水電水利規劃設計總院   李定中

（按：有感于人民日報"[最低價中標]不改，談什么工匠精神、中國制造！"一文談到低價中標的危害，2010年電氣專委會學術年會時本人曾發表過類似文章，現發布上來，供參考。）

摘要 本文通過對近年來國內水輪發電機組招標文件審查、咨詢、評標和設計聯絡會等的經驗總結，對機組采購方式、評標辦法以及水輪發電機的一些主要參數和關鍵部件的結構等提出了一些意見和建議，供設計和招標單位參考。

關鍵詞   水輪發電機組 招標 參數 結構  

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改革開放以來我國電力建設得到快速發展，尤其是近10年作為綠色能源的水電開發達到了前所未有速度。多年來，筆者一直參與大型水輪發電機組招標文件的審查、咨詢、評標和設計聯絡會等工作，結合目前國內外一些電站機組事故的教訓，對水輪發電機組的招標采購工作有一些體會、意見和建議，供同行們參考、切磋。

1.   采購方式

近年來，我們吸取一些電站機電招標的經驗和教訓，對混流式、燈泡式機組等水電站均采用將機組、主變、發電機斷路器、GIS、低壓配電裝置等分標段分期招標采購的模式，目前該采購模式已日趨成熟，已不再采取將電站機組和機電設備成套大包的采購方式，且分標趨于細化。主要理由如下：

（1）成套大包的采購方式，由于受大包投標價格的制約，往往影響到機組輔助設備和外圍機電設備的產品質量，不易采購到質量一流、價格合理的產品；

（2）機組招標時間一般在電站開工時，此時技術設計剛開始，成套大包的一次性招標文件編寫工作量很大，設計院不能首先集中力量編制好主機設備標書和優化布置主廠房；

（3）分批、分項采購，便于設計、業主單位分階段抓好主要和外圍機電設備的招標工作，雖增加了業主和設計單位協調的工作量，但大多數水電設計單位已有較為成熟的經驗，對分標界面的劃分也有現成的招標文件條款；

（4）考慮到一些機電設備更新換代較快，對計算機監控系統、繼電保護裝置等適當滯后招標，利于采購到較新科技的產品；

（5）通常情況下，分批、分項采購方式競爭性強、投資省，易于采購到業主滿意的產品，且售后服務較好。

我國水、火電工程招標已從大包大攬過度到較為成熟的細化階段，不宜在歷史上"倒退"。前些年，蓄能機組從廣蓄等開始，采用了全套引進國外設備的模式，這是受到當時中國不能自主設計和制造大型蓄能機組、且缺乏對相關附屬和配套設備成套能力的國情的制約。隨著蓄能機組及其相關附屬設備國產化的加速推進，也會向目前混流式、燈泡式機組電站機電設備的采購模式過度，如白山蓄能等電站已開了個好頭。

2.   評標方法

最低評標價法為世界銀行、亞洲銀行等國際競爭性招標通用，如上世紀九十年代水口、二灘、天荒坪等水電站采用此法。只要符合（即實質性響應）招標文件的主要技術和商務條款且評標價最低即可。雖花錢較少，但往往采購不到價錢雖然貴一點，但綜合性能較好、運行穩定性較好、檢修維護工作量較少、使用壽命較長的產品。人們在購買家電產品時，往往寧可買貴一點的名牌產品，并不是僅考慮一次性購買商品的費用最低，還要將產品的運行可靠性、使用壽命期內的損耗、檢修和維護費用等綜合計算在內，即將商品的費用現值是否最小考慮在內。

我國水電站機電設備的評標方法現根據七部委關于招投標的文件，多采用綜合評分法。一般商務和技術權重各占一半左右，其中評標價在商務分中占大頭；現不少業主還增加了投標者風險度5-10%的分值。后者稱風險評分，即按照技術先進、性能可靠、技術經濟比較方案優、報價合理、技術力量、管理能力和生產加工能力滿足合同交貨進度要求等原則，并綜合考慮企業的業績和經驗、社會信譽等進行評價。

早在龍灘水輪發電機組招標采購時，建議龍灘機組采用綜合評分法進行試點，既考慮投標價，又看重技術性能和質量，以總結近年來的經驗、教訓，探索適合水電站機電設備采購的招、評標方法。將許多不易用價格量化的設備重要設計參數和指標，如關鍵部件材質的設計剛強度及安全系數、性能保證值（包括振動和擺度等運行穩定性指標）、主要結構型式的合理性、空冷技術、檢修運行是否方便等的權重分綜合考慮，有利于鼓勵和引導投標者向提高產品內在質量和性能的方向努力。如水輪機的轉輪葉片，就不會做得輕而薄，以便因轉輪總重量輕、投標價格低而占便宜。反之，做得厚一點、重一點、運行穩定性好一點的轉輪，雖然效率略低一點，就很可能技術分高一點。為此，建議將技術評標因子中所需重點考慮的技術因素列細、列全一些，并在招標文件"合同授予的準則"中，也相應增加了按綜合評分法授予合同的表述，使綜合評分法在招標文件中具有透明度和公開、公正性。

對于評標價的設定，一些精明的業主，如二灘水電開發有限公司等，將次低甚至平均投標價的90%作為評標價的滿分，為的是保證制造廠家有足夠的合理利潤，以能提供保質保量的機電設備。

評標時，一般均須制作各投標人設備主要技術參數、性能、材料等的對比表，故應重視投標文件的有關數據電子表格化。對投標文件中《設備特性及性能保證》和《隨投標文件提供的資料及數據》，建議編制格式統一的電子表格，隨招標文件發售。要求投標人必須按表格順序逐項準確填寫，并制成光盤隨投標文件提交招標人，以便評標時節省輸入數據的時間和人力。

目前絕大多數招標文件已按此編制，只是對表格的填寫規格尚不嚴格統一，造成各投標文件的表格數據不一致，給評標數據的輸入造成困難。

3.   發電機參數

3.1.      工作應力和安全系數

目前國內標準主要沿用傳統的強度理論計算方法和經驗確定的。這些最大許用應力的經驗值，特別是主軸的應力計算公式是按傳統的強度理論計算方法和經驗確定的，對于主軸這樣的典型結構件的計算很容易滿足，但對于轉子支架、蝸殼、頂蓋等異形結構件，則由于計算方法的不同而不易滿足這些要求。原因是傳統的強度理論計算方法取的是每個計算斷面的平均值，而有限元法則是結點值，由于受力的不均勻性，其差別可想而知。因此，確定那種計算方法為比較基準很重要。但我們對較為先進的有限元法計算標準尚不熟悉和掌握。

總結近年來大型機組部件多次發生裂紋或斷裂等事故，特別是吸取俄羅斯薩揚舒申斯克水電站事故教訓，應特別重視、研究和補充對長期運行后材料的疲勞強度和剛度、防止應力集中、裂紋等有關技術規范的規定。因此，十分必要制定我國有限元法計算標準或判據；在缺乏統一標準的情況下，建議招標文件補充規定："如若有些部件的局部應力高于本節傳統的強度理論計算標準的規定并經有限元應力分析表明可以保證安全運行，應將全部計算資料及其所依據的相關權威計算標準提交買方審查，只有當買方批準后方可使用"。

3.2.      效率加權因子

水電機組加權平均效率的加權因子，多年來主要由規劃動能專業根據河流的水文資料統計提供?？紤]到以下因素：

（1）電站投運后，電力系統往往不是按河流的天然流量、而是按電站在系統中的位置確定機組帶負荷的運行方式的。

（2）對梯級水電站，業主將逐步過渡到按流域整體水庫優化調度和電量效益最大化來調度和分配機組負荷，并正日漸取得電力調度機構的理解和認可。特別是在具備上級龍頭水庫的條件下，完全可由上級龍頭水庫控制下游各梯級的水位和流量發電，并盡可能保持各梯級處于較優水位運行。

（3）如果發電機在90%～100%額定負荷區域的權重過大，將使得機組在60%～80%額定負荷區域效率較高的制造廠家的優勢不明顯?？紤]到系統事故時水電機組帶負荷爬升速度快的優點，水電機組往往在系統中帶滿負荷的幾率不高，而具備整體較高、形狀較為平坦的效率曲線的機組，將使業主獲得較高的綜合效益。

因此，建議適當提高水電機組在60%～80%額定負荷區域的權重，防止機組在較低負荷區域的效率過低（一些招標文件初稿中加權系數值的分布極不合理，對50％至80％額定負荷區域的發電機效率幾乎是沒有要求），在評標時無法對比和考核各廠家的加權平均效率，不利于評標價的計算；現場性能試驗時，對該區域發電機效率過低的違約罰款無從考核，讓制造廠家鉆空子，影響日后電站適應系統靈活運行調度時的經濟效益。

3.3.      電氣參數

對機組電氣參數的選擇，宜首先與制造廠家交流，取得多數廠家的自然設計值后再行分析確定。

近年來由于我國各地電網日益強大，大型水電機組X￠d對系統穩定的影響已不大，系統設計單位對X￠d已無特殊要求。目前X￠d一般取值為不大于0.35；對內冷機組，國內哈電和東電亦可由不大于0.4降為不大于0.35。

二灘發電機招標文件原規定Xd""（不飽和值）/ Xq""（不飽和值）計算值的比值不得超過1.3，系根據當時世界上一些大型水輪發電機統計資料，認為可放松要求。后電科院經計算發現會導致電站主變中性點暫態過電壓過高（為降低不對稱短路引起的過電壓），后合同談判時改為"盡可能接近于1，不得超過1.15"。

發電機進相深度建議由0.95改為0.9，以盡可能發揮水電機組的正常設計潛力，所花代價極少，但十分有利于系統的無功平衡。招標文件的技術規范應根據當地電力系統的實際情況對機組調相、進相和充電容量保證值作嚴格的規定。

3.4.      溫升限值

新頒國標GB/T7894-2009《水輪發電機基本技術條件》對大型發電機定子繞組、轉子繞組和定子鐵心等的溫升限值有部分修訂。其中，對每天起停3個循環及以上、頻繁起動的水輪發電機，為使銅導體與絕緣及絕緣與鐵心的相對位移盡量減?。ɡ錈嵫h效應），該標準明確溫升限值降低5K~10K。因此，招標文件中對大型發電機定子繞組和定子鐵心的溫升限值由85K最多降低至75K即可，完全無必要"層層加碼"地低至70K。

3.5.      空氣冷卻器的設計裕度

隨著空氣冷卻器結構、性能和質量的改進、完善和提高及大量水輪發電機運行實踐證明，空氣冷卻器因故障退出1~2臺，電機仍繼續運行的工況幾乎不存在。對巨型空冷電機更不應該出現這種非對稱冷卻運行工況。以往不考慮冷卻器設置總數而僅按退出1臺的作法明顯不公平；而一些招標文件要求按二組空氣冷卻器退出設計，裕量又太大。三峽右岸、龍灘及水布埡等大型全空冷水輪發電機的成功投運和初步測試數據，消除了我們原來擔心冷卻裕量不足的顧慮，完全不必設置過多的裕量。

選用的空氣冷卻器熱交換容量的總和應大于電機冷卻計算所需的總冷卻量。設置一定的裕度系考慮空氣冷卻器銘牌熱交換容量與實際熱交換能力的偏差以及電機冷卻（熱交換損耗）計算的客觀誤差。

現新國標已取消了關于空氣冷卻器退出運行的不合理規定，改為"設計選用的空氣冷卻器應有10%~15%的熱交換裕量"。

4.   發電機結構

    近年來對發電機的具體結構趨向于不要規定過死、過細，而是充分發揮制造廠家各自建立在成熟運行業績基礎上的技術優勢。

4.1.      基本結構

目前混流式大容量發電機多采用半傘式，具有兩個導軸承，一個布置在轉子上方，一個布置在轉子下方。在轉子下方的推力軸承，不必強制規定必須與下導軸承分開布置，合并布置也是可以接受的，即在不影響廠房高度（實際上放入下機架空腔內有利于降低發電機高度）和滿足軸系穩定的條件下，賣方根據自己的經驗可采用推力軸承和下導軸承分開設置，也可采用同一油槽合并布置的結構。

4.2.      對斜支撐結構新的認識

近年來錦屏一二級、官地和小灣等電站均采用斜支撐結構的水輪發電機，通過與有關制造廠家的多次討論、協調，從減弱機座對鐵心的作用力、有利于防止鐵心翹曲以及結構受壓的設計更為合理的角度考慮，國內專家已取得共識："發電機若采用斜支撐結構，建議明確規定機座、轉子支架的傾角方向：定子機座斜立筋和上機架斜支臂均應采用后傾設計，轉子支架斜立筋應采取前傾設計（前傾和后傾的定義如下：沿徑向從內到外，斜元件的傾斜方向與水輪發電機組旋轉方向一致，稱為前傾；沿徑向從內到外，斜元件的傾斜方向與水輪發電機組旋轉方向相反，稱為后傾）。"

4.3.      磁極結構

總結惠州、西龍池、水布埡等機組磁極惡性事故的教訓，對轉速較高的發電機和發電電動機，其磁極應采用有同類高速機組成功運行經驗或經全面設計計算驗證的可靠結構，宜采用塔式向心弧形線圈結構并考慮設置合適的極間支撐、圍帶加固等方式。加強磁極線圈靠磁軛處的匝表面絕緣，復核極靴、磁極線圈及其相關支撐部件的材料和剛強度。賣方應提交磁極應力（包括熱與機械應力）及變形的有限元分析計算書（包括鴿尾或T尾及磁極線圈應力及變形分析計算等）供買方評審，最終使用的結構應經買方批準。

4.4.      定子鐵心穿心螺桿

吸取寶泉、惠州等發電電動機定子鐵心穿心螺桿絕緣擊穿事故的教訓，應切實保證定子鐵心矽鋼片的加工質量及其絕緣涂漆的質量，加強現場疊片時的檢驗；在設計和安裝工藝中采取措施，加強和保證定子鐵心穿心螺桿的絕緣性能，從結構上防止粉塵在穿心螺桿處的積聚，避免發生穿心螺桿對鐵心的短路事故。

4.5.      上機架徑向力

上機架機坑壁的徑向受力與土建結構設計及其相應的工程費用緊密相關，建議在招標文件及其合同中明確規定其限制值。

如某大型電站發電機一聯會，廠家稱其經設計優化后將半數磁極短路時上機架的徑向力由合同的508kN增加到1040kN，大大增加了土建結構的難度。買方認為是不可接受的，要求不得超過其投標文件508kN的數值。后二聯會廠家已減少為440kN。

某廠家在白蓮河蓄能發電機技術交流時原提出對上機架機坑壁的徑向力高達1300kN，后招標文件規定不大于600kN，現提交的上機架徑向力已減小為530kN

4.6.      推力軸承

（1）推力軸承的支撐結構

建議招標文件對推力軸承支撐結構型式不必硬性規定，其技術要求可作一般規定：推力軸承應設計成能承受發電機和水輪機轉動部分的總重量和水輪機轉輪的最大水推力的綜合負載；推力軸承的支撐結構應能向推力瓦提供擴散和均勻的支撐，并使其具有自動平衡瓦間負荷的平衡能力；賣方應采用有成熟運行業績的發電機推力軸承的結構型式，或隨投標文件提供與本機組類似容量和轉速的機組推力軸承的型式試驗報告。

（2）推力軸承軸瓦材料

對大型混流式發電機，采用巴氏合金瓦和彈性金屬塑料瓦均是可行的?，F國內外廠家推力軸承和軸瓦的設計、制造均有其各自的優勢和成功運行經驗。

在此，對國產彈性金屬塑料瓦的應用情況作一介紹：

近年來彈性金屬塑料瓦已得到廣泛采用。國內早在1990年就開始研制，目前已批量生產且在大、中型水電機組推力軸承上應用。應當看到，國產瓦在制造質量、摩擦磨損性能、使用壽命上均不亞于進口瓦，完全可替代進口瓦，而價格僅為進口瓦的1/3-1/4。

繼葛洲壩、巖灘、天生橋、五強溪、小浪底等電站300MW及以下發電機塑料瓦多年穩定運行之后，瀑布溝和構皮灘600MW級水輪發電機塑料瓦已成功投運。

2010年4月1日黃河上游水電開發公司與哈電就拉西瓦電站700MW機組1#機推力軸承采用高性能彈性金屬塑料瓦，進行了專題討論。會上提到國內某電站700MW機組推力軸承巴氏合金瓦已發生燒瓦事故，如何確保700MW機組推力軸承長期安全運行問題需要解決。認為拉西瓦700MW 機組推力軸承采用國產塑料瓦后，可取消高壓油頂起，簡化操作程序，運行更加安全可靠，且損耗與巴氏合金瓦相比降低100KW（10%）。有關廠家承諾制造周期為一個月完成，暫不收費，運行成功后，收取成本費用。業主擬近期與有關部門和單位協調，需進行一次專家論證。

哈電已于1996年與ABB公司成功進行了三峽700MW機組推力軸承塑料瓦全尺寸模擬試驗，近期準備在3000t推力軸承試驗臺上進行1000MW級發電機彈性油箱配塑料瓦的全尺寸模擬試驗。

（3）推力軸承冷卻系統

在土建布置允許的情況下，推力軸承冷卻系統多采用外循環冷卻方式。若采用外加泵外循環方式，配兩臺交流電機或是配交、直流電機各一臺，宜與高壓油頂起裝置一致，以利于電站機組的黑啟動。

4.7.      通風冷卻系統

近年來國內對水輪發電機空冷方式較為一致的認識："能空冷就不要水冷"。

通過近年來的不斷努力，我國哈電和東電在大型空冷水輪發電機通風冷卻系統的設計、計算和模型試驗等方面已達到世界先進水平。

對三峽右岸電站全空冷發電機和定子半水冷發電機的初步測試數據對比分析，全空冷系統的指標并不亞于定子半水冷系統：雖然定子線圈整體溫度比水冷高約20-25℃（從三峽公司機電工程部安裝調試報告的測試數據可知：比定子半水冷發電機的阿爾斯通高15-20K，比東電高11K；實際上高11-20K），但空冷鐵心溫度較低（全空冷為59.3-57.6K，定子半水冷為63.3-61K），有利于降低鐵心熱應力變形；空冷同一線棒軸向溫差較小，僅3K，而半水冷達5-7K ，對避免銅線與絕緣間產生氣隙、從而減少相應的局部放電較為有利；加之，空冷線棒絕緣兩側溫差較小，對絕緣壽命有利。

在三峽總公司的積極推動下，中科院電工研究所和東電、哈電等有關設計、科研、制造單位通力合作，將蒸發冷卻技術應用到700MW級水輪發電機上，進行了局部真機模擬試驗和數值仿真計算，解決了蒸發冷卻技術在大型水輪發電機上工業化應用的一系列技術難題。在此基礎上，東電和電工所共同提出的三峽地下電站840MVA水輪發電機采用蒸發冷卻的設計方案，己通過專家評審，三峽總公司已決策采用，目前正在實施中。當然，蒸發冷卻方式的技術性能和優點能否有效發揮、與其他冷卻方式相比的優劣和經濟性等尚待工業運行實踐的檢驗。

希望國內廠家通過近年來陸續投運的龍灘、三峽、拉西瓦、小灣等水電站大型空冷機組的運行和全面測試，并與計算程序和模型試驗結果相互印證，進一步總結經驗、教訓，使我國水輪發電機的空冷技術更加成熟和完善。

5.   結語

多年來，通過水輪發電機組的評標，以及近幾年一些機組的事故原因總結，筆者認為：

（1）大包采購和最低價中標法不利于業主采購到質量和綜合效益滿意的產品，建議電站的機組和機電設備采用分項、分階段采購方式，評標采用綜合評分法。

（2）水輪發電機的電氣參數宜先與廠家交流，結合電站的具體情況合理選取。應重視對關鍵部件材料疲勞強度和剛度等有關技術規范的規定，確保機組的長期安全穩定運行。

（3）招標文件對機組的具體結構不宜規定過死、過細，要充分發揮制造廠家各自建立在成熟運行業績基礎上的技術優勢。