水電站機(jī)電設(shè)備重大件運(yùn)輸問(wèn)題探討

李修樹(shù)

（中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司，北京 100120）

0 引言

我國(guó)水力資源十分豐富，水力資源理論蘊(yùn)藏量694 400 MW，技術(shù)可開(kāi)發(fā)裝機(jī)541 640 MW，經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)裝機(jī)401 795 MW。隨著2010年小灣水電站機(jī)組的投產(chǎn)發(fā)電，中國(guó)水電裝機(jī)規(guī)模已超過(guò)200 000 MW。由于地形和降雨量差異，我國(guó)水力資源分布在地域上極為不均衡，西南地區(qū)的云、貴、川、渝、藏5個(gè)省 （自治區(qū)、直轄市）水力資源占全國(guó)總量的66.70%。東部地區(qū)水力資源開(kāi)發(fā)程度達(dá)90%，水力資源基本已開(kāi)發(fā)完畢；中部地區(qū)開(kāi)發(fā)程度達(dá)到75%，開(kāi)發(fā)條件相對(duì)較好的水電資源點(diǎn)已開(kāi)發(fā)完畢；西部地區(qū)開(kāi)發(fā)程度為24%，其中四川省為27%，云南省為20%[1]，開(kāi)發(fā)潛力巨大，西藏地區(qū)水電大規(guī)模的開(kāi)發(fā)尚未開(kāi)始。

當(dāng)前，水電站建設(shè)機(jī)組選型有向大容量、高參數(shù)水平發(fā)展的趨勢(shì)。在我國(guó)30座主要特大型水電站中，三峽左岸、三峽右岸、二灘、葛洲壩、拉西瓦、龍灘、構(gòu)皮灘、小灣、瀑布溝水電站已經(jīng)建成發(fā)電，三峽地下、溪洛渡、向家壩、錦屏二級(jí)、錦屏一級(jí)、糯扎渡、大崗山水電站正在建設(shè)過(guò)程中，白鶴灘、烏東德、觀音巖、兩河口、龍盤、松塔、馬吉、兩家人水電站正在規(guī)劃設(shè)計(jì)，西藏地區(qū)的一些電站已完成現(xiàn)場(chǎng)查勘工作[1]。這些水電站共同特點(diǎn)之一是機(jī)組單機(jī)容量巨大，主要機(jī)電設(shè)備尺寸大、質(zhì)量大。

以上情況表明，未開(kāi)發(fā)、待開(kāi)發(fā)的水力資源、大型水電站主要集中在云南、四川、西藏。而我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展恰好是東部相對(duì)發(fā)達(dá)，西部相對(duì)落后，中東部運(yùn)輸條件相對(duì)較好，西部運(yùn)輸條件相對(duì)較差。因此這些待建水電站在建設(shè)過(guò)程除需解決水工建筑物、機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)與制造關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及大容量長(zhǎng)距離輸送電等問(wèn)題外，對(duì)機(jī)電設(shè)備重大件運(yùn)輸問(wèn)題的處理也顯得極為重要。

1 機(jī)電設(shè)備重大件運(yùn)輸問(wèn)題概述

水電站的主要機(jī)電設(shè)備包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、橋機(jī)、主變壓器等，這些設(shè)備主要來(lái)自于哈爾濱、德陽(yáng)、天津、上海、沈陽(yáng)、保定、西安、重慶、太原、杭州等地的相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠家。對(duì)于云南、四川、西藏等地待建的水電站而言，電站所在地通常與這些設(shè)備供貨地距離較遠(yuǎn)，尤其是對(duì)于一些大型機(jī)組，其運(yùn)輸難度通常較大。機(jī)電設(shè)備最大/最重運(yùn)輸部件包括水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心體、主變壓器、橋機(jī)大梁等。

如雅礱江流域錦屏一級(jí)、錦屏二級(jí)、卡拉、楊房溝水電站對(duì)外交通道路等級(jí)為3級(jí)，路面寬度7.0 m，沿途隧洞最小建筑限界5.5 m×5.0 m （寬×高），沿途橋梁標(biāo)準(zhǔn)為公路Ⅰ級(jí)，荷載等級(jí)為汽-40，掛-200，因此其重大件最大尺寸不宜超過(guò)5.5 m，最重件不宜超過(guò)200 t。金沙江上的白鶴灘水電站初步規(guī)劃的機(jī)電設(shè)備重大件運(yùn)輸線路，鐵路運(yùn)輸貨物質(zhì)量200 t，鐵路Ⅱ級(jí)限制范圍內(nèi)，公路貨物斷面限制尺寸7.0 m×4.0 m （寬×高）， 運(yùn)輸貨物質(zhì)量150 t。大渡河上的沙坪水電站鐵路運(yùn)輸在Ⅱ級(jí)限制范圍內(nèi)，公路運(yùn)輸沿線橋涵設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-20，掛-100。怒江流域規(guī)劃重大件運(yùn)輸公路最寬限界6.8 m，最高不超過(guò)4.5 m，設(shè)備最重約185 t，道路轉(zhuǎn)彎半徑約為30 m。

通常情況下，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是最大件，需控制運(yùn)輸尺寸；主變壓器為最重件，需控制運(yùn)輸質(zhì)量；橋機(jī)大梁是最長(zhǎng)件，需控制道路的轉(zhuǎn)彎半徑。

2 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪運(yùn)輸

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪運(yùn)輸方案主要有3種，即轉(zhuǎn)輪整體運(yùn)輸、轉(zhuǎn)輪分瓣運(yùn)輸和散件運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)組焊。

20世紀(jì)50、60年代投產(chǎn)的機(jī)組，由于單機(jī)容量和機(jī)組尺寸較小，轉(zhuǎn)輪基本上采用整體運(yùn)輸。后來(lái)，隨著機(jī)組尺寸的增加，轉(zhuǎn)輪采用整體運(yùn)輸不可行，因此對(duì)于直徑D1小于6.5 m轉(zhuǎn)輪采用分瓣運(yùn)輸方式， 如二灘 （D1=6.257 m）、 劉家峽 （D1=5.5～5.88 m）、 漫灣 （D1=5.5 m）、 巖灘、 大朝山 （D1=6.105 m）、安康 （D1=5.5 m）等水電站的轉(zhuǎn)輪都采用分瓣運(yùn)輸。

隨著單機(jī)容量和機(jī)組尺寸進(jìn)一步加大，即使采用分瓣轉(zhuǎn)輪也難以滿足鐵路運(yùn)輸，需采用散件運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)組焊的方式。轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場(chǎng)組焊需要設(shè)置轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場(chǎng)組焊車間，設(shè)置組焊工位、翻身工位、機(jī)加工工位、靜平衡工位等，同時(shí)還需配置機(jī)加工設(shè)備、退火爐、焊接設(shè)備、起吊設(shè)備等。2002年哈爾濱電機(jī)廠在巖灘3號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪改造中，將原采用的分瓣轉(zhuǎn)輪方案改為散件運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)組焊方案，水運(yùn)加公路運(yùn)輸。機(jī)組已于2003年投入運(yùn)行。表1列出了部分大型水電站現(xiàn)場(chǎng)組焊轉(zhuǎn)輪的情況。

從表1可以看出，目前的大型水電站轉(zhuǎn)輪采用散件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)組焊已成為大趨勢(shì)，主要是由于機(jī)組向大容量、大尺寸方向發(fā)展和運(yùn)輸條件所限等因素造成的。轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場(chǎng)組焊對(duì)加工工藝也提出了相應(yīng)的要求，如為了降低現(xiàn)場(chǎng)焊接焊接接頭的殘余應(yīng)力，焊絲最好采用與母材材質(zhì)相同的材料；為保證焊接質(zhì)量，焊接工人必須是有相應(yīng)資質(zhì)的熟練工人；轉(zhuǎn)輪整體退火必須保證熱源可靠性，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境保護(hù)工作要求較高等。所有這些都需嚴(yán)格遵守，才可能保證轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場(chǎng)加工的質(zhì)量。

表1 部分現(xiàn)場(chǎng)組焊的轉(zhuǎn)輪

3 主變壓器運(yùn)輸

對(duì)于同一容量的主變壓器，其型式的選擇直接決定了主變壓器運(yùn)輸難度。

3.1 單相變壓器

采用單相變壓器組，運(yùn)輸問(wèn)題容易得到解決。單相變壓器組其結(jié)構(gòu)獨(dú)立，運(yùn)行可靠性較高，但設(shè)備投資較大，變壓器布置占地面積也較大。對(duì)高山峽谷地帶，尤其是采用地下廠房方案時(shí)，設(shè)備布置問(wèn)題往往較難解決，需在運(yùn)輸問(wèn)題和設(shè)備布置問(wèn)題上加以比較，權(quán)衡利弊后確定。

3.2 整體三相變壓器

整體三相變壓器可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量小，但其運(yùn)輸質(zhì)量最大。如三峽電站主變壓器容量840 MV·A、 運(yùn)輸尺寸 10.8 m×3.85 m×4.9 m （長(zhǎng)×寬×高）、單件運(yùn)輸質(zhì)量達(dá)380 t，但由于三峽電站得天獨(dú)厚的水運(yùn)條件，使得整體主變壓器運(yùn)輸成為可能，因此采用了整體三相變壓器。而擬建的其他大型水電站通常都不具備三峽這樣的優(yōu)厚運(yùn)輸條件，如雅礱江上楊房溝水電站，單機(jī)容量375 MW，當(dāng)采用整體三相變壓器時(shí)其運(yùn)輸質(zhì)量約220 t，運(yùn)輸質(zhì)量較大，不宜采用，只好采用單相變壓器 （110 t）。對(duì)于額定容量大于400 MV·A的整體三相變壓器，其運(yùn)輸難度通常都較大，主要在于其運(yùn)輸質(zhì)量過(guò)大，造成沿途橋涵加固費(fèi)用、高速公路超載費(fèi)用等大幅增加。

3.3 組合三相變壓器

采用組合三相變壓器，其運(yùn)輸問(wèn)題也較容易得到解決。組合三相變壓器與單相變壓器組相比，由于避免了主變低壓側(cè)離相封閉母線的三角形連接，使封閉母線布置相對(duì)簡(jiǎn)單，降低母線投資和電能損耗，同時(shí)可縮小主變壓器占地面積。但組合三相變壓器本體結(jié)構(gòu)較單相式變壓器復(fù)雜，總體可靠性也較單相式變壓器低，現(xiàn)場(chǎng)安裝試驗(yàn)工作量大，更換備用件相對(duì)困難。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)組裝三相變壓器

現(xiàn)在新出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)組裝三相變壓器，又稱ASA變壓器。它是將變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做成可拆卸的若干部分，分開(kāi)運(yùn)輸，以減小運(yùn)輸重量，在現(xiàn)場(chǎng)將各部分組裝成整體。這種型式的變壓器設(shè)備運(yùn)輸質(zhì)量小，布置占地面積小，設(shè)備本體成本低；但安裝時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)安裝場(chǎng)地、環(huán)境條件、工具、安裝工藝要求極為嚴(yán)格，現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后不再對(duì)變壓器進(jìn)行例行試驗(yàn)。變壓器的質(zhì)量不易得到保證，目前大型水電站應(yīng)用極少。

關(guān)于主變壓器型式，在運(yùn)輸問(wèn)題較易解決的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇整體三相變壓器。但對(duì)于云南、四川、西藏地區(qū)待建的大型水電站，變壓器容量巨大，采用整體三相變壓器通常成為一個(gè)不可行的方案，這時(shí)就得從運(yùn)輸成本高低、場(chǎng)地布置難度、運(yùn)行可靠性等方面綜合比較，選擇主變壓器型式。至于ASA變壓器，由于在水電站中的應(yīng)用尚在嘗試階段，不宜優(yōu)先推薦。

4 橋機(jī)大梁運(yùn)輸

隨著經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展及需求的逐步提高，我國(guó)起重設(shè)備在起重負(fù)載、科技含量、內(nèi)在質(zhì)量等方面得到了大力發(fā)展。如太原重工股份有限公司為三峽水電站生產(chǎn)制造的12 000 kN單小車橋式起重機(jī)是目前世界上最大的單小車橋式起重機(jī)，為龍灘生產(chǎn)的5 000 kN+5 000 kN雙小車橋式起重機(jī)是目前國(guó)內(nèi)最大的雙小車橋式起重機(jī)。目前國(guó)內(nèi)無(wú)論是最大的雙小車橋式起重機(jī)還是最大單小車橋式起重機(jī)都應(yīng)用在水電站中，且具有世界級(jí)別的起重量。又如太重生產(chǎn)的小灣8 000/1 600 kN、拉西瓦8 000/1 500 kN、景洪6 600/1 600 kN、漫灣二期5 000 kN+5 000 kN、瀑布溝4 200 kN+4 200 kN、漫灣3 500 kN+3 500 kN橋式起重機(jī)，夾江生產(chǎn)的錦屏一級(jí)4 000 kN+4 000 kN橋式起重機(jī)，華新生產(chǎn)的構(gòu)皮灘3 750 kN+3 750 kN、錦屏二級(jí)3 500 kN+3 500 kN橋式起重機(jī)，這些都具有足夠的起重力，與之伴隨的是橋機(jī)大梁運(yùn)輸長(zhǎng)度都比較長(zhǎng)，這就關(guān)系到運(yùn)輸過(guò)程中最長(zhǎng)件的道路轉(zhuǎn)彎半徑問(wèn)題。

舉例來(lái)說(shuō)，如大渡河沙坪二級(jí)水電站裝設(shè)6×58 MW燈泡貫流式機(jī)組，橋機(jī)大梁運(yùn)輸尺寸25 m×2.6 m×2.4 m （長(zhǎng)×寬×高）， 單件運(yùn)輸質(zhì)量30 t； 馬吉水電站規(guī)劃裝設(shè)6×700 MW混流式機(jī)組，橋機(jī)大梁運(yùn)輸長(zhǎng)度約28 m；密松水電站裝設(shè)8×750 MW混流式機(jī)組，橋機(jī)大梁運(yùn)輸尺寸34 m×3.2 m×3.3 m （長(zhǎng)×寬×高），單件運(yùn)輸質(zhì)量170 t?？梢钥闯龃笮退娬緲驒C(jī)大梁的運(yùn)輸長(zhǎng)度基本都達(dá)到30 m長(zhǎng)運(yùn)輸級(jí)別，對(duì)道路和車輛的轉(zhuǎn)彎半徑提出了運(yùn)輸要求。

擬建或待建的白鶴灘、烏東德、觀音巖、兩河口、龍盤、松塔、馬吉、兩家人等水電站，也由于其裝機(jī)容量大，單機(jī)容量也會(huì)較大，橋機(jī)大梁必定長(zhǎng)，加之地處邊遠(yuǎn)地區(qū)，多山且道路彎道多，因此在可研設(shè)計(jì)過(guò)程必須對(duì)橋機(jī)大梁的運(yùn)輸問(wèn)題引起重視，查清運(yùn)輸?shù)缆窢顩r，規(guī)劃好運(yùn)輸路線。

5 其他機(jī)電設(shè)備重大件運(yùn)輸

除水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、主變壓器、橋機(jī)大梁等運(yùn)輸問(wèn)題外，其他機(jī)電設(shè)備重大件如水輪機(jī)頂蓋、座環(huán)、圓筒閥、定子機(jī)座等的整體運(yùn)輸難度通常也較大，尤其是大型機(jī)組更是如此。對(duì)于這些部件，往往根據(jù)其尺寸和重量的大小，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆职?，以解決運(yùn)輸問(wèn)題，這方面的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較成熟，現(xiàn)場(chǎng)加工經(jīng)驗(yàn)也較多。另外，關(guān)于轉(zhuǎn)子支架中心體、推力頭及鏡板、上機(jī)架中心體、下機(jī)架中心體、主軸等部件也屬于機(jī)電設(shè)備重大件，也需單獨(dú)地分析和策劃其運(yùn)輸問(wèn)題。但通常情況下，這些部件不構(gòu)成運(yùn)輸?shù)闹萍s因素。

以上主要是針對(duì)大型混流式機(jī)組的大件運(yùn)輸問(wèn)題，尺寸巨大的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的輪轂體運(yùn)輸問(wèn)題通常也比較難。如單機(jī)容量170 MW葛洲壩機(jī)組，其轉(zhuǎn)輪直徑達(dá)11.3 m；又如大化擴(kuò)機(jī)機(jī)組，單機(jī)容量110 MW，其轉(zhuǎn)輪直徑達(dá)9 m。對(duì)于類似尺寸機(jī)組輪轂體在西南地區(qū)的運(yùn)輸問(wèn)題，必需引起重視，機(jī)組選型設(shè)計(jì)方案比選時(shí)就應(yīng)加以考慮。

6 結(jié)論和建議

（1）機(jī)電設(shè)備重大件運(yùn)輸問(wèn)題，不僅應(yīng)理清主要重大件設(shè)備的尺寸和重量，而且應(yīng)調(diào)查清楚沿途線路的控制性因素尺寸，如隧洞、大橋、鐵路、公路、水運(yùn)的等級(jí)、噸位及尺寸等。在勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，需規(guī)劃運(yùn)輸路線、調(diào)查沿途的交通狀況、估計(jì)運(yùn)輸難度、估算相應(yīng)的運(yùn)輸成本。

（2）對(duì)于機(jī)電設(shè)備重大件，應(yīng)分最大尺寸件、最重件、最長(zhǎng)件等區(qū)別對(duì)待，選擇合適的機(jī)電設(shè)備型式和加工方式，提出適應(yīng)電站特點(diǎn)的運(yùn)輸方式。

（3）對(duì)于擬建或正在籌建的西部地區(qū)大型電站，采用水路運(yùn)輸往往不可行，只能采用鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸或鐵路公路聯(lián)運(yùn)方式。運(yùn)輸尺寸在鐵路二級(jí)限制尺寸范圍內(nèi)的機(jī)電設(shè)備重大件運(yùn)輸采用鐵路、公路聯(lián)運(yùn)方式，運(yùn)輸尺寸超過(guò)鐵路二級(jí)限制尺寸范圍的機(jī)電設(shè)備重大件運(yùn)輸采用公路方式直接運(yùn)至工程區(qū)。對(duì)于運(yùn)距較遠(yuǎn)的電站，進(jìn)行方案比選時(shí)，應(yīng)盡量使其運(yùn)輸尺寸控制在鐵路二級(jí)超限范圍內(nèi)，以降低運(yùn)輸成本。無(wú)論采用何種運(yùn)輸方式，在運(yùn)輸條件相當(dāng)?shù)那闆r下，降低運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)輸難度、控制運(yùn)輸成本是一條總的指導(dǎo)思路。

（4）在西南部分高寒地區(qū)，冬季較寒冷，設(shè)備在冬季采用公路運(yùn)輸時(shí)往往受限，因此設(shè)備通常需提前供貨，在設(shè)備采購(gòu)及工期設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。

［1］ 錢鋼糧.我國(guó)水力資源及主要特大型水電站規(guī)劃設(shè)想［C］//大型水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)論文集.北京：中國(guó)電力出版社，2008.