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中国电解铝直流供电技术的新高度——哈萨克斯坦电解铝厂整流变电设备技术管理实践
文/李晓风、吕金福、王煜 来源:《世界有色金属》2010年第8期 2010年09月14日

  通过哈萨克斯坦25万吨/年电解铝厂的建设管理实践,从项目的管理角度和整流变电的技术角度,以电解铝厂关键设备——整流变电设备为例,分析说明了重大国外项目管理和技术管理的复杂性、艰巨性及重要性。

  项目业主哈萨克斯坦铝业公司(简称KAS),大股东为在瑞士上市的JCS公司,项目的咨询顾问由两部分组成,一部分是来自俄铝的技术专家,另外一部分为来自加拿大HATCH公司的技术专家。项目的哈方现场监理为来自原俄铝伊尔库兹克电解铝厂的技术专家。

  在项目现场附近现有前苏联时期建设的150万吨/年氧化铝厂,其50%的产量与俄罗斯签有长期供货合同,其余产量可用于自己新建的电解铝厂。项目分两期建设,一期完成公用设施和12.5万吨/年的电解铝能力,二期完成12.5万吨/年的电解能力。

  中国有色金属建设股份有限公司(NFC)隶属于中国有色矿业集团,是特色鲜明的外向型企业,经过近30年的国外有色金属工程建设实践,积累了丰富的商务、技术及工程管理经验和人才,是在国际上具有一定知名度的工程承包商。

  概述

  1.项目实施的制约因素

  (1)项目规模庞大:中国人在国外建设如此规模的有色冶炼的EPC项目是第一次,所需调动的人力,物力,财力,智力,组织协调力也是前所未有。

  (2)项目的工期紧且不可改变,受气候条件制约严重。

  (3)陆路运输极大地限制了运输能力。

  (4)工艺设备配置要求较高。

  2.项目管理模式的建立

  采用了国际上较为通用的PMP项目管理模式,以期和业主及HATCH公司支持下的项目管理体系以及多个欧洲设备分包商的管理体系对接。在技术管理方面,以本公司的技术专家为主体,广泛结合了加拿大HATCH公司、瑞士ABB公司(以下简称ABB),设计院技术专家,行业内部以及制造厂专家智慧。在质量管理方面,采用直到工程交工验收的全过程质量监控,包括驻厂监制以及全过 程的现场施工监理的质量控制体系。

  项目组织

  1.重大设备的招标组织

  招标工作从技术交流开始,一方面组织与参加投标厂家之间的技术交流,另一方面安排评审专家审阅标书,摸清投标厂家基本情况,并对各厂家做出一个综合性情况汇总,包括产品特性、主要外购件及原材料供货、产品质量保证措施,资金和信誉状况,技术规范建设及企业管理情况、企业优势,存在问题和产品交货期等作为基础资料。

  2.国外重大项目设备采购的原则性意见

  由于在当时的订货环境下,国内大型电解铝厂曾多次出现整流变电设备在运行中损毁的事故,造成不同程度的经济损失,使哈萨克斯坦电解铝厂的整流变电方案的确定困难重重。

  哈萨克斯坦电解铝厂整流变压器的单机组额定直流电压1300伏,直流额定电流2×35千安,跨越了当时人们心里对国内现有整流装置电压电流值的安全底线。

  通过上述分析,逐步产生了国外重大项目设备采购的原则性意见:安全可靠、经济合理。

  3.工艺技术难点的提出

  通过前期的技术交流,业内专家各抒己见,从工程实际及东西方两个学派角度阐述各自观点,提出建设性意见,可归纳为:

  对于整流变压器,认为采用补偿绕组与调压绕组分开递降式整流变压器是稳定可靠的。

  对于整流柜,不确定议题较多——是采用同相逆并联,还是非同相逆并联?整流元件是采用硅二极管,还是可控硅管?当整流柜采用非同相逆并联时,与之对接的整流变压器是否也采用非同相逆并联的?同相逆并联的整流变压器与非同相逆并联的整流柜如何对接?

  4.不同论点的辨析

  通过考察,思路越来越清晰,在整流变压器的制造方面,国内制造能力已达到相当高的水平,采用同相逆并联的接线方式也相当成熟。在整流柜的制造方面,各制造厂家针对近几年整流柜事故频发,可靠性严重影响到电解铝厂安全生产的问题,都在研究分析,采取对策,完善设计,改进结构,加强绝缘,选用优质元器件和绝缘材料等方面下工夫。

  在哈萨克斯坦电解铝厂项目整流供电设备选型研讨会上,设计院介绍了考察了解后形成的整流系统配置方案:

  首推“同相逆并联的整流变+非同相逆并联的整流柜+可控硅整流”。备选“非同相逆并联的整流变+非同相逆并联的整流柜+可控硅整流”。

  5.解决从未解决过的难题

  NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部最终确定采用国产同相逆并联的整流变压器,非同相逆并联的整流柜,二极管整流。这是经过三个多月的技术交流、标书评审、多次“走出去”考察,又多次“请进来”反复论证、研讨等反复的审议才得出的结论。

  根据结论,也确定了整流变压器的中标厂家。至此,哈萨克斯坦电解铝厂项目整流设备选型订货工作迈出了艰难的第一步。

  接着,首次与ABB公司就非同相逆并联整流柜方案进行技术交流,其难点,是ABB的柜子如何与国产的同相逆并联的整流变压器相对接,这是东西方两种不同整流接线的首次对接,这种对接从理论上说是可行的,但从工程实际上说可能会有一些问题。由于这种不同接线方式的对接,使原来ABB的非同相逆并联的柜子的结构全部改变了,设计的理 念也变了,整个柜子都要重新设计。

  瑞士ABB公司提出两个方案:一是让整流变压器改变接线,按ABB的要求,做成非同相逆并联的;二是改变整流变压器的阀侧出线,按上、下两排出线。

  对于ABB的意见,我们明确表示:不考虑改动整流变压器,对于方案二,经与整流变压器厂的专家沟通,也不同意改整流变压器的阀侧出线,因为以上两个方案都是改变了同相逆并联整流变的结构特点,是不能采纳的。

  为此,经多方协商,达成以下共识:其对接方案由设计院负责设计,NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部、整流变压器厂及ABB公司三方会签,共同把关,对其安全可靠性负责。值得提出的是,在整流变压器、整流柜选型,制造厂家确定问题上,业主KAS自始至终一直密切关注,而且俄铝和HATCH公司的专家多次来中国了解情况,参加考察和研讨。在广泛调查了解的基础上,KAS副总裁最终支持了ABB公司整流柜的方案。

  供货阶段实施过程

  1.整流变压器的订货合同实施阶段

  (1)基本参数

  哈萨克斯坦电解铝厂项目采用6套ZHSFPTB-112000/220型递降式整流变压器,五用一备,机组一次额定电压为220千伏,采用MR公司三相95级连续调压。(粗调6级,细调16级)调压范围为6%~105%,自饱和电抗器作0~70伏细调。调变设置三角形稳定兼补偿绕组,线电压为9.5千伏,容量为25MVA,用于功率因数补偿和谐波治理。

  整流变压器的主变,采用同相逆并联结构,6套整流变移相角分别为+2.5°、-2.5°、+7.5°、-7.5°、+12.5°、-12.5°。单机组额定直流电压1300伏,直流额定电流2×35千安,在额定参数下的整流效率≥99.05%(不含整流柜)。单机组总重378.5吨。

  整流变压器厂的设计者,打破传统的设计方法,应用国外先进技术进行计算,并把先进的220千伏电力变压器技术嫁接到整流变压器设计上,从而达到产品设计可靠性、先进性和经济性的有效 统一。整流变压器的结构形式,高寒地区的适应能力及高压干式管的应用等,都遵循了技术协议的要求,而且还充分考虑检修的方便,在调变内留有维护走廊,本体外设有爬梯及顶部水平走廊,特别是采用冷却效果好,外型层次分明的卧式油风冷却装置,使笨重的变压器,给人以耳目一新的感觉,把变压器当成工艺品来做,体现了设计者严谨的设计风格和人性化设计新理念。

  (2)设备监制和质量监督

  NFC哈萨克电解铝厂项目部委派专业监理公司负责六套整流变压器的专职监制,对项目进行全程跟踪见证,对生产工 艺执行情况进行现场监督检查、协助和促进制造厂质保体系的正常运转,严把设备质量关,努力消除常见性、突发性和重复性质量问题,把产品缺陷消除在出厂前。

  (3)增加荷兰KEMA见证试验

  在合同内容外,整流变压器厂家主动提出增加国际权威的荷兰KEMA公司见证试验,并认真组织实施。经过KEMA公司对整流变压器制造厂家的考察,出具了见证试验报告,为这批整流变压器发放了国际通行证。

  (4)出厂、交接和发运

  整流变压器出厂发运也是重要一环,NFC哈萨克电解铝厂项目部组织召开了由制造、运输、安装及设计等单位参加的专题会,就整流变的包装、商检、出厂、交接、运输、安全、报关、清关和到达哈萨克电解铝厂项目现场的检验、就位、安装等环节的相关问题进行了讨论和确定,并形成了可操作性文件——哈萨克斯坦电解铝整流变压器运输、交接、就位,安装施工组织计划方案,使每一环节都可控可循。

  2.整流柜装置的订货合同实施阶段

  (1)主要技术参数及其特点

  每套整流柜装置由两台整流柜及其相应的控制柜组成,单机组额定电压为1300伏,额定电流为2×35千安,采用非同相逆并联的三相桥式整流接线,单机组构成等效12脉波整流,六套整流机组并联运行构成等效72脉波整流系统,其最突出的特点是:非同相逆并联的整流柜与同相逆并联的整流变压器对接,承担对系列直流电流320千安,系列直流电压1300伏的电解槽供电。

  (2)整流柜装置设计会审

  NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部、设计院及业主哈方监理派员参加了设计审查会。会上对整流柜的外形尺寸、在整流所的平面布置、控制回路原理等进行了讨论和确认,对纯水装置,仪表认证,合同交货期以及整流柜与整流变压器的联调,整流柜与220千伏SF6断路器的联系等问题进行了讨论。

  (3)整流柜装置与外围设备的对接

  召开整流柜的协调会,解决整流柜与外围设备的对接问题。

  (4)整流变压器与整流柜装置的对接方案

  瑞士ABB公司提供的同相逆并联的整流变压器与非同相逆并联的整流柜的“对接”方案,与铜母线制造厂家进行技术交底,第一印象感到如此连接的阀侧交流铜母线设计方案是国内同行业中没见过的,48片360×15毫米的铜排在整流柜与墙狭窄的空间,要水平方向左右分开,垂直方向上下弯曲,弯曲角度要求之严格,软连接之多,长度尺寸要求之精确,是前所未有的。根据ABB的“对接”方案图纸,该制造厂家的技术人员进行消化,核算尺寸,在以后的多次交流沟通中,对支架的材质和固定方式还进行过多次的修改,才形成最终的“对接”方案。

  之后,该制造厂家严格按照设计图纸放样加工、制作,出厂前进行整体组装,以确保尺寸无误。

  投产阶段的实施

  1.投产工期一提再提,整流供电压力加大

  该工程工期紧,难度大,加之天气极度严寒,给项目工期增加了难度。合同计划,2007年10月哈萨克斯坦电解铝厂项目一期工程部分电解槽通电,2007年12月17日建成。2007年3月,根据KAS催促提前工期的要求,提出了新的施工进度的三个节点:8月1日,全厂动力系统送电;9月20日,一期前72台电解槽通电启动;12月1日,一期全部144台电解槽通电启动。

  5月28日,KAS再次提前工期,要求:8月1日,全厂动力系统送电;9月1日,一期前72台电解槽通电启动;10月15日,一期144台电解槽全部通电启动。

  结果比原计划2007年10月份部分电解槽通电,2007年12月17日建成的工期,又提前了一个多月。

  2.移师项目现场,打响项目一期攻坚战

  2007年6月,NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部的设备管理和技术人员移师项目现场,当时土建正在施工,4#调变和5#主变的本体还在运输途中,220千伏开关站的SF6断路器及ABB公司的整流柜还未出库,要在不到三个月的时间 内建成投产,不要说是在国外,即便是在国内,也是难以想象的。

  面对重重困难,作为有着海外工程丰富管理经验的中国有色金属建设股份有限公司及其善于打硬仗的团队,从科学管理入手,精心组织,密切协调,为适应NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部工作中心转移后的工作需要,及时成立了哈萨克斯坦电解铝厂项目现场总指挥部,明确管理职责分工,健全生产例会制度,加强中方与哈方、施工与设计、安装与供货厂家等方面的协调、沟通,做到令行禁止,不推诿、不扯皮,努力把工作做好。

  3.三子项设备安装调试全面展开

  要确保9月1日电解槽通电投产,其必备条件是拥有11组220千伏断路器、28组220千伏隔离开关的开关站,拥有六套整流变压器和六套整流柜装置,以及24套直流大刀开关、13套直流电流传感器测量装置的整流所和220千伏整流所的控制、指挥中心——主控制室,这三个子项必须于8月31日前全部安装调试完成。而这三个子项,设备方面是中、法、瑞士三国供货,施工方面是中哈两国施工,语言方面使用中、英、俄、哈四国语言,加之跨国运输设备损坏,技术资料不齐等带来的困难,其相互沟通之困难,相互配合之不易,是前所未有的。

  尽管220千伏开关站无法满足10千伏总配电站通电的要求,为不影响各子项的试运行,我们采用10千伏临时电源的临时供电措施,使10千伏总配于8月1日送电成功,8月2日对空压站,电解车间,烟气净化,铸造车间的10千伏变电所送电。哈萨克斯坦电解铝厂项目整流供电安装、调试进入冲刺阶段。

  4.向总目标进军

  根据9月1日通电投产的要求,NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部要求安装单位于8月12日完成1#、2#两台整流柜的安装工作并移交给ABB公司调试。而ABB公司强调调试工作重大,100多页的调试报告,要一项一项的做,按常规一台需要三周时间,如此算来六台要18周。ABB公司的全部工作,需54天,这是远远不能满足业主KAS提出的9月1日通电投产要求的。

  经协商,ABB公司最终答应把时间压缩为21天。即便如此,也远远满足不了9月1日通电投产的要求。为给ABB公司调试整流柜提供充足的条件,NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部全力配合,安装单位加班加点,业主KAS也派人配合ABB公司现场人员测试工作。综合自动化保护系统的技术服务人员一方面加紧对220千伏综合自动化保护系统的自身系统的调试,另一方面配合ABB公司和安装单位作系统联调。

  工程提前建成投产

  2007年9月1日,这是哈萨克电解 铝厂项目具有历史意义的一天,在庆典上,强大的直流电流通向了一个个电解槽。这意味着中国有色金属建设股份有限公司承建的电解铝项目成功建成。

  哈萨克斯坦电解铝厂项目320千安电解槽通电启动成功,它不仅在工期上比合同规定的工期提前了一个多月,而且在世界上首次成功采用了同相逆并联的整流变压器与非同相逆并联的整流柜相连接的整流供电方案,使中国电解铝直流供电技术达到一个新的高度,向世人展示了中国电解铝整流技术的风采。

  中国有色金属建设股份有限公司之所以能在哈萨克斯坦电解铝厂项目建设中取得成功,科学组织、严格管理是重要环节,项目管理将整合、范围、时间、成本、质量、人力资源、沟通、风险、采购管理应用于项目各阶段的启动、规划、执行、监控和收尾,管理过程环环相扣贯穿始终。

  (作者单位:中国有色金属建设股份有限公司)