清遠抽水蓄能電站機電設備安裝技術管理

程振宇，陳泓宇，施玉澤，呂志鵬

（清遠蓄能發電有限公司，廣東 清遠 511853）

0 序言

清遠抽水蓄能電站位于廣東省清遠市境內，總裝機容量128萬kW，屬于國家“十一五”重點工程建設項目。地下廠房內安裝4臺單機容量為32萬kW的可逆式蓄能發電機組，最大水頭504.5m，額定水頭470m，最小水頭449.3m，機組額定轉速4 28.6r/min。電站輸水系統采用一洞四機布置，500kV系統采用聯合擴大單元接線，開關站一回出線接入電網。機組設備供貨商為東芝水電設備（杭州）有限公司，安裝承包商為水電十四局。

自2012年機電安裝工程開工以來，沒有發生安全、質量事件。安全、質量可控、在控，單元工程質量優良，一次驗收合格率100%，優良率100%，上、下游水道充水及500kV線路、GIS、1號2號高壓電纜、4臺主變壓器充電相繼一次成功，4臺機組高質量投產，各項試驗與主要技術指標滿足規范及合同要求，處于國內平均先進水平。

1 機電設備安裝的特點和難點

（1）機組部件的安裝程序不同于其它蓄能電站，要求在發電機機坑澆筑前，將水泵水輪機部件安裝完成，存在水輪機層以上混凝土澆筑間隔時間長、設備防護工作量大、公用系統難以形成、首臺機組調試環境惡劣等問題，土建機電施工配合和進度控制難度大；

（2）地下廠房機電設備安裝進度的制約因素較多，工作面難以展開、土建機電交叉作業、設備延期交貨等，導致現場協調難度大；

（3）蝸殼采用B610CF國產高強鋼，壁厚32mm～74mm，分瓣組裝與焊接，焊接工藝復雜，容易出現裂紋缺陷，施工質量控制難度大；

（4）水泵水輪機座環采用分瓣組裝、現場不能二次機加工的結構，座環的安裝精度調整和蝸殼混凝土澆筑施工具備挑戰性；

（5）發電機轉子磁軛采用分段厚鋼板組裝，定子鐵心采用無穿心螺桿結構，簡化了裝配工藝，節省了工期；但磁軛的軸向受力及其穩定性和轉子偏心量控制很關鍵，且圓度、高度和水平度偏差超標處理難度很大，消缺工期長；

（6）定子線棒槽內固定采用側邊墊條打緊的方式，工藝復雜，要求高且費時。

2 機電工程質量控制要點

2.1 機組安裝質量控制

機組安裝是清蓄電站工程成敗的關鍵核心項目，它的安裝質量控制至關重要。機組安裝分為水泵水輪機及進水球閥、發電電動機、附屬設備及管路系統等3大部分，主要包括埋件安裝、部件預裝及組裝、機組總裝等3個階段，施工前需根據機組部件安裝工藝流程精細制定質量控制要點。

水泵水輪機安裝質量控制的重點和要點是：座環與蝸殼、導水機構、轉動部件和進水球閥等設備部件的安裝。發電電動機側重于定子與轉子的組裝，以及整機的中心、水平、軸線和間隙的調整。蓄能機組部件的設計、制造與安裝相比常規機組有更嚴格的要求，任何質量差錯，都會給機組安全運行帶來嚴重后果。因此，機組安裝工藝與程序、檢測工具和方法、質量標準與技術要求等都必須滿足廠家及規范標準，對關鍵部件的預裝、組裝、調整等環節以及壓力試驗、動作試驗、電氣試驗須要求監理加強旁站監理，業主必要時全程旁站。

2.2 電氣設備安裝質量控制

重點控制發電機電壓回路設備、主變、GIS、高壓電纜、SFC、屏柜等設備的安裝與調試質量，必須符合廠家工藝標準及規范要求。對電氣設備的常規試驗、特性試驗以及二次設備的保護校驗等須實施旁站監理，試驗項目和數據應詳實可靠。未經核查驗收，嚴禁設備帶電試運行。發電機電壓回路設備質量控制要點：母線位置調整和導體焊接、斷路器及隔離開關安裝、母線與各設備連接、試驗檢查。主變質量控制要點：主變運輸就位調整、內檢、附件安裝、絕緣油檢測及處理、試驗檢查。

GIS質量控制要點：部件定位、組裝、抽真空、SF6充注及檢測、試驗檢查。500kV高壓電纜質量控制要點：安裝器具布置、電纜敷設、蛇形調整、外觀檢查、電纜固定、試驗檢查。

2.3 機電埋件安裝質量控制

蓄能電站機電設備眾多，由于受地下廠房空間限制，大量水機管路、電氣管路、設備基礎需要預埋，埋件安裝工程量遠大于常規水電站，極易發生錯埋、漏埋現象。因此，需落實八方交面復查簽證制度，經各方復查見證簽字確認后方可澆筑混凝土。

水機埋管安裝重點控制管道定位、配管焊接、壓力試驗、管路清洗、支撐加固及管口臨時封堵，其中管路壓力試驗應實行旁站監理。電氣埋件安裝主要控制埋件材質、定位加固、軟管防護、接地體焊接及過縫處理等。

2.4 金結設備安裝質量控制

金結制造與安裝重點控制材料設備進場檢測、焊接工藝試驗、焊接過程質量、無損探傷檢測，做好壓力鋼管定位節安裝、閘門拼裝、啟閉系統聯調等質量控制。同時根據施工通道的布置特點、設備運輸尺寸及單元重量，制定合理的金結設備二次倒運及安裝方案，做好斜井、豎井鋼管和進出水口啟閉機吊裝安全控制。

3 編制機組安裝與調試質量檢驗標準

清蓄電站根據電站特點，在安裝初期就組織編制機組安裝與調試質量檢驗標準。由于《水輪發電機組安裝技術規范》GB/T8564僅是指導性原則規范，且偏重于常規水電機組，目前還沒有蓄能機組安裝技術規范。因此，清蓄公司組織參建單位根據現有的規范、合同、設計和廠家技術圖紙文件，按照就高不就低的原則，詳細制定了機組安裝驗收標準。主要如下：

3.1 尾水管現場焊縫100%PT檢查

根據規范GB50766要求：尾水管焊縫檢驗標準：縱縫、丁字縫100%的UT檢測，環縫為50%的UT檢測。生產廠家（東芝水電）“廣東清遠抽水蓄能電站尾水管里襯現場安裝要領書”第7條無損探傷的要求：現場焊縫100%PT檢查，現場焊縫全長10%以及T形焊縫300mm范圍內（環形焊縫與縱向焊縫交叉部分）UT檢查。

3.2 座環水平驗收標準提高

根據規范GB8564要求，座環上法蘭的水平徑向測量0.05mm/m，最大不超過0.6mm，周向測量不超過0.40mm。根據生產廠家（東芝水電）“廣東清遠抽水蓄能電站水泵水輪機本體埋設部件安裝要領書的要求：座環水平度（頂蓋安裝面）水平要求0.05mm/m，測量4個垂直相交的8個點。因座環蝸殼不再進行工地二次加工，要求在座環蝸殼澆筑前水平驗收標準提高至：測點均布16點，徑向測量0.03mm/m；周向測量不超過0.20mm，混凝土澆筑后周向水平不超過0.25mm。最終座環水平調整固定完成，水平波浪值0.14mm，抗磨板水平0.14mm，符合要求。

3.3 定子鴿尾筋調整標準提高

東芝水電定子裝配作業指導書對鴿尾筋基準筋的徑向垂直度允許偏差有具體要求（不大于0.1mm），但對周向垂直度沒有具體要求。根據同類機型成功的安裝經驗，鴿尾基準筋周向垂直度、平面扭曲度允許偏差同樣按不大于0.1mm控制，其它鴿尾筋的徑向垂直度、周向垂直度、平面扭曲度允許偏差按0.05 mm/m，最大不超過0.2mm控制。

3.4 磁軛環安裝工藝及標準提高

對于磁軛同心度的要求，在GBT8564-2003中第9.4.10的規定，在磁軛疊裝完成后：測量磁軛圓度，各半徑與設計半徑之差不應大于設計空氣間隙的±3.5%。清蓄電站轉子磁軛為厚板結構，為避免因加工導致的相鄰兩個點之間的數據差別較大，驗收標準采用“最小二乘法”計算方式，優化驗收標準。為確保轉子組裝質量，我部在施工過程中每安裝一段磁軛環，在保證磁軛內圓與中心體間隙、磁極鍵槽錯牙滿足廠家設計標準的條件，測量磁軛外圓與中心體的同心度，并進行調整。

4 主要機電安裝實施情況

在施工過程中，對設備布置、管路布置、電纜橋架施工、電纜敷設等工程,各方群策群力。

4.1 全廠機械、電氣埋管

采用三維設計，完成全廠的機械及電氣埋管，整體質量優良，沒有發生錯埋、漏埋現象。

4.2 機組尾水管施工

清蓄電站4臺機尾水管已全部安裝完成，現場焊縫進行100%的UT的檢測一次合格率100%，現場焊縫進行100%的PT的檢測一次合格率100%。4臺機尾水管在二期混凝土澆筑后上管口中心及方位全部在 3mm以內：1號機 X：0mm，Y：+1.5mm；2號機：X：3mm，Y：3mm；3 號機：X：2mmY：1mm；4號機：X：2mmY：1mm遠高于優良工程5mm的要求。尾水管施工整體質量優良，被評定為樣板工程。

4.3 機組座環蝸殼組裝、安裝

清蓄電站座環蝸殼不再進行工地二次機加工，為確保座環水平在混凝土澆筑后達到示范工程及創國家優質工程的要求，在首臺機座環蝸殼安裝前，召集監理、設計、廠家及施工單位，對座環蝸殼安裝工藝要求進行討論，根據規范GB/T-8564要求，現場不進行二次機加工的座環上法蘭的水平徑向測量0.05mm/m，最大不超過0.6mm，周向測量不超過0.40mm。根據生產廠家（東芝水電）“廣東清遠抽水蓄能電站水泵水輪機本體埋設部件安裝要領書的要求：座環水平度（頂蓋安裝面）水平要求0.05mm/m，測量4個垂直相交的8個點。為確保工程質量及樣板工程的要求，監理及業主要求提高相關驗評標準：清蓄電站座環法蘭面水平在座環蝸殼混凝土澆筑前，徑向測量0.03mm/m，要求測點均布16點，周向測量不超過0.20mm；混凝土澆筑后周向水平不超過0.25mm。并加強混凝土澆筑過程監控及管理。4臺機座環法蘭面水平最終水平優良。

4.4 機組導水機構安裝

生產廠家（東芝水電）“廣東清遠抽水蓄能電站水泵水輪機本體安裝要領書”的要求，在導水機構預裝時，安裝所有的導葉，在調整過程中只對導葉端面間隙（大小頭間隙一致）進行調整，而根據規范GB/T 8564-2003相關要求，活動導葉預裝數不少于總數的1/3，測量導葉軸套的同軸度。為確保達到樣板工程和優質工程的目標，在實際施工過程中，安裝12個導葉（總數16個），對稱4個方向導葉不安裝，在預裝過程中，同時測量導葉軸套的同軸度、導葉端面間隙及導葉的靈活度，確保了活動導葉安裝質量。

4.5 機組定子組裝

4.5.1 定子組裝環境改善

在定子組裝過程中，對施工環境的溫/濕度、粉塵要求比較高，而在廣東地區地下廠房都存在濕度大，而在施工期間受其他工作影響，地下廠房內粉塵污染嚴重，為確保定子組裝施工質量，特設計并制作組裝定子防塵、防潮、防火組裝工棚，并在組裝式棚內設置除濕機及空調，確保了定子整個組裝過程濕度控制在75%（相關規范及設備廠家要求濕度控制在80%）。

4.5.2 定子機架組裝及定位筋安裝

清蓄電站定子定位筋安裝工藝特殊，定位筋直接安裝在定子機座上，用螺栓及銷釘固定，因此對定子機座現場組裝后的圓度及定位筋安裝基礎座的圓度及垂直度也提出了新的要求。

電站定子機座分兩半到貨，在工地組裝成整體。定子機座在工廠加工完成后，在運輸至工地過程及工地吊裝過程中，不可避免的會出現變形情況，在組裝完成后，發現各臺機定子機座都出現圓度及定位筋安裝基座垂直度超標等情況，而由于清蓄電站定子定位筋直接安裝在定子機座上，用螺栓和銷釘固定，沒有調整余度，定位筋的圓度及垂直度靠定子機座保證。為此在1號機定子機座組裝焊接完成后，由于各數據超標嚴重，采取焊接反變形法及機械校正、超標部位人工打磨處理等措施，保證定位筋安裝基礎座的圓度及垂直度。在后續2號、3號、4號機定子組裝過程中，經各方討論后，為確保定子機座圓度及垂直度，取消機座組圓后的組合縫焊接工作（經東芝水電設計部門確認），減小組裝變形，同時也采取焊接反變形法及機械校正、超標部位人工打磨處理等措施，保證定位筋安裝基礎座的圓度及垂直度。為后續的定位筋安裝質量提供了有力的保障。

在定子組裝中，定位筋的安裝質量是定子疊裝的關鍵控制點，將直接影響定子鐵心疊裝后的圓度及垂直度。根據東芝水電“發電電動機安裝要領書-定子組裝及安裝”及GB/T8564-2003，對定位筋基準筋的徑向垂直度允許偏差有具體要求（不大于0.1mm），但對周向垂直度沒有具體要求，基準筋以外的其他定位筋只有半徑要求，徑向及周向垂直度沒有具體要求。為確保工程質量及樣板工程的要求，要求提高相關驗評標準：根據同類機型成功的安裝經驗，定位筋基準筋周向垂直度、平面扭曲度允許偏差同樣按不大于0.1mm控制，其它鴿尾筋的徑向垂直度、周向垂直度、平面扭曲度允許偏差按0.05mm/m，最大不超過0.2mm控制。在施工過程中，通過對機座圓度、垂直度的調整，在定位筋安裝過程中通過打磨安裝基礎、加墊等措施，最終4臺機定子定位筋全部達到新標準的要求。

4.5.3 定子疊片及磁化試驗

清蓄電站定子鐵心疊裝沒有設計穿心螺栓，而廠家提供的定位工裝只有300mm，要保證有效高度達3320mm的鐵心在疊裝過程中圓度及垂直度、半徑達到設計及相關標準是一個難題，為此在施工過程中，根據現場實際情況，經各方同意后修改了定位槽棒的位置、重新制作了整形工具，加大整形頻次，采用每箱片進行分片疊裝，在疊裝完一箱后，再疊裝第二箱（常規施工方法4箱片同時疊裝），保障了疊片的波浪度，減少了補償片的使用，確保了疊片質量。

在施工過程中，對設備及每一道工序進行檢查驗收，前期在疊裝過程中發現沖片油漆有缺陷（大部分沖片上有約30～50mm細線沒有涂到油漆），經各方研究后決定將已疊裝的鐵心片拆除，經廠家返工處理后，合格的沖片到貨后重新開始疊裝工作。2014年4月11日在2號機定子鐵心疊裝過程中，在初步完成三小垛鐵心沖片疊裝時，檢查發現部分鐵心沖片齒部有油漆高點，經各方檢查確認后暫停了疊片工作。4月13日按廠家要求對已疊裝的定子鐵心全部拆除，逐張檢查、整理，剔除齒部有油漆高點的定子沖片。在后續工作中增加的專人逐張檢查、剔除齒部有油漆高點確保了施工質量。

定子鐵心圓度按GB/T8564要求，各半徑與設計半徑之差不超過發電機設計空氣間隙的士4%;清蓄電站空氣間隙設計值37.5mm，定子鐵心圓度合格標準：鐵心設計半徑2650mm，2650±1.88mm，優良標準：2650±1.13mm。4臺機定子最終圓度遠好于相關標準。

4.5.4 定子下線

在清蓄4臺機下線工作中，精心組織施工，嚴把質量關，精益求精，以建精品工程為目標，認真對每一道工序進行嚴格檢查，在2號機定子下層線棒安裝過程中，發現下層線棒外形尺寸差異大且在單根線棒抽檢過程中發現個別線棒有電暈現象，為確保工程質量，后決定對已安裝的下層線棒全部拆除，更換新線棒，在后續的線棒安裝中，為避免再次發生2號機下層線棒類似的問題，在安裝前對所有的線棒進行100%耐壓試驗（規范5%抽檢）。在匯流環安裝過程中，4臺機都出現引線位置偏差超標的問題，為確保線棒焊接質量，減小應力，將廠家焊接好的分支熔開后根據現場情況重新進行焊接，確保了工程質量。

4.6 機組轉子組裝

發電電動機轉子是抽水蓄能電站的重要組成部分，是機組的核心部件之一，轉子組裝質量將直接影響機組的動平衡和電磁平衡。

清蓄電站轉子磁軛厚板為分段結構，磁軛分9段在廠家進行制作加工后到工地進行組裝，分段磁軛之間沒有螺栓連接。此種結構在國內首次使用，因此在組裝過程中我部根據相關規范及廠家設計要求，經各方共同努力，在滿足國家相關規范要求的前提條件下，制定了適合清蓄電站轉子結構的驗評標準，確保了轉子組裝質量。

2014年7月1 日，1號機磁極掛裝完成后，開始磁極高程及中心測量，測量發現各磁極安裝后實際中心高程的偏差值為-7～5mm，大于設計要求（小于±2mm），經檢查發現磁極鐵心在廠家疊裝后存在平行四力形的問題，導致掛裝后磁極中心高程偏差。經各方討論后決定為確保轉子組裝質量，決定對已掛裝的磁極進行拆除，并挪用3號機磁極用于1號機，確保了轉子組裝質量。

4.7 機組總裝

在機組總裝過程中，為確保施工質量和工程安全，在發電機風洞內施工部位、水車室等施工部位進行了封閉管理。在重點部位裝設了攝像頭，進出封閉區域執行許可審批制度、登記制度等。對已投入運行的電氣設備和正在進行調試的區域均進行了隔離管理。嚴格執行安裝工藝卡制度，工藝卡內容已涵蓋了機電安裝的各道安裝工序，使各道工序的安裝質量處于受控狀態。

在施工過程中，為確保轉動部位軸線，在轉子吊裝前先對發電機下端軸、水輪機軸及轉輪進行單獨盤車檢查軸線，在合格后再吊裝轉子，確保了機組軸線。在機組總裝前編制工藝卡，施工過程中嚴格執行安裝工藝卡制度，工藝卡內容已涵蓋了機電安裝的各道安裝工序，使各道工序的安裝質量處于受控狀態。

4.8 清蓄電站各重要節點工程質量情況

（1）上、下庫下閘蓄水一次成功，閘門及啟閉機安裝質量優良，閘門密封封水良好，工程質量優良。

（2）尾水道充水一次成功，尾水閘門3號機無漏水現象，其他3臺機有輕微滲水，漏水量遠小于相關標準要求，工程質量優良。

（3）上游水道充水一次成功，球閥及操作系統沒有滲水現象，球閥上游檢修密封無滲水，工程質量優良。

（4）高壓設備充電一次成功，相關設備安裝質量優良，運行正常。

（5）4臺機組啟動一次成功，在機組調試期間未發生因安裝質量導致的調試中斷事項。

5 結語

清蓄電站重視每道工序及其銜接，使得設備安裝質量及工藝上升到了新的高度。汲取多個抽水蓄能電站經驗，對整個廠房設備布置和外觀防腐進行系統化思考和規劃，全廠管路、電纜橋架和電纜敷設布置有序、層次分明、路徑清晰、工藝精細美觀，投產機組的中心、水平、軸線、間隙的調整質量優良，機組運行平穩，各主要部位的溫度、壓力、振動、擺度等技術指標優良，編制了機組監造作業指導書和機組安裝驗收標準,有一定的推廣價值。

參考文獻：

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