1 引言
伊泰普水电工程为巴西和巴拉圭两国共有,并共同管理和运行。1970至1974年,对两国共有的巴拉那河界河河段,进行了广泛的可行性研究,确认了工程的规划设计方案。工程施工始于1975年5月2日。1978年10月20日实现了明渠导流。1982年10月23日水库蓄水至溢洪道高程。首台700MW机组于1984年5月5日开始投入运转。1991年4月10日,装机总容量12600MW水电站的第18台机组投产。
对这个巨型工程的规划、设计和施工过程中进行关键决策时,应用风险分析与管理方法的若干成功实例予以介绍。工程最终的成功,包括其安全性、长期运行的可靠性以及工程的及早建成与发电,在很大程度上都归功于目标风险分析。正是这些目标风险分析,有力地支持了伊泰普两国委员会(ITAIPU)管理层进行及时的、往往也是需大量资金投入的重大决策。
2 主要的潜在风险
巴拉那河两国界河河段,年平均流量超过9000m3/s,落差约为150m,其水能蕴藏量极大。因此,早在可行性研究的初始阶段(1970~1971年),即已确认这一开发工程(不论是一级或多级开发),必属世界最大工程之列。并认识到要顺利完成如此巨大工程的建设任务,必需在工程开工前,预见和分析所有的重要潜在风险及意外情况,作出关键性的决策并采取有效对策,以避免这些风险变为现实时带来灾难性后果。
在可行性研究的最后阶段(1974年),对已确认即将开工的工程,分析考虑了以下各类潜在的风险:
(1)非技术性的两国政策方面的因素;
(2)有关进度问题的关键性决策及安排;
(3)为防止工程工期延误,设计、设备采购和施工之间的协调;
(4)导流及水库蓄水过程中的水文风险;
(5)地质条件的不确定性,基础处理;
(6)水轮发电机组尺寸,两种电力频率问题;
(7)混凝土空心重力主坝的设计;
(8)溢洪道的位置、泄洪能力以及运行可靠性。
伊泰普两国委员会于1974年成立,被授权负责工程建设的实施。在两国委员会所作出的首批重大管理决策中,对风险管理发挥了有效作用的决策有:
(1)组建了一个协调组,协调、监督由两国工程公司组成的五家联合体的工作;
(2)指定了三个独立的国际咨询专家组,分别负责土建工程、水轮机及发电机。
在两国委员会的技术指导委员会内,组建了施工规划、监理及质量控制核心小组。
由美国国际工程公司(IECO)和意大利电力咨询公司(ELC)共同组成的IECO-ELC协调组,也负责可行性研究和进行工程的基本设计。在两国委员会于1974年12月批准工程设计之前,IECO-ELC协调组组织其独立的土建咨询专家组(共7名成员),审查了枢纽总布置、施工导流方案,以及主坝和其他建筑物的设计。对该次审查会议,两国委员会的技术指导委员会对专家组提出的要求是:其批准的基本设计,不会因建设过程中可能遇到的坝址、地质条件或其他条件的变化而改变。
指示协调组着重超前规划和分析可能影响工程各建筑物的质量、安全、耐久性、生产能力或运行可靠度,以及可能阻碍工程完工投入使用的潜在意外情况和风险。
4 关键性的决策及措施
通过全面的施工规划,在1975年5月工程正式开工前6个月编制了详细的施工总进度计划(MPCS),并经伊泰普两国委员会批准。该计划确定了如下重要目标工期:
(1)1978年10月,建成围堰,实现导流;
(2)1982年10月,关闭导流底孔,水库开始蓄水;
(3)1984年5月,开始发电。
考虑到工程的复杂性和施工工程量十分巨大,以及水文的不确定性和其他风险因素,9年发电的工期确是一个雄心勃勃的计划。为确定最可能给工程进展带来负面影响的风险和优先安排解决最复杂的疑难问题,实施了目标风险分析。
两国委员会随后采纳了一份关键决策计划,该计划提出了两国委员会必须作出的对工程最终成功至关重要的若干决策的最后期限。上述需要作出的最关键性的管理决策包括:
(1)在土建工程施工授标前,选定并采购一批重型施工机械设备和装置,诸如大型挖掘机、自卸车和混凝土拌和楼;
(2)确定选择土建承包商的国别政策,仅限于巴西和巴拉圭所属的公司:
(3)确定有关主要机电设备制造厂的产地政策,决定85%的份额必须在巴西或巴拉圭制造;
(4)水库初期蓄水期间,巴拉那河向下游泄流的方式及流量;
(5)水电站装机总容量,水轮发电机组的单机容量和机组数量;
(6)两种电力频率问题,即伊泰普水电站与两国电力系统不同频率的兼容问题(巴拉圭为50Hz,巴西为60Hz)。
在工程建设的初期,两国委员会还采取了另一项重大管理措施,即自行出资办理建设期间覆盖业主、承包商、工程师单位各方的大额综合风险保单。
4 水文风险,围堰及施工导流
4.1 水文风险
根据巴拉那河1920~1974年间可靠的水文记录,最大日平均流量约为32500m3/s。经洪水频率分析,确定导流明渠内的导流建筑物的泄水闸和主围堰堰顶高程的洪水设计标准,采用日最高流量35000m3/s。洪水频率分析表明,导流设计洪水的重现期为80~100年。在3年的运行期内,主围堰的漫顶风险为4%~5%。万一发生围堰漫顶,施工中的建筑物将遭到一定程度的破坏。
尽管从理论上讲,以百分数来衡量,上述风险发生的概率较小,但随后修复及工期滞后造成的直接损失将高达5~7亿美元。
大坝建成、水库蓄水6个月后,即1983年6月,发生了有历史记录以来的最大洪水,洪峰流量为39580m3/s。若类似洪水紧接主围堰建成之后发生,两国委员会准备采取以下措施,可防止或减少对围堰及施工中的建筑物造成的破坏:
(1)在上游围堰顶部建一2~3m高的子堰,子堰上游面以抛石护坡保护。
(2)如果围堰漫顶不可避免,则撤离施工设备,并实施基坑充水。这样可以防止围堰的冲刷破坏。
为防止围堰万一漫顶对未完建的空心重力坝坝块的破坏,另一个措施是,各浇筑块需按规定的程序浇筑,以使坝块保持稳定。
4.2 主围堰
拦断河道的两条主围堰,均分以下几个阶段施工:
(1)在河中抛石填筑两条戗堤;
(2)在30~45m水深下,水下疏挖河床砂砾石;
(3)用“挤压置换”法,在两条堆石戗堤之间,从河一侧向另一侧,快速填筑大量粘土;
(4)在河水水面以上,修建一条有碾压式粘土心墙的中心堆石堤。
上、下游园堰的最大高度分别是75m和80m;填筑方量分别为722万m3,410万m3。除了水文风险外,有关主围堰稳定和功能的其他风险分析,及其有效补救措施如下:
(1)河床砂砾覆盖层的渗漏风险。防治措施:挖除两道戗堤之间的全部河床覆盖层,并在回填粘土前,以侧声纳扫描仪进行水下检查。
(2)水中抛填的抗剪强度极低的高饱和未压实粘土心墙失事的风险。防治措施:水中抛填的粘土心墙顶部加“帽盖”,用于限制戗堤之间极松软的粘土心墙,以保证其稳定性。
因上述以及其他“保守”的防治措施而增加投资是值得的。可从以下事实证明:在围堰建成后的4年中,两道围堰的总渗漏量低于51/s,河槽中进行的大坝和电站厂房施工一直没有受到干扰。
4.3 拱围堰
导流明渠需开挖2000万m3的岩石。开挖施工时,明渠两端留有两道天然石埂。原方案拟在将河水导入明渠之前,用爆破法炸除石埂,然后水下疏浚清除。但这种方式风险很大,因为:①大量的块石堆积,可能形成淹没的潜堰,从而壅高上游水位,导致上游围堰漫顶;②通过明渠的流量超过10000m3/s时,水下疏浚无法进行。
为避免上述风险,决定在导流明渠两端的天然岩埂背水面修建两道混凝土薄拱围堰(其高度分别为35m和32m),然后再开挖清除岩埂。为确保混凝土拱围堰爆破形成小块体,不至在明渠内形成淹没潜堰,进行了若干次爆破试验。1978年10月(1975年确定的目标工期),正在洪水季节起始之际,两道混凝土供围堰同时爆破,成功地将河水导向了导流明渠和导流建筑物的底孔。对围堰和任一施工中的建筑物均未造成损害。
5 截流和水库蓄水
5.1 导流底孔、闸门及底孔封堵
河水经导流建筑物的12个底孔泄流。导流底孔进口尺寸为:6.7m宽,22m高。为安全计,其定轮封堵闸门选用液压启闭机控制,可在河道流量低于12000m3/s的条件下封闭。闸门定轮部件以弹性垫支承,在闸门承受水头差超过40m时,闸门框架可稳定地压紧就位于导轨上。否则,闸门将无法提升。
印度的巴克拉大坝、巴西的菲纳斯大坝、委内瑞拉的古里大坝、以及1975年巴基斯坦的塔贝拉大坝,导流泄水孔口或闸门封闭时,都曾发生过事故,酿成了损失巨大的工期滞后和修复工作。这表明伊泰普电站的导流底孔闸门封堵也将极具风险。为了让水库迅速蓄水,底孔封堵时间安排在10月份,该时段流量约为12000m3/s,而且可能迅速加大。如果一扇或多扇闸门出了故障或封堵时被卡住,则除了将造成枢纽建筑物的严重损伤外,还会使水库蓄水期拖后10~12个月,其损失将高达10亿美元。鉴于其他工程发生严重事故的教训,伊泰普两国委员会于1975年确定了如下强制性规定,以防止严重事故的发生:
(1)不能运用导流底孔闸门进行流量的调节。也就是说,闸门必须处于全关闭或全开启状态。
(2)至少在预定下闸蓄水日期(1982年10月)前一年检查,所有闸门的导轨检查时,一次查一个导流孔。检查方式为,先以样架提升、放下,再提升、放下闸门。
(3)最后实施封堵时,所有闸门将以相同速率下降,要做到基本同步。
(4)在水头差达到35m之前,如果有任一闸门还不能完全封闭,则需基本同步地、按同一速率提升所有闸门,使全部导流底孔均处于全开启状态。
(5)当河道的流量超过12000m3/s,且还在急剧上升时,不得实施关闸封堵。
上述防风险的管理规定得到了严格的遵守。随着闸门和其他设备的安装,从1980年8月至1982年9月,实施了一项详尽的调试程序。首批调试包括,每扇闸门分别在静水条件和动水条件下启闭。第二批调试是同步操纵所有闸门,办法是先将闸门下沉30s,进入流水中2m深,随后同步提升至全开启状态。
提前9个月即选定1982年10月20日,作为导流底孔的封堵目标工期。在此期间执行了一项全面行动计划,以确保在下闸蓄水前,建成整个大坝及溢洪道,完成导流底孔闸门及其辅助系统的调试工作,并保证其运行无问题。曾计划要求上游两座水库(索尔特拉和卡皮洼拉)于10月12日开始蓄水并调节流量,以使伊泰普电站底孔闸门封堵时,河流流量约为5000m3/s。然而,整个9月份和10月上旬,巴拉那河流域持续大雨,上游两座水库将不能按预期要求蓄水以减少下泄流量。预测10月20日伊泰普坝址处流量可能超过12000m3/s。幸运的是,截止10月10日所有系统均已准备就绪并调试完毕。1982年10月13日成功地完成了全部导流底孔闸门的封堵。此时,巴拉那河的流量为11700m3/s。10月27日水库蓄水位达205.60m,通过溢洪道己可下泄流量6000m3/s,河流的流量恢复至正常。
6 水库初期蓄水期间的下泄流量
根据国际通行做法,水库初期蓄水期间,不能使河道完全断流。一般向下游宣泄的流量,应不低于河流历史记录的最小流量(相应巴拉那河的最小流量约为3500m3/s)。但是,同在巴拉那河上的巴西索尔特拉水库首次蓄水时下泄的流量达5000m3/s,这为伊泰普工程建立了先例。
1975年规划设计时,曾设想在电站厂房两端各设8条直径为5.75m的底孔。但这样做耗资过大,而且将影响大坝和厂房的施工进度。此外,封闭高水头的泄水底孔,尤其是万一部分闸门运行中发生故障时,具有极大的风险。
因此,在1975年就排除了采用极具风险的底孔泄水方案,转而研究了以下两个可保证首次蓄水期间下泄5000m3/s或更大流量的替代方案:①在巴拉圭境内的蒙代河上另建一座新水库;②从巴西境内伊瓜苏河(该河在伊泰普工程下游21km处与巴拉那河汇合)上已建成的水库中,下泄5000m3/s流量。修建蒙代水库的方案因存在水文方面的风险而被放弃,因为如果在关键的三年期间发生旱情的话,该水库可能因蓄水不够而不能满足所需下泄流量的要求,且与其他方案相比,此方案成本过高。为确保伊泰普水库能在山82年10月快速地蓄满,后一方案在伊泰普水库预定蓄水日期的两年前,即被两国委员会正式采纳。这样,两国委员会既节约了大量的投资,并履行了有关保持河流流量的国际义务,同时又保证了1975年确定的工程完工日期不受影响。
7 地质不确定性和基础处理
大坝基础曾进行广泛的地质勘察和试验,包括钻孔取岩芯、开挖勘探平峒和大直径竖井等。查清了基础内有四条接近水平分布的不连续面或节理,它们存在于不同玄武岩层和角砾岩层之间,可能对大坝及电站厂房的稳定形成重大威胁。
为客观评估和运用常规剪滑稳定分析的成果,复核了以下与规范和特性假定有关的风险:
(1)现场试验成果解译中的误差,关键部位的勘探资料不足或在分析中采用了过于简化的假设;
(2)比尺效应;
(3)剪滑抗力的可变特性;
(4)时间效应;
(5)分阶段施工的影响;
(6)渗漏及扬压力增加的风险;
(7)有效的抗剪切区面积和有效摩擦阻力;
(8)因水饱和,或持续受力下的蠕变,或因渗漏与管涌,使软弱材料随时间的推移而导致强度降低;
(9)潜在的失事模式和失事后果。
早在1972年可行性研究阶段,就预见到需对基础中的软弱区进行大范围的专项处理,费用较大。这种专项处理需利用竖井和隧洞挖除软弱材料,并以回填的混凝土替换。为了处理这一风险,1974年的可行性研究报告的投资估算中专门列有2000万美元的费用(1973年价格)。
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对位于大坝最高坝段(196m)的坝基下约20m深处的主要不连续面,其专项基础处理,是先开挖成网格形的隧洞群,再回填混凝土形成抗剪键网格。抗剪键网格使较软弱的基础得到加强,其抗剪滑稳定的安全系数得以满足。水库蓄水以来的运行表明,经处理后的基础性状类似于整体的玄武岩。
该项复杂的处理工程顺利完成,未影响大坝施工工期。它是伊泰普设计和施工过程中,有效风险管理的一个杰出而又极其重要的范例。
8 空心重力式主坝
8.1 空心重力坝型的选定
混凝土空心重力坝与混凝土实体重力坝相比,不仅在结构功能和特性,允许应力和所要求的安全余度方面基本相似,而且均由大体积混凝土建造,在质量要求和混凝土浇捣方法上也都是相似的。伊泰普大坝选用空心重力坝坝型,是因为与实体重力坝坝型比较,有以下优点:
(1)可节约混凝土量160万m3;
(2)更高的抗倾覆稳定性;
(3)由于空气可在空心坝段间对流,故水化热易于散发,不需进行后期冷却;
(4)因为同一坝段内分设更多的浇筑坝块,施工灵活性更强;
(5)大坝基础接触面上的扬压力更低;
(6)投资可减少约12%。
上述优点部分地被下述负面因素抵消:模板工程更为复杂;坝肩部分的坝段基础,需分台阶进行开挖;同时,为确保空心重力坝具有与实体坝型同等的质量、安全和耐久性,需要进行更广泛的结构分析。
截止1975年,世界上已建成的最高实体重力坝,是瑞土高280m的大狄克孙坝;而最高的空心重力坝,是1969年建成的西班牙的阿尔康塔拉坝,高度仅132m。伊泰普大坝最大坝高196m,比当时已建成的最高空心重力坝高出48%,这是超越当时水平的巨大跨越,所涉及到的风险无疑更大。此外,为了与电站厂房单个机组段的宽度相匹配,伊泰普空心重力坝的坝段宽度为34m至37m,这一数值是大多已建成空心重力坝坝段宽度的两倍以上。为了减少坝型选择中的风险,开展了一系列结构和地质力学模型实验和有限元分析,以对下列风险进行评估:
(1)由于基础约束,在上游坝踵处产生高拉应力,从而导致混凝土开裂问题;
(2)由于内外温差,使上游坝头产生横向裂缝(劈头裂缝);
(3)通过纵向收缩缝的足够的整体性传力作用;
(4)空心重力坝段顶部特大型电站进水口的安全性。
下面将对上述风险的分析和解决方法进行讨论。
8.2 坝踵裂缝问题
三维有限元法分析表明,水库蓄满时,坝踵处的拉应力高达2MPa。曾考虑采取下列办法消除或控制拉应力:①加设钢筋;②基础处设垂直的截水墙;③在上游坝头设置“软接头”(Pulvino)或冷缝。在补充进行有限元法分析时,假定坝上游基岩存在一弹模很低或为零的薄层,此时,上游坝头的拉应力将为零、或大幅度地降低。假设基岩有一软弱的顶面层是符合实际的,因为当水库初期蓄水时,岩石中的节理和微裂隙受压,基岩表面将出现一(应力)松弛的薄层。微裂隙张开的累积效应,等同于坝踵处浅层基础中存在裂缝。因此认为,没必要为缓减坝踵部位的开裂风险,而采取耗费昂贵的措施。埋设在上游坝头及最高坝段基岩中的多点应变计的观测均表明,自水库蓄水17年来,坝踵部位没有出现过高的拉应力,也未开裂。
8.3 上游坝头的横向裂缝风险
根据对电站机组的优化研究,确定大坝坝段和电站厂房机组段的宽度均为34m。这一空心重力坝上游坝头宽度是没有先例的,数学分析成果表明,存在产生横向裂缝的重大风险,而这些裂缝将直接承受水库的水压力。若坝体混凝土表面温度骤降5~10℃,加上从暴露表面到坝头大体积中心部位的横向温度梯度,就会形成足够高的张拉应力,导致横向裂缝(即上、下游方向的劈头裂缝)的产生,特别是在靠近基础的坝段底部、存在基础强约束的部位。
曾考虑过在混凝土中埋设冷却水管,通循环冷水进行后期冷却,但该方案未被采用。因为混凝土配合比设计中,采用低水泥用量;而且混凝土浇筑时,使用低温混凝土,从而使混凝土开裂风险不大。尽管如此,还是采取了一项专门的预防措施,用以万一在实际施工中,发生实测的温度梯度过大时,防止开裂。坝段间的横向伸缩缝中,两止水片间有一5m宽的狭长区域,可以对其加压,以抵消上游坝头内的拉应力。此外,止水片上游有7.5m的横缝与库水连通,将对上游坝头施加侧向压力。
另一降低裂缝风险的措施是对接近完工的主坝中心部位的坝段底部80m预先施加荷载,即以控制的速度抽水灌满大坝与上游园堰之间的基坑。在水库蓄水前一年,上游坝头已基本冷却至稳定温度时,进行了预先施加荷载的试验。在预施荷载试验过程中以及水库蓄水以来,没有发现上游坝头有横向裂缝发生。
8.4 空心重力坝段的整体性
进行大坝应力和稳定分析时,假定整个坝段是一弹性整体。然而,为了防止裂缝,在坝头和支墩之间、支墩自身,均设置有斜伸缩缝。伸缩缝设有键槽并进行灌浆。通常,对实体重力坝和拱坝,在接缝灌浆前需进行后期冷却,以使这些接缝张开。伊泰普工程在技术设计中规定对坝段进行后期冷却。
为对整体性坝段和部分整体性坝段(用接缝效率系数表示其收缩特性)进行对比,做了广泛的有限元分析研究。其分析成果再次确认伊泰普大坝可以获得足够的整体性能,故在施工过程中末进行大坝后期冷却。
自伊泰普水库蓄水以来,对接缝张开度进行了的持续的监测和分析,其成果表明:接缝部位没有非弹性变形或不均匀位移;正如预测那样,空心重力坝各坝段弹性整体性良好。
8.5 空心重力坝段上部的大型电站进水口
为了检验巨大的进水口的体形、水头损失,以及进水口内外的涡流性状,做了大量的水力学模型试验。最初,曾考虑进水口渐变段采用钢板衬砌,其部分目的,也是为了降低进水口混凝土裂缝可能延伸到大坝坝体的风险。但大型进水口渐变段用钢衬,是一项既昂贵又有风险的措施。因为在压力钢管快速放空过程中,例如,紧急关闭进水口闸门,已发生过若干次钢衬翘曲或失事的先例。
因此.排除了在渐变段(即从矩形的闸门孔口至圆形压力钢管的部分)采用钢衬的方案。最后采用了钢筋混凝土的进水口结构,它作为坝体的一部分,承担全部内部静水和动水压力,以及由此产生的应力。在过去18年的运行期间,水库基本保持满库,平均年水位消落仅为0.5m,未设钢衬的进水口没有发生裂缝。
9 溢洪道位置和泄洪能力及其运行可靠性
9.1 有关风险
溢洪道及其闸门的安全性和运行可靠性,是设计考虑的最为重要的因素,因为巨大的工程投资安全与否就靠它们。附加的另两大风险因素是:①水库自1982年蓄水后,在因电站投产的机组少,电站泄流能力低于年平均流量,溢洪道几乎需连续运行8年;②由于电站主要按承担基荷运行,而且库水位变幅极小,溢洪道闸门如同挡住大部分库水的可动坝体。闸门故障或溢洪道建筑物遭受破损均是完全不可接受的风险。
9.2 溢洪道泄洪能力
经洪水演算,当水库达正常蓄水位223m时,溢洪道设计泄洪能力为622mm3/s,相应可能最大洪水(PMF)为72000m3/s。可能最大洪水是按820000km2的流域面积,用确定性水文分析法求得的,而非用概率分析法演算得来的。
当遭遇可能最大洪水时,为预防伊泰普大坝的土石副坝或混凝土副坝发生洪水漫顶的风险,假定电站所有机组届时都停机不过流。另一附加的防漫顶安全措施是沿大坝坝顶全长、以及溢洪道公路桥上,修建高1.55m的防浪墙。
9.3 溢洪道位置
曾研究过几种溢洪道选址方案。尽管若将溢洪道布置在河床中部或右副坝所在的右坝肩处,其投资较省。但最终的位置选定主要考虑避免以下三个重要风险因素的负面影响:
(1)溢洪道运用时层水位升高,将对电站运行不利,并引起电能损失。
(2)消能工或挑流鼻坎若产生重大破坏(例如塔贝拉大坝曾发生类似事故),溢洪道应仍具有安全宣泄可能最大洪水(PMF)的能力。
(3)初期7~8年运行期间,因可能无足够修理时间,溢洪道需不出任何问题地连续运行。
选择单宽流量高达222m3/s,和以液压启闭机操作尺寸为20m×20m的闸门,是基于以下两点:①成本费用;③巴西其他工程具已有采用类似大闸门的成功经验。闸门采用后张拉锚固支座,也是基于巴西及其他国家已有若干大闸门使用类似系统的成功先例。
1983年2月20日和6月15日,分别遇上36200m3/s和39850m3/s的洪峰,溢洪道安全度汛。2月份的洪水为五百年一遇,而6月份的那场洪水则相应于枯季的可能最大洪水。
过去18年中,溢洪道运用是充分安全可靠和令人满意的。
10 电站机组尺寸,双频率问题
10.1 电站机组尺寸
1974年,确定电站单机额定容量为700MW,属世界上最大的机组之列。其时,美国的大古力-Ⅲ电站和俄罗斯的克拉斯诺雅尔斯克电站装有同一量级的机组。但它们的运行时间还很短,且这些已建电站所遇到的有关机组设计、制造或运行中的问题的资料都非常有限。
因为伊泰普的总装机容量约为大古力的两倍,故对如此巨大机组的可行性的研究进行了综合技术问卷调查,调查对象为世界上的所有著名制造厂家、以及拥有类似机组的电站业主。调查问卷中列举了伊泰普工程的规划布置和有关控制尺寸,如机组坝段的宽度、压力钢管尺寸及其剖面(包括作为水轮机蜗壳一部分的下弯段)、以及水轮机层、发电机层高程。
通过调查,获取了大量有用信息,包括有关制造厂商和其他工程的经验,以及必须要解决的技术问题。在分析各方提供的答卷、并研究已建成工程遇到和解决问题的经验教训之后,确认机组坝段宽度为34m,并拟定了技术规范的草案。这些技术规范是属于性能型的规范,着重于长期运行的可靠性、高生产率,以及最小的停电维护。
10.2 两种电力频率问题
巴拉圭和巴西两国电力系统的频率不同,分别为50Hz和60Hz。该问题影响到水轮机和发电机的设计,以及超高压输电线路型式的选择。伊泰普两国委员会确定,1976年12月为解决此问题的最后期限。虽然在可行性研究阶段,已研究过若干解决双频率问题的技术方案,但这些方案的可行与否,还取决于两国的高层政策决断。曾对下列解决双频问题的技术方案,如两种水轮机转轮、双频率发电机、超高压直流输电的换流器和输电线,进行过深入的研究和经济比较。为避免工期大幅度延误的风险,对以下问题及时进行了决策,其中包括:
(1)全部水轮机采用同一设计;
(2)50Hz发电机和60Hz发电机各设9台;
(3)将50Hz电力转换后,以超高压直流输电供给巴西60Hz电力市场;
(4)60Hz电力,以745kV高压输电线路输送。
10.3 设备的质量控制
由于电站设备的可靠性和生产率,以及设备的及时安装,都取决于严格地按照技术规范对设计和制造进行有效的质量控制。伊泰普两国委员会作出了以下风险管理决策:
(1)成立质量控制组:由有经验的电气及机械工程师组成,具有独立自主权,负责在制造厂商的生产车间监督、确认设备的制造。
(2)主要电站设备作为单个合同,授予一个联合体。从而,水轮机和发电机供应商之间需协调解决的问题大多可以避免。
11 结语
伊泰普工程在设计和施工过程中应用了切实可行和有效的风险分析与管理方法,使工程得以按期完工。该工程装机总容量达12600MW,年发电量超过890亿kW·h,因而是目前世界上规模最大、生产率最高的水电站。
本文译自《Effective Risk Analyese and Management during design and Construction of Itaipu Hydroelectric Project》。
由付正邦译,杨洪斌、胡少华校核。