水电站机电设备重大件运输问题探讨

李修树

（中国水电工程顾问集团公司，北京 100120）

0 引言

我国水力资源十分丰富，水力资源理论蕴藏量694 400 MW，技术可开发装机541 640 MW，经济可开发装机401 795 MW。随着2010年小湾水电站机组的投产发电，中国水电装机规模已超过200 000 MW。由于地形和降雨量差异，我国水力资源分布在地域上极为不均衡，西南地区的云、贵、川、渝、藏5个省 （自治区、直辖市）水力资源占全国总量的66.70%。东部地区水力资源开发程度达90%，水力资源基本已开发完毕；中部地区开发程度达到75%，开发条件相对较好的水电资源点已开发完毕；西部地区开发程度为24%，其中四川省为27%，云南省为20%[1]，开发潜力巨大，西藏地区水电大规模的开发尚未开始。

当前，水电站建设机组选型有向大容量、高参数水平发展的趋势。在我国30座主要特大型水电站中，三峡左岸、三峡右岸、二滩、葛洲坝、拉西瓦、龙滩、构皮滩、小湾、瀑布沟水电站已经建成发电，三峡地下、溪洛渡、向家坝、锦屏二级、锦屏一级、糯扎渡、大岗山水电站正在建设过程中，白鹤滩、乌东德、观音岩、两河口、龙盘、松塔、马吉、两家人水电站正在规划设计，西藏地区的一些电站已完成现场查勘工作[1]。这些水电站共同特点之一是机组单机容量巨大，主要机电设备尺寸大、质量大。

以上情况表明，未开发、待开发的水力资源、大型水电站主要集中在云南、四川、西藏。而我国的经济发展恰好是东部相对发达，西部相对落后，中东部运输条件相对较好，西部运输条件相对较差。因此这些待建水电站在建设过程除需解决水工建筑物、机电设备设计与制造关键技术问题及大容量长距离输送电等问题外，对机电设备重大件运输问题的处理也显得极为重要。

1 机电设备重大件运输问题概述

水电站的主要机电设备包括水轮机、发电机、桥机、主变压器等，这些设备主要来自于哈尔滨、德阳、天津、上海、沈阳、保定、西安、重庆、太原、杭州等地的相关设备生产厂家。对于云南、四川、西藏等地待建的水电站而言，电站所在地通常与这些设备供货地距离较远，尤其是对于一些大型机组，其运输难度通常较大。机电设备最大/最重运输部件包括水轮机转轮、发电机转子中心体、主变压器、桥机大梁等。

如雅砻江流域锦屏一级、锦屏二级、卡拉、杨房沟水电站对外交通道路等级为3级，路面宽度7.0 m，沿途隧洞最小建筑限界5.5 m×5.0 m （宽×高），沿途桥梁标准为公路Ⅰ级，荷载等级为汽-40，挂-200，因此其重大件最大尺寸不宜超过5.5 m，最重件不宜超过200 t。金沙江上的白鹤滩水电站初步规划的机电设备重大件运输线路，铁路运输货物质量200 t，铁路Ⅱ级限制范围内，公路货物断面限制尺寸7.0 m×4.0 m （宽×高）， 运输货物质量150 t。大渡河上的沙坪水电站铁路运输在Ⅱ级限制范围内，公路运输沿线桥涵设计荷载等级为汽-20，挂-100。怒江流域规划重大件运输公路最宽限界6.8 m，最高不超过4.5 m，设备最重约185 t，道路转弯半径约为30 m。

通常情况下，水轮机转轮是最大件，需控制运输尺寸；主变压器为最重件，需控制运输质量；桥机大梁是最长件，需控制道路的转弯半径。

2 水轮机转轮运输

水轮机转轮运输方案主要有3种，即转轮整体运输、转轮分瓣运输和散件运输现场组焊。

20世纪50、60年代投产的机组，由于单机容量和机组尺寸较小，转轮基本上采用整体运输。后来，随着机组尺寸的增加，转轮采用整体运输不可行，因此对于直径D1小于6.5 m转轮采用分瓣运输方式， 如二滩 （D1=6.257 m）、 刘家峡 （D1=5.5～5.88 m）、 漫湾 （D1=5.5 m）、 岩滩、 大朝山 （D1=6.105 m）、安康 （D1=5.5 m）等水电站的转轮都采用分瓣运输。

随着单机容量和机组尺寸进一步加大，即使采用分瓣转轮也难以满足铁路运输，需采用散件运输现场组焊的方式。转轮现场组焊需要设置转轮现场组焊车间，设置组焊工位、翻身工位、机加工工位、静平衡工位等，同时还需配置机加工设备、退火炉、焊接设备、起吊设备等。2002年哈尔滨电机厂在岩滩3号机组转轮改造中，将原采用的分瓣转轮方案改为散件运输现场组焊方案，水运加公路运输。机组已于2003年投入运行。表1列出了部分大型水电站现场组焊转轮的情况。

从表1可以看出，目前的大型水电站转轮采用散件运输到现场组焊已成为大趋势，主要是由于机组向大容量、大尺寸方向发展和运输条件所限等因素造成的。转轮现场组焊对加工工艺也提出了相应的要求，如为了降低现场焊接焊接接头的残余应力，焊丝最好采用与母材材质相同的材料；为保证焊接质量，焊接工人必须是有相应资质的熟练工人；转轮整体退火必须保证热源可靠性，同时对现场环境保护工作要求较高等。所有这些都需严格遵守，才可能保证转轮现场加工的质量。

表1 部分现场组焊的转轮

3 主变压器运输

对于同一容量的主变压器，其型式的选择直接决定了主变压器运输难度。

3.1 单相变压器

采用单相变压器组，运输问题容易得到解决。单相变压器组其结构独立，运行可靠性较高，但设备投资较大，变压器布置占地面积也较大。对高山峡谷地带，尤其是采用地下厂房方案时，设备布置问题往往较难解决，需在运输问题和设备布置问题上加以比较，权衡利弊后确定。

3.2 整体三相变压器

整体三相变压器可靠性高，现场安装工作量小，但其运输质量最大。如三峡电站主变压器容量840 MV·A、 运输尺寸 10.8 m×3.85 m×4.9 m （长×宽×高）、单件运输质量达380 t，但由于三峡电站得天独厚的水运条件，使得整体主变压器运输成为可能，因此采用了整体三相变压器。而拟建的其他大型水电站通常都不具备三峡这样的优厚运输条件，如雅砻江上杨房沟水电站，单机容量375 MW，当采用整体三相变压器时其运输质量约220 t，运输质量较大，不宜采用，只好采用单相变压器 （110 t）。对于额定容量大于400 MV·A的整体三相变压器，其运输难度通常都较大，主要在于其运输质量过大，造成沿途桥涵加固费用、高速公路超载费用等大幅增加。

3.3 组合三相变压器

采用组合三相变压器，其运输问题也较容易得到解决。组合三相变压器与单相变压器组相比，由于避免了主变低压侧离相封闭母线的三角形连接，使封闭母线布置相对简单，降低母线投资和电能损耗，同时可缩小主变压器占地面积。但组合三相变压器本体结构较单相式变压器复杂，总体可靠性也较单相式变压器低，现场安装试验工作量大，更换备用件相对困难。

3.4 现场组装三相变压器

现在新出现了现场组装三相变压器，又称ASA变压器。它是将变压器的内部结构做成可拆卸的若干部分，分开运输，以减小运输重量，在现场将各部分组装成整体。这种型式的变压器设备运输质量小，布置占地面积小，设备本体成本低；但安装时间长，对安装场地、环境条件、工具、安装工艺要求极为严格，现场安装完成后不再对变压器进行例行试验。变压器的质量不易得到保证，目前大型水电站应用极少。

关于主变压器型式，在运输问题较易解决的情况下，应优先选择整体三相变压器。但对于云南、四川、西藏地区待建的大型水电站，变压器容量巨大，采用整体三相变压器通常成为一个不可行的方案，这时就得从运输成本高低、场地布置难度、运行可靠性等方面综合比较，选择主变压器型式。至于ASA变压器，由于在水电站中的应用尚在尝试阶段，不宜优先推荐。

4 桥机大梁运输

随着经济、科技的发展及需求的逐步提高，我国起重设备在起重负载、科技含量、内在质量等方面得到了大力发展。如太原重工股份有限公司为三峡水电站生产制造的12 000 kN单小车桥式起重机是目前世界上最大的单小车桥式起重机，为龙滩生产的5 000 kN+5 000 kN双小车桥式起重机是目前国内最大的双小车桥式起重机。目前国内无论是最大的双小车桥式起重机还是最大单小车桥式起重机都应用在水电站中，且具有世界级别的起重量。又如太重生产的小湾8 000/1 600 kN、拉西瓦8 000/1 500 kN、景洪6 600/1 600 kN、漫湾二期5 000 kN+5 000 kN、瀑布沟4 200 kN+4 200 kN、漫湾3 500 kN+3 500 kN桥式起重机，夹江生产的锦屏一级4 000 kN+4 000 kN桥式起重机，华新生产的构皮滩3 750 kN+3 750 kN、锦屏二级3 500 kN+3 500 kN桥式起重机，这些都具有足够的起重力，与之伴随的是桥机大梁运输长度都比较长，这就关系到运输过程中最长件的道路转弯半径问题。

举例来说，如大渡河沙坪二级水电站装设6×58 MW灯泡贯流式机组，桥机大梁运输尺寸25 m×2.6 m×2.4 m （长×宽×高）， 单件运输质量30 t； 马吉水电站规划装设6×700 MW混流式机组，桥机大梁运输长度约28 m；密松水电站装设8×750 MW混流式机组，桥机大梁运输尺寸34 m×3.2 m×3.3 m （长×宽×高），单件运输质量170 t。可以看出大型水电站桥机大梁的运输长度基本都达到30 m长运输级别，对道路和车辆的转弯半径提出了运输要求。

拟建或待建的白鹤滩、乌东德、观音岩、两河口、龙盘、松塔、马吉、两家人等水电站，也由于其装机容量大，单机容量也会较大，桥机大梁必定长，加之地处边远地区，多山且道路弯道多，因此在可研设计过程必须对桥机大梁的运输问题引起重视，查清运输道路状况，规划好运输路线。

5 其他机电设备重大件运输

除水轮机转轮、主变压器、桥机大梁等运输问题外，其他机电设备重大件如水轮机顶盖、座环、圆筒阀、定子机座等的整体运输难度通常也较大，尤其是大型机组更是如此。对于这些部件，往往根据其尺寸和重量的大小，进行适当的分瓣，以解决运输问题，这方面的经验相对较成熟，现场加工经验也较多。另外，关于转子支架中心体、推力头及镜板、上机架中心体、下机架中心体、主轴等部件也属于机电设备重大件，也需单独地分析和策划其运输问题。但通常情况下，这些部件不构成运输的制约因素。

以上主要是针对大型混流式机组的大件运输问题，尺寸巨大的轴流转桨式机组的轮毂体运输问题通常也比较难。如单机容量170 MW葛洲坝机组，其转轮直径达11.3 m；又如大化扩机机组，单机容量110 MW，其转轮直径达9 m。对于类似尺寸机组轮毂体在西南地区的运输问题，必需引起重视，机组选型设计方案比选时就应加以考虑。

6 结论和建议

（1）机电设备重大件运输问题，不仅应理清主要重大件设备的尺寸和重量，而且应调查清楚沿途线路的控制性因素尺寸，如隧洞、大桥、铁路、公路、水运的等级、吨位及尺寸等。在勘察设计过程中，需规划运输路线、调查沿途的交通状况、估计运输难度、估算相应的运输成本。

（2）对于机电设备重大件，应分最大尺寸件、最重件、最长件等区别对待，选择合适的机电设备型式和加工方式，提出适应电站特点的运输方式。

（3）对于拟建或正在筹建的西部地区大型电站，采用水路运输往往不可行，只能采用铁路运输、公路运输或铁路公路联运方式。运输尺寸在铁路二级限制尺寸范围内的机电设备重大件运输采用铁路、公路联运方式，运输尺寸超过铁路二级限制尺寸范围的机电设备重大件运输采用公路方式直接运至工程区。对于运距较远的电站，进行方案比选时，应尽量使其运输尺寸控制在铁路二级超限范围内，以降低运输成本。无论采用何种运输方式，在运输条件相当的情况下，降低运输风险和运输难度、控制运输成本是一条总的指导思路。

（4）在西南部分高寒地区，冬季较寒冷，设备在冬季采用公路运输时往往受限，因此设备通常需提前供货，在设备采购及工期设计时应加以考虑。

［1］ 钱钢粮.我国水力资源及主要特大型水电站规划设想［C］//大型水轮发电机组技术论文集.北京：中国电力出版社，2008.