黄河规划设计

西霞院工程水轮发电机组采购招投标综述

王文先朱兴旺乔中军(工程设计院) ［摘要］西霞院工程地面厂房内安装4台单机容量为35MW竖轴轴流转桨式水轮发电机组。电站额定水头11.5 m，保证出力45.6MW，多年平均发电量5.83亿 kW.h。阐述了主机采购标在技术和商务方面所具备的特点，同时分析了当前市场形势对主机采购所造成的不利影响。［关键词］轴流转桨式水轮发电机组采购招投标西霞院工程 1 工程简介1.1 电站概况西霞院工程作为小浪底水利枢纽工程的配套项目，其开发任务以反调节为主，结合发电，兼顾供水、灌溉等综合利用。水库正常蓄水位134.0m，土石坝段最大坝高20.2m，电站坝段最大坝高51.5m，水库总库容1.62亿m３，为日调节水库。电站地面厂房内安装4台单机容量为35MW竖轴轴流转桨式水轮发电机组。电站总装机容量140MW；最大毛水头13.97 m，最小毛水头6.13 m，额定水头11.5 m，电站保证出力45.6MW，多年平均发电量5.83亿 kW.h，年利用小时数4164 h。灌溉农田面积113.8万亩。1.2 电站主要参数和运行方式1.2.1 电站水头最大净水头 13.82 m最小净水头 5.83 m加权平均水头 11.99 m汛期 9.33 m非汛期 12.98 m1.2.2 过机含沙量西霞院工程平均过机含沙量见表1-1。1.2.3 电站运行方式西霞院工程在满足小浪底电站反调节发电运行的基础上参与系统调峰运行。汛期上游蓄水位控制在汛期限制水位131.0m，以径流方式运行；非汛期以对小浪底电站进行反调节(日调节)运行为主。 2 水轮发电机组设备采购招标文件特点2.1 商务方面2.1.1 公开招标西霞院工程为列入国家基本建设计划的项目之一。资金来源为中央水利基建投资及银行贷款。根据水利部第14号令《水利工程建设项目招标投标管理规定》(2002年1月1日起施行)的规定，西霞院工程水轮发电机组采购采用国内公开招标方式。2.1.2 资格后审鉴于西霞院工程项目计划紧迫及潜在投标人的情况，招标采用资格后审方式。投标人的资格审查资料附在其投标文件中，招标人在评标时对投标人的资格进行审查，投标人提交的投标文件如因单位资质、经验不满足招标文件的要求或递交的材料内容失实，则该投标文件无效。2.1.3 招标范围西霞院工程主机采购标采用合标方式招标，即将水轮机、发电机、励磁设备和调速系统合在一起招标。采用这种招标方式主要考虑以下因素： (1) 可以减少业主的招标工作量； (2) 执行合同过程中协调工作量相对较少； (3) 增加项目的吸引力。另外，考虑到分标方式(即水轮机和发电机分别招标)一般适用于国际招标中的大型和巨型机组或有特殊技术要求的机组。如我国的二滩、小浪底等电站的机组都是采用水轮机和发电机分别单独招标的方式。针对西霞院机组的规模，采用合标方式招标是比较合适的。鉴于国内有些主机制造商不生产调速系统、励磁设备及机组自动化元件等附属设备或所生产的附属设备在性能或质量上不能满足要求的实际情况，为保证整机设备的可靠性，招标文件进行了特别规定： a) 全部自动化元件按采用进口元件报价。调速器、励磁装置按国内配套(包括合资厂产品)报价并计入总价。另外，投标人还应对调速器、励磁装置设备按采用进口设备另作报价，但不计入总价，供业主参考。 b) 对水轮机调速系统和发电机励磁系统，要求卖方选取2～3个专业设备制造厂进行询价，价格按招标文件规定的格式填写，并推荐性能价格比最优的设备计入投标价格汇总表中。经过回龙抽水蓄能电站工程的招标实践，机组附属设备的这种采购方式既可以减少协调工作量又可以采购到质量较好的设备。究竟采用何种招标方式，应根据工程的具体情况而定，不宜一概而论。附属设备单独招标可使业主具有更直接的主动权，但为了使主机制造厂明确其责任和便于协调工作，附属设备单独招标时业主需邀请主机制造厂商在适当时候参加技术谈判，附属设备招标列在主机招标后进行。 2.2 技术要求特点2.2.1 机组同步转速在主机招标之前，经过详细的多方案论证比较确定的机组同步转速为75r/min。一般情况下，在主机招标文件中应确定同步转速或允许投标人在按招标文件报价的同时提出推荐的替代方案。针对西霞院工程，考虑目前的市场情况及对各制造厂的技术咨询结果，招标文件中明确的机组转速为68r/min～75r/min。不确定的转速方案的优点是可以吸引更多的制造厂参与投标，有利于形成竞争的局面；主要缺点是因转速不同导致各投标方案的偏差增加，严重情况下将导致对招标文件的非实质性响应，同时增加评标工作量。2.2.2 水轮机转轮桨叶在黄河上兴建水电工程，最具挑战性的课题之一是水轮机的磨蚀问题。目前比较公认的影响水轮机磨蚀的因素为：流场条件、材料性能(包括母材和防护材料)、水力设计和结构设计、电站的运行方式。多泥沙电站的运行实践表明，水轮机叶片材质对于抗磨蚀性能有很大的影响。我国上世纪70年代前建设的中小型水电站的水轮机叶片多数采用普通铸钢，抗磨蚀能力很差。通过技术改造，多数更换了具有良好水力设计的铸不锈钢叶片或在普通铸钢表面堆焊不锈钢，统计资料显示大修周期平均延长3～5年。在铸不锈钢系列中，基本上都以铬作为耐蚀的主要合金元素，其中耐蚀性较好的有ZG0Cr13和ZG1Cr13。此外，叶片的制造加工质量对抗磨蚀的影响也由三门峡等电站的运行实践所证实。叶片的制造加工质量由铸造质量和叶片加工工艺决定。VOD真空氧脱碳精炼工艺，由于是在真空状态下，可精炼纯净度更高的钢液，气体和夹杂物含量更低，可以大幅提高不锈钢铸件的质量。五坐标数控机床可以使翼型良好的水力设计得以实现，改善流场条件。因此，招标文件中规定：桨叶采用真空精炼铸造、数控加工；采用抗空蚀、抗磨损并具有良好焊接性能的不锈钢材料制造，材质应不低于GB标准对ZG0Gr13Ni6Mo材料所规定的特性要求。为了安装需要，一般在轴流式水轮机叶片上开设吊孔。该孔在工地机组安装后用封板封盖，封板通常采用与叶片同材质的不锈钢材料，并用不锈钢焊条施焊。尽管要求封板施焊后严格打磨光滑，但在吊孔区域的叶型、粗糙度和叶片内在质量往往不如叶片其他区域。运行过程中叶片此区域的空蚀和磨损特别严重，有时甚至磨穿封板。因此西霞院机组不推荐在桨叶上开孔的吊运方式。2.2.3 部件互换性要求对于运行在多泥沙河流电站的水轮机，提高其零部件的互换性尤其重要，而备品备件的互换性要求更为突出。招标文件在要求每个转轮叶片可以互换、每台机的转轮也要有互换性外，还要求机组的自动化元件、定子线棒等具有互换性。2.2.4 水轮机部件裂纹的技术要求首先，由于轴流式水轮机转轮叶片为悬臂受力，叶片变截面根部是产生应力集中部位。如果翼型的水力设计不良，将产生由流道涡流引起的压力脉动对叶片的频繁作用，这样极易引起叶片应力集中部位的疲劳破坏。其次，随着现代大型轴流式机组单个叶片的尺寸的增大，为满足其刚度要求必须增加叶片的厚度，从而导致材料疲劳限降低，在交变的压力脉动作用下，加速了材料的疲劳破坏。特别是当转轮的材质有缺陷或压力脉动频率与叶片的固有频率接近而发生共振时，将大大地加速破坏的进程。例如：红石电站的50 MW轴流定桨式水轮机在大修时，发现3号机的5个叶片根部(正、背面)和正面出水边处都有不同程度的裂纹；大化水电站4台单机容量100MW轴流转桨式机组的转轮叶片均出现了贯穿性裂纹，被迫切割叶片出水边，改变叶片的固有频率。水轮机转轮叶片产生裂纹已经成为影响水电行业安全生产和发电经济效益的重大问题。混流式、轴流式和水头式水轮机都有发生裂纹的现象。因此，在西霞院招标文件中明确规定了限制转轮叶片裂纹的技术要求： (1) 在合同规定的保证期内，卖方应保证转轮及其他部件不发生贯穿性裂纹，对保证期内产生的裂纹损伤，卖方在现场免费进行修理，并重新计算保证期。 (2) 当裂纹修复时间超过30天，买方将按每超过一周该台设备价格的0.25％金额向卖方索赔。卖方对同一台转轮裂纹的修复超过三次仍然无效，买方有权要求卖方免费提供一台新的转轮。 (3) 卖方应调查水轮机转轮产生裂纹的原因，并提出修改的意见，报告买方认可，其费用完全由卖方负责。2.2.5 发电机推力轴承采用弹性金属塑料瓦从上世纪80年代开始，国内开展了弹性金属塑料瓦的研制。1990 年8月，第1套100t级弹性金属塑料瓦投入运行，此后相继研制出700t级、1800t级、3000t级的塑料瓦，均取得了比较满意的效果。1997年研制成功三峡弹性金属塑料瓦推力轴承。先后应用弹性金属塑料瓦的工程有岩滩水电站(推力负荷2750t)、白山水电站(推力负荷1800t)、五强溪水电站(推力负荷2700t)、天生桥水电站(推力负荷1240t)、小浪底水电站(推力负荷3740t)等大中型电站。根据水轮发电机组塑料瓦推力轴承的运行和试验经验，与巴氏合金瓦相比有以下优点： (1) 安装、检修简单，不需刮研瓦； (2) 许用单位压力高，最大允许到7.0MPa； (3) 不需要高压油顶起系统，并允许机组热启动； (4) 允许冷却水意外断水时间长，一般为15min； (5) 允许机组在推力轴承平均线速度1.5m/s～2.0m/s下加闸停机，减少了制动闸的磨损及其污染。并允许机组惰性停机； (6) 当油冷却器漏水不超过油槽总油量5%情况下，允许机组在4h内正常运行，当有杂质进入时能产生包容，延缓事故发生； (7) 使轴承和轴之间保持绝缘，降低轴电流的危害。显然，西霞院机组推力轴承采用金属塑料瓦可以提高机组运行的可靠性。 3 西霞院机组设备投标情况分析西霞院工程所选用的轴流转桨式机型的制造和运行在我国已有40多年的历史，多数国内的发电设备制造厂具备制造西霞院机组的工艺水平和加工能力。自1958年我国第1台单机容量16MW、转轮直径3.3m的大伙房轴流转桨式机组投入运行后，具代表性的电站机组有青铜峡水电站(单机容量36MW、转轮直径5.5m)、富春江水电站(单机容量60MW、转轮直径8.0m)等大型转桨式机组相继投入运行。 1980年和1981年，葛洲坝水电站单机容量170MW和125MW、转轮直径分别为11.3m和10.2m的转桨式机组先后投入运行。1993年制成水口电站200MW转桨式机组。2004年9月，黄河小峡水电站单机容量57.5MW、转轮直径8.3m的轴流转浆式机组投入运行。西霞院主机采购招标文件于2004年元月4号发售，2004年4月15号开标。参与投标的制造厂有通用电气亚洲水电设备有限公司、四川东风电机厂有限公司和东方电机厂有限责任公司，投标人的数量达到《中华人民共和国招投标法》(2000年1月1日实施)中规定的最低标准。对于西霞院这样国家投资的项目，无论从合同额、工程规模及采购方式方面对潜在的投标人应有相当的吸引力，然而却形成了并不乐观的竞争投标态势。这种情况显然不是由机组在制造方面的难度所引起的。主要原因可归纳为以下方面： (1) 水电设备卖方市场形势根据国家统计资料，2000年至2002年我国经济增长速度分别达到8%、7.3%和8%。国民经济持续快速增长带动了全社会用电需求的全面高涨，这三年间全社会用电量增长速度分别达11.36%、8.7%和11.6%。从固定资产投资总额与新增装机的比例关系变化看，1990年全国每4亿元固定资产投资就配套有1万kW新增装机，但在这三年间，这一比例分别为每16亿元、19亿元、24亿固定资产投资配套1万kW新增装机。发电装机增长严重滞后于用电需求增长。从2002年下半年起，全国各地区均不同程度出现缺电、拉闸限电现象，华东、华南、华北和华中地区电力矛盾尤为突出，全国普遍的电力紧缺现象延续至今，导致电源建设投资的急速膨胀。全国有一定规模的大、中电站设备生产企业手中大多拥有巨额订单，生产计划已经安排到2006年至2007年。同时设备价格在竞争中大幅攀升，提高的幅度达30%－50%。过度饱和的卖方市场形势，相对减弱了项目的市场吸引力。 (2)水轮机选型的特殊性灯泡贯流式机组自1936年问世以来，以其效率高、过流量大、投资省、建设周期短等优势，得到了迅速发展，在国内外低水头径流式电站工程的开发建设中应用越来越广泛。我国贯流式机组大约于1966年起步，通过引进、消化、吸收国外先进技术，特别是近10年来通过合资的方式，使我国灯泡贯流式机组设计开发能力大大增强。以广西马骝滩(3×15.5MW)、百龙滩(6×32MW)、四川青居水电站(4×34MW)工程等为代表大型贯流式机组相继投产发电。 2003年5月24日，拥有目前国内最大容量贯流式机组的青海尼那水电站(4×40MW) 首台机组投入运行。2004年3月26日，我国第一座多泥沙河流上兴建的大型灯泡贯流式机组电站-沙坡头水利枢纽工程(4×30MW)首台机组建成发电。西霞院工程电站的额定水头确定为11.50m，黄委院完成的西霞院工程机型比选结果表明，西霞院工程选用贯流式机组总体上优于轴流式机组。业主单位通过专家咨询、评审，肯定了贯流式机组用于西霞院工程所具备的优点，同时考虑到西霞院工程的水沙条件和电站建成后的运行、检修等问题，最终确定选用轴流式机组。目前大多数制造厂对于设计水头小于15m的电站，首选的是贯流式机型，一般不再考虑轴流式机组。面对这样的发展趋势，有制造厂明确表示，新开发用于西霞院工程的转轮在工期和效益方面都是不允许的。而对工程有意向的制造厂又缺乏在能量和气蚀方面较好地满足西霞院工程条件的模型转轮储备。上述两方面原因限制了业主优选机组的空间。 4 结束语经过由业主组织的评标委员会专家采用综合评估法评审，确定通用电气亚洲水电设备有限公司为第一中标人。通过合同谈判，于2004年6月8日业主将西霞院主机合同授予通用电气亚洲水电设备有限公司。目前合同正在执行过程中。招投标实践表明，主机采购招标文件较好地反映了新形势下的市场采购特点，提出的技术规范能够保证使所采购的设备适应工程的特殊要求。我国的水电设备市场处于历史上的特殊时期，从西霞院工程的招投标实践可见一斑。随着电力需求的饱和和新能源的开发利用，传统的水电设备市场终将回归理性发展，同时也面临新的挑战。决定企业效益和生存的依然是技术创新和竞争实力，而目前过度饱和的卖方市场形势不利于技术创新发展。