的施工方法。监理工程师应配合施工单位，加强原型观测和地质预测预报工作，通过开挖爆破试验不断调整优化爆破参数和方案；采用边墙预裂中间拉槽，控制单响药量和总装药量，加强测量、设立钻孔样架，最大限度地减少超欠挖以及对高边墙不利的爆破振动影响；采取先锁口再进洞、开挖一段支护一段等施工技术手段解决顶拱成型不稳定、高边墙中开洞及交叉洞段的施工难题；合理应用光面爆破、预裂爆破等控制爆破技术，确保开挖轮廓符合设计要求，保证洞室开挖质量和稳定。

（3） 主厂房岩锚梁是桥式起重机的承载构件，其施工质量直接关系桥机的运行安全，关系到整个厂房系统的稳定运行。尽管岩锚梁岩台开挖和浇筑成型技术已成熟，但如何根据不同抽水蓄能电站厂房开挖揭露的地质情况，选择合理、科学的开挖和浇筑方案，确保岩台开挖、锚杆注浆密实和混凝土浇筑质量是工程控制的重难点。

（4） 机墩、蜗壳、尾水管部位混凝土是厂房土建工程的核心部位，施工难度在于体型复杂、钢筋不规则而又密集、机电预埋管路埋件多、二期混凝土要求精度高，浇筑工作面狭窄、土建与机电安装平行作业干扰大、施工工序衔接复杂，而且许多地方施工人员无法进去振捣。因此，为保证蜗壳二期混凝土的施工质量，必须使设计与施工有效结合，对施工重难点进行仔细研究，在施工前针对这些重难点提出合理的施工方案［12］。

3.2.3 输水系统工程

（1） 输水系统洞线长、高差大，其开挖、运输、出渣、混凝土浇筑施工和通风散烟、有害气体排出等安全施工控制都有一定的挑战性，应引起高度重视。竖（斜）井开挖施工历来是水电工程项目地下工程施工的难题，存在着安全风险大、文明施工环境差、施工速度慢的不足。

（2） 竖（斜）井的导井施工以及压力钢管安装是输水系统施工中技术最复杂、施工难度最大的项目。应加强测量和地质工作，严格控制斜井的倾斜度和光面爆破质量，提高开挖质量。把好开挖支护措施审查关。高压钢岔管段宜采用小药量、弱爆破、短进尺、多循环的方式进行开挖，保证开挖成型质量；减少超挖，控制欠挖；交叉洞口及时锁口，确保安全。

（3） 高压钢岔管原材料检测、工厂预装、现场组装与焊接、焊缝无损探伤检测及水压试验是引水压力钢管安装质量控制的重点［13］。监理工程师应检查钢岔管焊工及检测人员的资质，凡参加钢岔管焊接的焊工，均应按有关规定通过考试，并取得相应的合格证。对焊接工序进行跟踪检查，必要时进行旁站，确保焊接质量。

3.3 机电安装期控制要点

3.3.1 机电埋件设备安装

（1） 水轮发电机埋件安装需重点控制管件原材和制作质量、管道接口焊接质量、管道压力试验等。管道压力试验是埋管安装质量控制的关键，在电网系统“WHS”质量控制体系中，一般称为质量控制的S点（旁站监理控制点）。为了杜绝发生错、漏埋现象，采取机电与土建交面签证制度，经监理复查合格后方可浇筑混凝土。

（2） 电气预埋件安装主要控制点首先是埋件定位尺寸准确、定位固定牢靠；埋件的安装高程和材质型号应符合设计图纸或相关规范要求；为防止出现错埋或漏埋现象，应由土建和机电工程师联合验收，共同认证后方可浇筑二期混凝土。其次，检查接地线材料型号、规格、材质是否符合施工图纸，检查接地搭接焊、跨过土建伸缩缝或沉降缝的处理、其他结构金属件搭接地是否满足设计图纸要求。最后，按照设备厂家和设计图纸的要求对接地体予以固定［14］。

3.3.2 机组设备安装

（1） 蜗壳和座环中心、水平、高程、圆度的调整以及组合缝的焊接安装质量至关重要。为确保焊接质量，要求安装单位根据厂家提供的焊接工艺进行生产性焊接试验，以检验焊接接头的力学性能，验证该工艺用于生产实践的可行性和有效性。确定座环加工基准点，以固定导叶平均中心线高程作为基准点；加工时需特别注重检查上、下环板的平行度、环板周向及径向水平；加工磨削时应循序渐进［15］。

（2） 首台机组要求在工厂内进行预组装，后续机组采用假底环在工厂预装，以此取消了导水机构在现场预组装的传统步骤，大大缩短了导水机构在现场安装调整的工期，导水机构应考虑出厂前尽量在厂内预组装。

（3） 定子、转子的组装及电气试验检查、推力轴承安装及受力调整、机组轴线检查及调整是发电电动机安装控制的重点和难点。定子现场组装时，为保证质量，应临时搭建全密闭防护棚，并设有通风措施，以解决温度、湿度、粉尘等所带来的影响。转子组装时应重视磁轭热打键、叠片过程中经常发生的铁片与瓶状轴主键卡阻、磁极垫条卡塞、磁轭压板压紧螺杆螺母固定等问题。

3.3.3 电气设备安装

（1） 高压电缆粗而重，施工安装有一定难度，特别是高差较大时更为困难，为了保证施工质量，应选用有安装经验的施工队伍，采用成熟的敷设方法。高压电缆头的制作也很关键，一般应由制造供货商派人现场制作或派有经验的督导人员来现场指导。

（2） GIS设备安装质量要求很高，安装前对到货的所有设备进行全面、细致的外观检查，保证设备完好无损伤；对开关场的地坪做精确测量和放点，土建施工的高程误差最大不超过20 mm。安装高程、水平度、垂直度达到规范和厂家要求。对对接件进行严格检查，保证对接面清洁、无氧化膜，并保证对接精度，同时要求安装环境清洁度和湿度达到规范和厂家的要求［15］。

4 结 语

在“双碳”政策实施背景下，中国抽水蓄能电站的建设规模和施工技术已达到世界先进水平。抽水蓄能电站施工工艺复杂、技术含量高的特点决定了其施工监理有着与常规水电站监理明显不同的特性。因此，现场监理机构在工程实践中，应针对其特性，建立适宜的组织机构，派遣符合现场需要的高素质专业人员，科学编制不同施工项目的控制要点并组织实施，及时总结经验，不断实现技术创新和管理创新，以提升抽水蓄能电站的施工监理水平。

参考文献：

［1］韩冬，赵增海，严秉忠，等.2021年中国抽水蓄能发展现状与展望［J］.水力发电，2022，48（5）：1-4，104.

赵增海.抽水蓄能电站发展形势与展望［C］∥水电水利规划设计总院，中国水力发电工程学会抽水蓄能行业分会，2023国际水电发展大会，2023.

［2］ 李曦.国家发改委等九部门：印发《“十四五”可再生能源发展规划》［J］.中国设备工程，2022（13）：1.

［3］ 国家能源局.抽水蓄能中长期发展规划（2021～2035年）［R］.北京：国家能源局，2021.

［4］ 韩小鸣，茹松楠，马萧萧.国网新源公司抽水蓄能电站建设期工程设计管理机制［C］∥中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会.抽水蓄能电站工程建设文集（2019）.北京：中国电力出版社，2019：26-29.

［5］ 罗绍基.我国抽水蓄能电站建设［J］.水力发电，1999，4（21）：4-9.

［6］ 任海波，余波，王奎，等.“双碳”背景下抽水蓄能电站的发展与展望［J］.内蒙古电力技术，2022，40（3）：25-30.

［7］ 彭潜，顾志坚，陈弘昊，等.大型抽水蓄能电站机组国产化关键技术研究与工程应用［J］.水力发电，2021，47（2）：9-13.

［8］ 王樱畯，赵琳，雷显阳.某抽水蓄能电站高面板堆石坝坝体分区优化［J］.水利水电科技进展，2021，41（5）：47-52.

［9］ 冯光学，李伟.双聚能预裂爆破在格里桥大坝坝肩开挖中的應用［J］.水电站设计，2010，26（4）：96-98.

［10］ 刘蕊，余健.清原抽水蓄能电站厂房岩壁吊车梁开挖质量控制技术［J］.东北水利水电，2021，39（9）：19-21，53，71

［11］ 何雪飞.面向智能电网的抽水蓄能电站的智能化研究［J］.大电机技术，2017（4）：66-70.

［12］ 张益军，聂威.龙滩水电站左岸地下厂房蜗壳二期混凝土施工［J］.水力发电，2007（4）：31-32.

［13］ 李庆堂.抽水蓄能电站锥管与底环的安装焊接技术［J］.水电站机电技术，2022，45（9）：44-46.

［14］ 王智，刘生国，陈冬平.抽水蓄能电站机电监理工程师履职要求及工作要点［J］.水电站机电技术，2022，45（11）：175-178.

［15］ 韩飞.抽水蓄能电站机电设备安装技术管理［J］.人民珠江，2022，43（增2）：68-71，92.