清远抽水蓄能电站机电设备安装技术管理

程振宇，陈泓宇，施玉泽，吕志鹏

（清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853）

0 序言

清远抽水蓄能电站位于广东省清远市境内，总装机容量128万kW，属于国家“十一五”重点工程建设项目。地下厂房内安装4台单机容量为32万kW的可逆式蓄能发电机组，最大水头504.5m，额定水头470m，最小水头449.3m，机组额定转速4 28.6r/min。电站输水系统采用一洞四机布置，500kV系统采用联合扩大单元接线，开关站一回出线接入电网。机组设备供货商为东芝水电设备（杭州）有限公司，安装承包商为水电十四局。

自2012年机电安装工程开工以来，没有发生安全、质量事件。安全、质量可控、在控，单元工程质量优良，一次验收合格率100%，优良率100%，上、下游水道充水及500kV线路、GIS、1号2号高压电缆、4台主变压器充电相继一次成功，4台机组高质量投产，各项试验与主要技术指标满足规范及合同要求，处于国内平均先进水平。

1 机电设备安装的特点和难点

（1）机组部件的安装程序不同于其它蓄能电站，要求在发电机机坑浇筑前，将水泵水轮机部件安装完成，存在水轮机层以上混凝土浇筑间隔时间长、设备防护工作量大、公用系统难以形成、首台机组调试环境恶劣等问题，土建机电施工配合和进度控制难度大；

（2）地下厂房机电设备安装进度的制约因素较多，工作面难以展开、土建机电交叉作业、设备延期交货等，导致现场协调难度大；

（3）蜗壳采用B610CF国产高强钢，壁厚32mm～74mm，分瓣组装与焊接，焊接工艺复杂，容易出现裂纹缺陷，施工质量控制难度大；

（4）水泵水轮机座环采用分瓣组装、现场不能二次机加工的结构，座环的安装精度调整和蜗壳混凝土浇筑施工具备挑战性；

（5）发电机转子磁轭采用分段厚钢板组装，定子铁心采用无穿心螺杆结构，简化了装配工艺，节省了工期；但磁轭的轴向受力及其稳定性和转子偏心量控制很关键，且圆度、高度和水平度偏差超标处理难度很大，消缺工期长；

（6）定子线棒槽内固定采用侧边垫条打紧的方式，工艺复杂，要求高且费时。

2 机电工程质量控制要点

2.1 机组安装质量控制

机组安装是清蓄电站工程成败的关键核心项目，它的安装质量控制至关重要。机组安装分为水泵水轮机及进水球阀、发电电动机、附属设备及管路系统等3大部分，主要包括埋件安装、部件预装及组装、机组总装等3个阶段，施工前需根据机组部件安装工艺流程精细制定质量控制要点。

水泵水轮机安装质量控制的重点和要点是：座环与蜗壳、导水机构、转动部件和进水球阀等设备部件的安装。发电电动机侧重于定子与转子的组装，以及整机的中心、水平、轴线和间隙的调整。蓄能机组部件的设计、制造与安装相比常规机组有更严格的要求，任何质量差错，都会给机组安全运行带来严重后果。因此，机组安装工艺与程序、检测工具和方法、质量标准与技术要求等都必须满足厂家及规范标准，对关键部件的预装、组装、调整等环节以及压力试验、动作试验、电气试验须要求监理加强旁站监理，业主必要时全程旁站。

2.2 电气设备安装质量控制

重点控制发电机电压回路设备、主变、GIS、高压电缆、SFC、屏柜等设备的安装与调试质量，必须符合厂家工艺标准及规范要求。对电气设备的常规试验、特性试验以及二次设备的保护校验等须实施旁站监理，试验项目和数据应详实可靠。未经核查验收，严禁设备带电试运行。发电机电压回路设备质量控制要点：母线位置调整和导体焊接、断路器及隔离开关安装、母线与各设备连接、试验检查。主变质量控制要点：主变运输就位调整、内检、附件安装、绝缘油检测及处理、试验检查。

GIS质量控制要点：部件定位、组装、抽真空、SF6充注及检测、试验检查。500kV高压电缆质量控制要点：安装器具布置、电缆敷设、蛇形调整、外观检查、电缆固定、试验检查。

2.3 机电埋件安装质量控制

蓄能电站机电设备众多，由于受地下厂房空间限制，大量水机管路、电气管路、设备基础需要预埋，埋件安装工程量远大于常规水电站，极易发生错埋、漏埋现象。因此，需落实八方交面复查签证制度，经各方复查见证签字确认后方可浇筑混凝土。

水机埋管安装重点控制管道定位、配管焊接、压力试验、管路清洗、支撑加固及管口临时封堵，其中管路压力试验应实行旁站监理。电气埋件安装主要控制埋件材质、定位加固、软管防护、接地体焊接及过缝处理等。

2.4 金结设备安装质量控制

金结制造与安装重点控制材料设备进场检测、焊接工艺试验、焊接过程质量、无损探伤检测，做好压力钢管定位节安装、闸门拼装、启闭系统联调等质量控制。同时根据施工通道的布置特点、设备运输尺寸及单元重量，制定合理的金结设备二次倒运及安装方案，做好斜井、竖井钢管和进出水口启闭机吊装安全控制。

3 编制机组安装与调试质量检验标准

清蓄电站根据电站特点，在安装初期就组织编制机组安装与调试质量检验标准。由于《水轮发电机组安装技术规范》GB/T8564仅是指导性原则规范，且偏重于常规水电机组，目前还没有蓄能机组安装技术规范。因此，清蓄公司组织参建单位根据现有的规范、合同、设计和厂家技术图纸文件，按照就高不就低的原则，详细制定了机组安装验收标准。主要如下：

3.1 尾水管现场焊缝100%PT检查

根据规范GB50766要求：尾水管焊缝检验标准：纵缝、丁字缝100%的UT检测，环缝为50%的UT检测。生产厂家（东芝水电）“广东清远抽水蓄能电站尾水管里衬现场安装要领书”第7条无损探伤的要求：现场焊缝100%PT检查，现场焊缝全长10%以及T形焊缝300mm范围内（环形焊缝与纵向焊缝交叉部分）UT检查。

3.2 座环水平验收标准提高

根据规范GB8564要求，座环上法兰的水平径向测量0.05mm/m，最大不超过0.6mm，周向测量不超过0.40mm。根据生产厂家（东芝水电）“广东清远抽水蓄能电站水泵水轮机本体埋设部件安装要领书的要求：座环水平度（顶盖安装面）水平要求0.05mm/m，测量4个垂直相交的8个点。因座环蜗壳不再进行工地二次加工，要求在座环蜗壳浇筑前水平验收标准提高至：测点均布16点，径向测量0.03mm/m；周向测量不超过0.20mm，混凝土浇筑后周向水平不超过0.25mm。最终座环水平调整固定完成，水平波浪值0.14mm，抗磨板水平0.14mm，符合要求。

3.3 定子鸽尾筋调整标准提高

东芝水电定子装配作业指导书对鸽尾筋基准筋的径向垂直度允许偏差有具体要求（不大于0.1mm），但对周向垂直度没有具体要求。根据同类机型成功的安装经验，鸽尾基准筋周向垂直度、平面扭曲度允许偏差同样按不大于0.1mm控制，其它鸽尾筋的径向垂直度、周向垂直度、平面扭曲度允许偏差按0.05 mm/m，最大不超过0.2mm控制。

3.4 磁轭环安装工艺及标准提高

对于磁轭同心度的要求，在GBT8564-2003中第9.4.10的规定，在磁轭叠装完成后：测量磁轭圆度，各半径与设计半径之差不应大于设计空气间隙的±3.5%。清蓄电站转子磁轭为厚板结构，为避免因加工导致的相邻两个点之间的数据差别较大，验收标准采用“最小二乘法”计算方式，优化验收标准。为确保转子组装质量，我部在施工过程中每安装一段磁轭环，在保证磁轭内圆与中心体间隙、磁极键槽错牙满足厂家设计标准的条件，测量磁轭外圆与中心体的同心度，并进行调整。

4 主要机电安装实施情况

在施工过程中，对设备布置、管路布置、电缆桥架施工、电缆敷设等工程,各方群策群力。

4.1 全厂机械、电气埋管

采用三维设计，完成全厂的机械及电气埋管，整体质量优良，没有发生错埋、漏埋现象。

4.2 机组尾水管施工

清蓄电站4台机尾水管已全部安装完成，现场焊缝进行100%的UT的检测一次合格率100%，现场焊缝进行100%的PT的检测一次合格率100%。4台机尾水管在二期混凝土浇筑后上管口中心及方位全部在 3mm以内：1号机 X：0mm，Y：+1.5mm；2号机：X：3mm，Y：3mm；3 号机：X：2mmY：1mm；4号机：X：2mmY：1mm远高于优良工程5mm的要求。尾水管施工整体质量优良，被评定为样板工程。

4.3 机组座环蜗壳组装、安装

清蓄电站座环蜗壳不再进行工地二次机加工，为确保座环水平在混凝土浇筑后达到示范工程及创国家优质工程的要求，在首台机座环蜗壳安装前，召集监理、设计、厂家及施工单位，对座环蜗壳安装工艺要求进行讨论，根据规范GB/T-8564要求，现场不进行二次机加工的座环上法兰的水平径向测量0.05mm/m，最大不超过0.6mm，周向测量不超过0.40mm。根据生产厂家（东芝水电）“广东清远抽水蓄能电站水泵水轮机本体埋设部件安装要领书的要求：座环水平度（顶盖安装面）水平要求0.05mm/m，测量4个垂直相交的8个点。为确保工程质量及样板工程的要求，监理及业主要求提高相关验评标准：清蓄电站座环法兰面水平在座环蜗壳混凝土浇筑前，径向测量0.03mm/m，要求测点均布16点，周向测量不超过0.20mm；混凝土浇筑后周向水平不超过0.25mm。并加强混凝土浇筑过程监控及管理。4台机座环法兰面水平最终水平优良。

4.4 机组导水机构安装

生产厂家（东芝水电）“广东清远抽水蓄能电站水泵水轮机本体安装要领书”的要求，在导水机构预装时，安装所有的导叶，在调整过程中只对导叶端面间隙（大小头间隙一致）进行调整，而根据规范GB/T 8564-2003相关要求，活动导叶预装数不少于总数的1/3，测量导叶轴套的同轴度。为确保达到样板工程和优质工程的目标，在实际施工过程中，安装12个导叶（总数16个），对称4个方向导叶不安装，在预装过程中，同时测量导叶轴套的同轴度、导叶端面间隙及导叶的灵活度，确保了活动导叶安装质量。

4.5 机组定子组装

4.5.1 定子组装环境改善

在定子组装过程中，对施工环境的温/湿度、粉尘要求比较高，而在广东地区地下厂房都存在湿度大，而在施工期间受其他工作影响，地下厂房内粉尘污染严重，为确保定子组装施工质量，特设计并制作组装定子防尘、防潮、防火组装工棚，并在组装式棚内设置除湿机及空调，确保了定子整个组装过程湿度控制在75%（相关规范及设备厂家要求湿度控制在80%）。

4.5.2 定子机架组装及定位筋安装

清蓄电站定子定位筋安装工艺特殊，定位筋直接安装在定子机座上，用螺栓及销钉固定，因此对定子机座现场组装后的圆度及定位筋安装基础座的圆度及垂直度也提出了新的要求。

电站定子机座分两半到货，在工地组装成整体。定子机座在工厂加工完成后，在运输至工地过程及工地吊装过程中，不可避免的会出现变形情况，在组装完成后，发现各台机定子机座都出现圆度及定位筋安装基座垂直度超标等情况，而由于清蓄电站定子定位筋直接安装在定子机座上，用螺栓和销钉固定，没有调整余度，定位筋的圆度及垂直度靠定子机座保证。为此在1号机定子机座组装焊接完成后，由于各数据超标严重，采取焊接反变形法及机械校正、超标部位人工打磨处理等措施，保证定位筋安装基础座的圆度及垂直度。在后续2号、3号、4号机定子组装过程中，经各方讨论后，为确保定子机座圆度及垂直度，取消机座组圆后的组合缝焊接工作（经东芝水电设计部门确认），减小组装变形，同时也采取焊接反变形法及机械校正、超标部位人工打磨处理等措施，保证定位筋安装基础座的圆度及垂直度。为后续的定位筋安装质量提供了有力的保障。

在定子组装中，定位筋的安装质量是定子叠装的关键控制点，将直接影响定子铁心叠装后的圆度及垂直度。根据东芝水电“发电电动机安装要领书-定子组装及安装”及GB/T8564-2003，对定位筋基准筋的径向垂直度允许偏差有具体要求（不大于0.1mm），但对周向垂直度没有具体要求，基准筋以外的其他定位筋只有半径要求，径向及周向垂直度没有具体要求。为确保工程质量及样板工程的要求，要求提高相关验评标准：根据同类机型成功的安装经验，定位筋基准筋周向垂直度、平面扭曲度允许偏差同样按不大于0.1mm控制，其它鸽尾筋的径向垂直度、周向垂直度、平面扭曲度允许偏差按0.05mm/m，最大不超过0.2mm控制。在施工过程中，通过对机座圆度、垂直度的调整，在定位筋安装过程中通过打磨安装基础、加垫等措施，最终4台机定子定位筋全部达到新标准的要求。

4.5.3 定子叠片及磁化试验

清蓄电站定子铁心叠装没有设计穿心螺栓，而厂家提供的定位工装只有300mm，要保证有效高度达3320mm的铁心在叠装过程中圆度及垂直度、半径达到设计及相关标准是一个难题，为此在施工过程中，根据现场实际情况，经各方同意后修改了定位槽棒的位置、重新制作了整形工具，加大整形频次，采用每箱片进行分片叠装，在叠装完一箱后，再叠装第二箱（常规施工方法4箱片同时叠装），保障了叠片的波浪度，减少了补偿片的使用，确保了叠片质量。

在施工过程中，对设备及每一道工序进行检查验收，前期在叠装过程中发现冲片油漆有缺陷（大部分冲片上有约30～50mm细线没有涂到油漆），经各方研究后决定将已叠装的铁心片拆除，经厂家返工处理后，合格的冲片到货后重新开始叠装工作。2014年4月11日在2号机定子铁心叠装过程中，在初步完成三小垛铁心冲片叠装时，检查发现部分铁心冲片齿部有油漆高点，经各方检查确认后暂停了叠片工作。4月13日按厂家要求对已叠装的定子铁心全部拆除，逐张检查、整理，剔除齿部有油漆高点的定子冲片。在后续工作中增加的专人逐张检查、剔除齿部有油漆高点确保了施工质量。

定子铁心圆度按GB/T8564要求，各半径与设计半径之差不超过发电机设计空气间隙的士4%;清蓄电站空气间隙设计值37.5mm，定子铁心圆度合格标准：铁心设计半径2650mm，2650±1.88mm，优良标准：2650±1.13mm。4台机定子最终圆度远好于相关标准。

4.5.4 定子下线

在清蓄4台机下线工作中，精心组织施工，严把质量关，精益求精，以建精品工程为目标，认真对每一道工序进行严格检查，在2号机定子下层线棒安装过程中，发现下层线棒外形尺寸差异大且在单根线棒抽检过程中发现个别线棒有电晕现象，为确保工程质量，后决定对已安装的下层线棒全部拆除，更换新线棒，在后续的线棒安装中，为避免再次发生2号机下层线棒类似的问题，在安装前对所有的线棒进行100%耐压试验（规范5%抽检）。在汇流环安装过程中，4台机都出现引线位置偏差超标的问题，为确保线棒焊接质量，减小应力，将厂家焊接好的分支熔开后根据现场情况重新进行焊接，确保了工程质量。

4.6 机组转子组装

发电电动机转子是抽水蓄能电站的重要组成部分，是机组的核心部件之一，转子组装质量将直接影响机组的动平衡和电磁平衡。

清蓄电站转子磁轭厚板为分段结构，磁轭分9段在厂家进行制作加工后到工地进行组装，分段磁轭之间没有螺栓连接。此种结构在国内首次使用，因此在组装过程中我部根据相关规范及厂家设计要求，经各方共同努力，在满足国家相关规范要求的前提条件下，制定了适合清蓄电站转子结构的验评标准，确保了转子组装质量。

2014年7月1 日，1号机磁极挂装完成后，开始磁极高程及中心测量，测量发现各磁极安装后实际中心高程的偏差值为-7～5mm，大于设计要求（小于±2mm），经检查发现磁极铁心在厂家叠装后存在平行四力形的问题，导致挂装后磁极中心高程偏差。经各方讨论后决定为确保转子组装质量，决定对已挂装的磁极进行拆除，并挪用3号机磁极用于1号机，确保了转子组装质量。

4.7 机组总装

在机组总装过程中，为确保施工质量和工程安全，在发电机风洞内施工部位、水车室等施工部位进行了封闭管理。在重点部位装设了摄像头，进出封闭区域执行许可审批制度、登记制度等。对已投入运行的电气设备和正在进行调试的区域均进行了隔离管理。严格执行安装工艺卡制度，工艺卡内容已涵盖了机电安装的各道安装工序，使各道工序的安装质量处于受控状态。

在施工过程中，为确保转动部位轴线，在转子吊装前先对发电机下端轴、水轮机轴及转轮进行单独盘车检查轴线，在合格后再吊装转子，确保了机组轴线。在机组总装前编制工艺卡，施工过程中严格执行安装工艺卡制度，工艺卡内容已涵盖了机电安装的各道安装工序，使各道工序的安装质量处于受控状态。

4.8 清蓄电站各重要节点工程质量情况

（1）上、下库下闸蓄水一次成功，闸门及启闭机安装质量优良，闸门密封封水良好，工程质量优良。

（2）尾水道充水一次成功，尾水闸门3号机无漏水现象，其他3台机有轻微渗水，漏水量远小于相关标准要求，工程质量优良。

（3）上游水道充水一次成功，球阀及操作系统没有渗水现象，球阀上游检修密封无渗水，工程质量优良。

（4）高压设备充电一次成功，相关设备安装质量优良，运行正常。

（5）4台机组启动一次成功，在机组调试期间未发生因安装质量导致的调试中断事项。

5 结语

清蓄电站重视每道工序及其衔接，使得设备安装质量及工艺上升到了新的高度。汲取多个抽水蓄能电站经验，对整个厂房设备布置和外观防腐进行系统化思考和规划，全厂管路、电缆桥架和电缆敷设布置有序、层次分明、路径清晰、工艺精细美观，投产机组的中心、水平、轴线、间隙的调整质量优良，机组运行平稳，各主要部位的温度、压力、振动、摆度等技术指标优良，编制了机组监造作业指导书和机组安装验收标准,有一定的推广价值。

参考文献：

[1] 何少润，陈泓宇.清远抽水蓄能电站主机设备结构设计及制造工艺修改意见综述[J].水电与抽水蓄能，2016(05).

[2] 陈泓宇.清远抽水蓄能电站三台机组同甩负荷试验关键技术研究[J].水电与抽水蓄能，2016(05).

[3] 杜荣幸，陈梁年，德宫健男，等.清远抽水蓄能电站长短叶片转轮水泵水轮机研究及模型试验[J].水电站机电技术，2015(02)：12-15.