长河坝水电站机电安装优化创新及成效得失

王 伟，王玉龙（浙江华东工程咨询有限公司， 浙江 杭州 310014）

0 工程概况

长河坝水电站系大渡河干流水电规划“三库 22 级”的第 10 级电站，位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，上接猴子岩电站，下游为黄金坪电站。本工程为一等大（1）型工程，电站枢纽主要建筑物由砾石土心墙堆石坝、引水发电系统、泄洪放空系统（2 条开敞式泄洪洞、1 条深孔泄洪洞和 1 条放空洞）等建筑物组成，最大坝高 240m。坝顶高程 1697.00m，水库正常蓄水位 1690m，正常蓄水位以下库容为 10.15 亿m3，总库容为 10.75 亿m3，调节库容4.15 亿m3，具有季调节能力。该工程开发以发电为主，工程规模巨大，概算总投资 260 亿元。金属结构安装工程量，引水发电标闸门拦污栅启闭机类安装共计超 6000 t，引水压力钢管管线经过设计优化，制作、安装工程量超 4700 t高强钢，板材厚度在 46mm～54mm 之间；泄洪标闸门启闭机类金属结构共计 4363 t；以上制作、安装共计 15070 t。机电共安装 4 台 650 MW 立轴混流式水力发电机组，总容量 2600 MW，以 500 kV 电压接入四川电网。

大坝、引水发电、泄洪放空三大土建主标于 2010年10月正式开工，机电安装工程 2013年4月正式开工。该机电工程具有工期短、质量起点高、工程规模大等特点，自 2015年3月进入机电安装高峰，4号机组、3号机组、2号机组、1号机组分别于 2017年1月6 日、4月24 日、6月29 日、12月1 日并网发电投入商运，是近几年国内水电投运的最大机组。其中，首台机组比原计划工期提前 7个月实现了重大节点目标，创造直接经济效益 5.5 亿元。机电安装质量和创精品工程取得显著实效，历次质量监督及机组启动巡检专家组对长河坝机电安装工程质量均给予较高评价，机组启动质量巡检监督报告书面意见认为，长河坝工程“重视机电设备安装工艺和安装细节，狠抓质量，工程电缆桥架布置、电缆敷设、管路安装等均体现了国内一流的安装管理水平”，在业界起到了引领和标杆作用。尤其在电缆桥架及电缆敷设、盘柜安装及配线、油水气管路、主辅机安装等方面，具有质量起点高、技术参数指标优良、工程新点亮点多等特点，实现了“工期短、造价低、质量优、效益好”的工程目标，被评为大唐集团精品工程，受到国家能源局、水电质检总站及业内同行的高度评价和广泛好评。

为此，有必要对机电金属结构总体安装的过程得失进行总结和提高，也期望能对类似工程起到抛砖引玉和借鉴的作用。下面就机电安装的质量管控成效和得失谈几点体会和看法。

1 大型机组安装创新技术及应用

1.1 转轮在地下厂房安装间组焊和交付

水轮机转轮为不锈钢铸焊结构，总重量 180 t。分两瓣运输，由主机厂家在地下厂房安装间预设工位进行转轮的组焊和加工，整个制作过程进展顺利，每台转轮均按期保质保量交付，改变了厂外建设转轮加工车间的传统做法。此方法的优点是不在厂外另建转轮加工厂房，故不发生转轮二次倒运，节约了临建投资；其缺点是长期占用安装间的有限空间，给安装间工位和场地使用、安全文明施工、桥机使用等造成困难和加大了协调量。

1.2 座环和蜗壳瓦块交货及现场组焊安装

机组座环分四片到货，材料为 TSTE355 Z25＋Q345C高强钢，安装间现场组焊完成，单台总重 312 t。蜗壳材料为 WDB620/ADB610D 钢板制作，最大板厚 80mm。在工地厂外车间制作瓦块交货后，在工地现场拼装焊接完成，进行水压试验和保压浇筑，水压试验压力值为 4.2 MPa，保压浇筑压力值 1 加大了现场组焊的难度，主要是瓦块拼装困难、现场焊缝多工作量大、个别瓦块制作精度及变形导致焊缝错台或缝隙过大。

1.3500 kV 组合式升压变压器现场组装和 500 kV GIB 高压试验

在厂外金康隧道洞口设有变压器组装厂，主变压器型号规格为 723 MVA、550 kV，运输器身单重 329.8 t，油重85.8 t，总重 500.3 t。由主变压器厂在组装厂负责组装为整体变压器并试验完成后，拆除套管及管路，交安装承包人运输、就位、安装、试验。优点是现场组装和安装质量受控，运距短，受外界条件影响小。

因工期紧、任务重，结合现场实际对 500 kV GIB（气体绝缘母线）交接试验进行优化，采用从 GIS （气体绝缘金属封闭开关设备）出线套管注入试验电压的方案对GIS→500 kV 电缆→GIB 进行高压耐压试验，此优化试验节省大量试验资源投入，并缩短试验工作时间约 20 d。

1.4 转子中心体支架现场组焊及安装

转子主要由转子中心体、圆盘支架、磁轭和磁极组成，磁轭直径 11240mm，高度 3500mm，磁极外表面直径 11930mm，整体转子重量约 1240 t。转子支架为斜立筋圆盘式结构，分成中心体和4块扇形块到货，现场组圆调整和焊接，磁轭现场高强度钢片叠装螺丝紧固。这将有利于长途运输，易于控制现场组焊质量，能达到较高的组装精度和优良的技术指标。

2 机电金结有关设计和施工方案的优化创新

2.1 地下厂房 2 台 2×420 桥机荷载试验配重试块选择优化

机电安装合同及工程量清单中规定地下厂房桥机荷载试验采用预制混凝土块作为荷载试验配重。由于地下厂房安装间空间限制，桥机试吊荷载最重超 1600 t，混凝土体积堆积大、吊装穿绳难且吊索角度可能造成摩擦切割，因而存在重大安全隐患。监理会同业主根据现场实际情况，建议采用尚未制作的压力钢管板材替代混凝土试重块，并按此要求编报和审批吊装方案并予以实施，最终圆满解决了桥机荷载试块的难题，既省去了建材消耗和后期处理，又达到节约环保、化有形为无形的效果；因工期搭配合理，没有影响压力钢管的制作、安装工作。

2.2 压力钢管制作、安装取消灌浆孔及补充措施的优化

压力钢管制作、安装图纸设计是在钢管母材上开孔和灌浆后封堵的做法，该传统做法制作、安装工序复杂，开孔和封堵工作量大，且在母材上开孔及封堵后，可能存在质量安全隐患。监理在调研和了解类似工程的基础上，经过和设计充分讨论沟通，同意施工方案按取消压力钢管灌浆孔开孔、在压力钢管沿洞线外圆周边布设灌浆管路的做法编报和审批，设计会签同意。按此实施后全部取消了压力钢管灌浆孔，简化工序和工作量，杜绝了压力钢管母材上开孔及封堵可能存在的质量安全隐患，赢得了宝贵的工期。预埋灌浆管路后的接触灌浆措施到位，四条压力钢管接触灌浆后的脱空检查全部合格，效果较好，未出现开孔补灌的情况。

2.3 首台机组发电 4号转子中心体腹板焊接缺陷及解体返厂

首台机组发电 4号转子中心体腹板在组装焊接后，现场和第三方探伤检测发现，大部分焊缝均出现微小裂纹，气刨后母材焊缝两侧仍发现多处裂纹，经检查，焊接参数和焊接过程均无问题。现场经业主、监理、安装单位和厂家多次试验和会商，厂家最终确认该批次板材可能受到不明原因的微量元素作用，导致在焊接作业高温热影响区分子的排列顺序发生了变化。鉴于转子作为水发机组的重要核心转动部件，要经受投运后各种恶劣复杂工况的考验，在质量和安全上必须确保万无一失，宁可发电工期后延，也绝不凑合和抱有侥幸心理。最终厂家接受现场解体返厂，重新提供一台符合合同技术条件要求的全新的转子部件。

2.4 主变压器高压局部放电试验缺陷创新修复方法

末台投运的 1号主变压器高压局部放电试验，因 C 相局部放电电量为 600 pC，合同要求≤100 pC，已严重超标，试验未能通过。某水电站的同厂同型设备也发生过同样的问题，解决方案是将 390 t 主变压器解体后拉出厂外修理，费用和工期损失巨大。浙江华东工程咨询有限公司(以下简称“华咨监理”)会同业主和厂家进行多次专题讨论，拟定出几种修复方案并展开比对研判，最终选择就地处理方案，即采用热油循环和 C 相线圈低频电流加热的方法，最终高压局部放电试验获得顺利通过，避免了拉出厂外修理的较大经济和工期损失。

2.5 泄洪放空系统放空洞闸门启闭机吊装方案变更

泄洪放空系统放空洞塔体高度 107m，需要安装 1 扇弧形工作门、1 扇事故平板门、1 扇检修平板门、1 台 32 t 检修双向门机和启闭机房 2 组 300 t 级固定卷扬机，其中启闭机房设备最大吊装重量为 65 t。由于放空洞塔体孤悬在山体之上，三面临空，塔顶宽度没有考虑大型起重设备进出通道，原施工投标方案及中标合同汽车吊装方案不能实施。放空洞是泄洪放空系统的进度控制性工程，直接关系到大坝能否按期蓄水和实现发电节点目标。监理会同业主超前研究金属结构安装重点难点，并与设计方充分沟通，提出以下方案：将原 32 t 检修双向门机换装为最大吊重 80 t、吊装有效高度 18m、轨道布置在门槽两侧行走的双向门机，要求施工单位按此编报吊装方案和进行双向门机换装事宜并进行审批，抓紧检查督促和落实。最终双向门机换装成功，确保了重大件吊装工作进度和安全可靠，抢回了工期，保证了放空洞按期下闸蓄水。

3 机电安装质量管控各环节的成效和得失

施工阶段实施机电安装工程整体质量管控，重点环节颇多，考虑的因素也更多。例如：设计是按图施工的依据；主辅机及各专业机电设备及材料到货品质是保证工程实体质量的基础；安装质量过程控制是图纸转化为成品的关键；安装监理是保证工程质量的有效保障；等等。下面就设计、主辅机及各专业设备材料、施工及资源投入、监理质量管控能力等几个重点环节的成效得失进行总结分析。

3.1 设计是龙头

良好、优化、精湛的高水平设计是创精品工程、达标创优、争创国优金奖的前提，按图施工是监理的基本原则。因此，首先要保证图纸设计质量和设计深度，尽量避免或减少设计失误和返工，及时提供高水平的足够数量的有效正规设计图纸及技术资料，使安装承包人能提前熟悉有关设计要求和设计意图，合理编制施工措施方案及进行施工准备，从而有序进行设备安装并保证各工序的精细化施工；其次要尽可能地将设计过程中包括设联会设计考虑的问题，以及与各厂家设备的管线接口和电气二次配线接口的设计界面及优化问题进行统筹考虑，以免造成施工期间因图纸问题而造成安装困难。

机电工程涉及立式混流式水轮发电机主机及辅机、电气一二次、计算机监控、通讯、金属结构、给排水、暖通、消防、土建、结构、装修装饰等十余个专业，需要专业之间的密切配合和协同。要合理考虑各专业管线在空间布置上的相互影响和占位避让，可采用 BIM 及三维数字立体模拟可视信息技术进行精确设计；设计方要在美观学、人性化、人体工学上要多做一些工作，如油水气管路及阀门的布置，尤其是阀门的位置等要人性化和可操性；电站投运后往往会暴露出不少问题，需要对不合理管路阀门等进行后续改装，如改变管路路径、降低阀门高度、加装操作平台和人行通道等；另外，各类管道的色标、标识、涂色等设计要与业主等有关各方充分沟通确定。电缆桥架的布置和层数及电缆敷设的路径要优化、细致，如电缆桥架在拐弯、上下坡段连接处要采取局部加固措施，避免电缆敷设后强度不够变形等，还要防止电缆桥架层数过多和设计富裕进行拆除造成浪费等。机电安装前监理进行了超前策划，主持编制长河坝电站机电创精品工程施工手册及实施细则，用于指导施工，并要求机电安装项目部对油水气管道、电缆桥架、电缆布置、盘柜布置及接线进行二次工艺设计和报批，期间监理做了大量现场协调工作，提出了许多合理化建议，最终机电创精品工程成效显著，收到良好效果。

照明工程业主和设计方要充分沟通，要明确明敷或暗敷方案，避免施工期明敷改暗敷导致施工图大量修改，造成到处剔槽和穿墙打洞及重复布线；灯具选型要合理，避免大量调换和重新订货；灯具位置等要尽量避免和各类管道、火灾报警、通风空调设备的交叉干扰，要多专业沟通，避免和减少设计修改；按国家规范强制性条文相关要求，蓄电池室、GIS室等照明开关须在室外控制，采用防爆灯具和通风设施，避免因设计考虑不周，造成穿墙打洞及改线改盘；GIS室等要有防跨步电压和接触电势的接地设计，通讯及计算机设备室要有专用屏蔽接地网设计，出线场塔架与外接避雷线要用绝缘子电气隔离而不是直接连接等。设计院作为总设计单位，对各专业厂家设计接口、电缆桥架、火灾报警及消防、通风空调、厂房吊顶工程等专业厂家的设计都要有审查和确认程序，避免和总体设计有矛盾出入。

地下厂房土建工程存在几个比较突出的问题如下。

（1）地下厂房各层岩壁渗漏排水系统，有些部位存在积水及排水不畅，影响机电设备长期稳定安全可靠运行，设计要总体周密考虑排水系统的布局合理和有效性，如管沟的坡比及管径参数设计是否合理等。

（2）施工期地下厂房通风排烟效果较差。地下厂房洞线长、风阻大、新鲜空气流通差，要及时对施工期通风排烟系统和效果进行优化改进。

（3）蓄水后库水位逐步抬升或变幅，要持续注意观察厂房各层渗水变化情况，个别渗漏围岩及墙面等需要进一步堵漏引排并达到满意效果。

3.2 主辅机设备及各专业设备盘柜及管线等制造质量

长河坝电站机电设备厂家多达40余家，其中主机设备的制造精度和安装工艺水平决定着整个电站的安装质量和安全稳定长周期运行，由于现场的加工水平、加工工艺、安装进度等条件不允许将主机设备制造过程中的质量缺陷带到施工现场进行处理，而是要在制造过程中被消除，尤其在现场安装过程中发现的首台机组制造缺陷要迅速反馈到厂家，并在后续机组出厂发货前加以解决。长河坝首台机组安装调试过程集中暴露了一些设备问题或缺陷，如机电安装过程中，首台发电机组转子中心体因腹板材质不合格导致焊缝热影响区出现大量裂纹，转子组件解体返厂，还有上下导挡油圈拆除更换、推力轴承轴瓦高压油顶起装置阀组阀针缺陷改造、厂用电盘柜接线技术改造、座环专用立式加工机床供电装置改装、加装 500 kV 电缆行走过渡桥、更换离相封闭母线（IPB）有缺陷的电流互感器（CT）等设备问题，对现场安装工作和进度均造成一定影响。因此，要尽可能地使首台水轮发电机组和配套主变压器、GIS、封闭母线及公用系统等重要安装调试工作提前安排施工，并预留适当的缺陷处理时间，避免发电节点工期陷于被动。主机厂家、主变压器、GIS、厂用变压器和高低压盘柜等许多机电产品设备都是业主在社会公开招标择优选定的，技术成熟质量有相当保证，出现问题较少。但是，对于消火栓防火门等消防器材、电缆桥架、各类埋管及管材、暖通给水、排风排烟、照明接地、各类线缆等公用及辅助系统设备材料，监理都要按照国家规程、规范、强制性条文标准的要求，进行安装进场前的严格把关及必要抽检，包括验明产品三证及材质证明等；备品备件和各专业厂家的现场服务必须及时到位，确保主机安装等现场工作顺利进行。

3.3 机电安装承包人的施工能力水平和各项资源投入

目前，机电安装承包人在施工管理上普遍存在劳务分包和专业分包及协作等施工现象，如定子下线、电缆桥架、照明工程、电缆敷设、消防工程、网架工程、管路安装、焊接作业等专业分包较多，在目前建筑市场大气候条件下，难以要求承包人履约守信，致使现场管理难度加大。这就要求承包人加强对一线作业队和作业班组的质量管控能力，要始终坚持执行质量三检制，检查承包人质量管理体系是否运转有效和督促调整。机电安装承包人不但要重视安装过程的内在质量，而且还要注重安装工作的外在质量和工艺，特别要加强各工序的过程自控和质量验收，绝不能以包代管。保证工序质量和提高施工工艺水平的具体做法如下。

（1）安装承包人对图纸和主机厂家设备的安装要在厂家技术服务专业人员的指导下进行，在安装前要熟悉图纸和厂家指导书，既不生搬硬套，又要结合现场实际情况和符合相关规程规范；勇于指出厂家在使用材料或某些工艺上可能出现的错误和不足，但未经设计或厂家书面同意不得擅自做出更改；安装技术骨干人员要参加技术交底会，作业前厂队和班组均要做好安装技术交底工作，每个现场安装人员都要做到心中有数、有底。

（2）安装承包人要按创精品工程各专业实施细则质量要求，对各类油水气管路、桥架、线缆、盘柜、照明、接地、通风排烟的具体做法进行高质量施工，在讲究工艺工法和注重安装细节上下功夫，改变水电站施工“傻大黑粗”的形象。一般国内施工设计图纸深度不够，要按创精品工程图集和实施细则及质量技术指标要求指导施工。长河坝电站在机电安装高峰开始前，监理会同业主主持整理编写装订了长河坝机电创精品工程策划书和实施细则，对参建单位各专业提出了具体技术精度控制指标和工艺要求，对机电安装各专业的施工质量起到了关键的指导和把关作用。机电安装除按图施工外，有些专业还要进行二次工艺设计，如油水气管路走向、电缆桥架、各类电缆敷设等，具体如电缆桥架路径、位置、布置是否合理，局部是否加固，电缆桥架验收合格后方能敷设电缆；电缆敷设前要有排列图表，要按图表施工，敷设一根整理卡固一根，敷设过程中要注意弯曲半径和防止交叉，两头和重要部位要挂电缆标牌，电缆标牌要标明型号、规格、编号和二维码扫描创新等。永久照明的照明盘柜、灯具安装效果要做到整齐划一，事先激光测量划线定位，灯具安装牢固可靠，开关箱或开关盒位置及高度合理。

（3）配备一线带班熟练高级技工技师，作业队及班组有不少工程经验和技艺还处在成长期的施工一线人员，需要高水平的技工技师传帮带，承包人的三检制和质管部门要严格把关，重要部位不惜返工拆除重做。如电气盘柜二次配线接线端子要牢固，用力要适度，走线配线绑扎要整齐美观；油水气管路配管、煨管、弯管、焊接；使用坡口机开管路坡口要求光滑平整，高压油管路要酸洗、钝化和进行密封性试验等等，以上都需要技术经验和工作技能。

（4）资料及归档工作。优质的工程除工程实体的内外在质量，内业质量验评资料及时整理归档也要同步及时跟进；要按发布的机电项目划分和各专业单元验收评定表格要求，做好各工序验收和试验调试基础资料的整理归纳工作；承包人要配齐质检和工程档案专职人员，在施工过程中要持续做好施工归档技术资料的收集整理和归档报验工作。

3.4 安装监理的管控能力和水平

工程监理就是工程管家，要按合同约定在施工各阶段配备满足现场需要的各层次高素质专业监理人员，提供优质的现场监理服务；编制完善监理规划和各专业实施细则，建立健全内外业管理各项规章制度和岗位职责，根据监理合同和工程建设合同履行好监理义务和职责，做好监理工作的四控两管一协调。

要按照质量事前、事中、事后监理管控程序和要求，在开工申请、图纸会审、施工措施方案审批、设备及材料到货及开箱验收、现场巡视检查、重大件吊装和试验旁站、各工序质量验收上严格把关。定期组织有关工程例会、工程专题会和机电安装技术交底会、现场协调会、工程进度计划调整会等；机电安装高峰期，机电总监每天主持机电安装现场协调会，及时发现和协调解决相关问题。

审批机电及金属结构安装重大技术方案和优化方案变更，把握技术经济合理性和风险防范；加强现场各工作面和关键工序的质量检查和巡检工作，及时发现和纠正安装过程中的质量违规行为，及时发出质量整改指令和采取必要的经济奖惩措施，重视机电设备安装工艺和安装细节，做好现场质量签证和工程量签证。根据工程合同和质量控制依据，对施工质量控制采取全过程、动态的管理手段和方法措施，对工程施工全方位开展监理活动。

4 结 语

通过参建各方十余年的艰苦努力和顽强拼搏，历尽艰辛，该水电站工程从 2007年9月开始施工准备，到 2017年12月底基本全面建成；机电安装实现了 2017年机组一年四投的重大节点目标，已投运机组运行状态安全稳定，各项技术和参数指标良好。四川甘孜康巴藏区大渡河上又一座大型水电站的建成投运，必将产生巨大的社会经济效益，对推动当地经济社会持续发展将具有积极意义。