水电站机电设备安装过程及工程质量控制思路解析

李银刚

引言

现如今，人们生产生活中对电能资源的需求量日益增长，水电站是一种能把水力资源转变成电能的基础设施之一，能较好地满足人们的电能需求。机电设备被公认成是水电站项目内的核心装置，其功能作用主要是把水力资源转变成电能，机电设备安装有施工任务量繁重、工序复杂、技术难度较高及影响因素繁多等特征，若不能规范应用各种施工技术，不仅会影响安装进度，还容易使设备出现故障问题，严重时则直接报废，导致施工单位承受较大的经济损失[1]。故而，在设备现场安装过程中加强质控力度具有很大现实意义，在确保施工活动顺利推进的基础上确保质量，本文主要总结安装工程稳定质控思路与实施方法。

一、工程概况

某水力发电厂项目是引水式地面厂房，厂房中安装了4台单机出力水平是60MW的混流式水轮发电机，总装机容量达到240MW，年发电量是10.6亿kW·h。

该电站引水系统配置了2机1洞，1号引水洞功能是为1号与2号机组供水，2号引水洞的供水对象分别是3号与4号机组，在各条压力钢管的尾端局部增设了进水阀，主厂房中布置了单台（150+150）/10t 双小车桥式起重机设备，该厂内配备了油、气、水、水力监测、通风、空调及给水子系统等。基于单元接线的形式有效建立机组与主变压器两者的组合关系。1~4号机组均接入容量达到80MVA双绕组110kV升压变压器内，选用单母线作为110kV侧接线，供两条回路出线使用，一条到500kV联合开关站，另一条则发挥备用功能，110kV设备统一使用SF6全封闭组合电器（GIS），选择共相封闭母线作为发电机设备的出线母线，励磁设备能实现三相全自动化控制，且能够激发出可控硅整流。全计算机监控、无人值班（少人值守）是本电站项目遵循的整体设计原则。全厂还安装了控制测量信号、继电保护、计算机监控、直流电源、设备调控以及火灾报警系统等。

电站内机电设备的最后安装质量十分关键，设备从工厂投产到现场最终的组装调试结束，中间会历经数道工序，为了能获得符合相关标准的机电产品，应严格控制以上工序的执行过程[2]。本文以设备安装工程作为研究论点，较为详细地分析其质控的整个过程及取得的效果。

二、水电站机电设备安装过程中的常见问题

（一）组装的材料设备合格率普遍不高

设备材料是水电站机电设备安装的基础，其质量直接关系着工程最后的安装效果。当前国内水利材料市场运转期间缺少科学的监管体制，市场准入门槛逐年降低，导致很多不满足规定要求的设备材料涌入市场，市场的社会信誉度渐进式下滑，不利于水利行业健康持久发展。安装水电站机电设备时，通常是指派施工技术人员或建材采购部人员前往市场内购置相关材料，其专业性普遍不足，面对质量良莠不齐的材料很难做出正确的选择。现场安装设备时，受工期、技术因素等的制约，很少有施工单位对设备开展试运行活动，造成设备后续投用时故障问题频发，对水电站项目使用效率及安全性产生较大影响[3]。

（二）设备安装管理不到位

执行机电设备安装施工任务时，在主客观多种因素的作用下容易出现各类施工问题，拖延设备的安装进度，降低其整体施工质量，比如设备安装材料不达标，设计的安装流程和计划要求之间存在出入等。造成以上问题的根本原因是设备安装单位没有严格审查和监督机电设备安装工序的整个流程，对安装人员的技能没有提出严格要求，针对安装材料质量没有建立健全制度体系、加以规范等，不利于顺利推进设备现场安装活动，造成部分设备后续长期投运中出现各种缺陷，甚至引起安全事故。

（三）安装施工的设备相对较落后

具体安装机电设备时，一定要有相配套的安装装置进行辅助，以上是有效落实安装任务的重要基础条件。而实际情况是一些机械设备在长期使用中缺少定时维护，自身逐渐出现各种故障问题，导致现场安装施工中出现较大的误差，那么带来的最直接后果是机电设备最后组装的精准度不满足设计要求[4]。一些施工单位为了压缩安装成本，针对“带病”运行的设备没有及时进行检修及更新，继续投用过程中直接造成水电站内设备组装质量下滑。

（四）安装人员的技能水平参差不齐

技术人员是水电站机电设备安装作业中最为活跃的部分，参与设备安装的前期、中期及后期维护保养整个过程，工作人员要结合设备安装的现实状况，深度分析测量数据结果，选用适宜的技术方法进行操作，故而这对安装人员的综合技能水平提出较高的要求。近年来，我国水利行业紧随时代发展，持续改革创新技术，但是有关工作人员的安装维护技术却没有做到与时俱进，技术知识库更新不及时，传统的操作技能无法较好地满足当前机电设备的现实安装需求。

三、水电站机电设备的安装技术

（一）水轮发电机组

安装水轮发电机组时存在一些技术性风险，故而在技术执行方案、工艺操作流程及质量控制等方面上一定要格外注意细节性问题。

1.焊接座环、蜗壳：在座环分瓣被运送到工地以后，工人要严格按照规程将焊缝打磨光滑。在正式焊接之前进行预热处理，焊接后要执行保温策略。焊接施工高强度厚钢板时容易发生如下两种异常状况[5]：一是容易形成焊缝气孔、夹渣以及局部裂痕，以致返修次数显著增多；二是焊接应力分布不够均匀或应力过高，进而引起大范围的裂纹问题，也会造成返修。如果不能有效规避以上不良现象，则势必会对座环的最终焊接质量产生较大的负面影响。

2.安装筒形阀：组装筒形阀构件的功用主要表现在两个方面，其一是迅速截断活动导叶与固定导叶两者之间的水流，其二是对水轮机的单道圆筒样快速闭合的阀门起到保护作用，是导水机构的一个主要构成部分。组装筒形阀时有三大要点：组合焊接阀体，焊接导轨、机械加工和抗磨板的配铇，筒形阀动作试验检测。

3.组装定子

安装机组定子的工序中要确保其铁芯叠片干净、压紧、叠装样态整齐，确保定子下线处于清洁、温度及湿度指标均恒定的作业环境下，严格按照现行规范开展磁化试验活动。

4、组装转子

组装焊接转子支架构造时，要加强其实际变形量的控制，组装环节要科学划分转子的所属类别。过磅分类环节严格执行GB/T 8564规范要求。依照分类内容合理制定磁轭铁片相配套的堆积表，执行好的磁轭堆积任务。测定其圆度并测算出磁轭整体偏心量，确保以上两项指标均符合规定要求。在挂装好磁极以后，要依次测定其转子半径、圆度、偏心等指标，并与要求相吻合。

（二）配电系统

首先，严格按照设计图纸及规范内设定的技术标准要求，测定基础槽钢的规格大小，并执行放点工序，在水准仪、经纬仪等器具的协助下精准控制基础槽钢现场安装的中心、高度、横纵坐标以及水平度等诸多指标。规范组装槽钢且有效固定以后，指派工人按照图纸要求可靠焊接接地引线和槽钢，一定要确保槽钢接地状态良好。

其次，在各类电气设备装置抵达指定位置以后，一定要指派专业实验人员检测检查设备内回路状态，对设备展开回路绝缘电阻、PT、CT 试验等常规项目[6]。

最后，把电缆设施接进屏柜的环节中，一定要精准区别地线和等电位线。

（三）辅助管路

首先，严格检查管线等配件、设备的结构完整性及使用功能，整个现场施工过程中务必保证所有线路方位、不同结构之间衔接的高精准度。其次，加大管材设施状态的检测检查力度，及时发现与清除异物，如果面对的是油路管线，则一定要确保其清洁度处于较高水平，可以运用敲击听声的方法去判断其内部是否滞留焊渣等异物。最后，油管路组装施工结束后严格按照规程进行整体检查，并运用酸洗等办法进行管路清洁。

四、机电设备安装的质控流程与措施方法

现场组装机电设备时，其表现出十分明显的单一性与单件性特征。安装工序繁多，安装和试验流程错综复杂，故而在开展质控工作中一定要精准地抓住关键点与薄弱环节，确保安装全过程质量的可控性。

（一）质控的常规流程

本工程机电安装质控的常规流程见图1[7]。工程实践表明其在执行过程中取得了良好成效，有效管控了设备的现场安装质量。

图1 机电安装质控的常规流程图

（二）具体安装过程的质控

1.加强材料采购环节的控制

用于现场安装施工的工程材料、配件及装置等，明确要求其应满足产品质量标准及项目设计要求。客观上讲，原材料的品质直接影响设备的安装效果，若投用了假冒伪劣材料与设备，则会直接造成机电安装质量下滑，进而带来巨大的损失。为了减少或规避以上状况，在材料采购环节一定要严控“四关”，即采购关、检测关、运输保险关与应用关。针对施工进场的材料、配件等，出厂证明、质量保证书、技术鉴定等文件缺一不可，并酌情开展抽样检查与试验活动，缺少以上证明材料的设备严禁进场。安装设备过程中要做好如下检查[8]：（1）高强螺栓的扭矩系数；（2）透平油、绝缘油的化学试验检测；（3）电缆电线的电阻值、耐压水平试验检测、单线内径及绝缘层厚度等；（4）铜覆钢绞线的外观形态、延展率及电阻等；（5）镀铜圆钢的内径偏差值、表面质量、拉伸性、铜层厚度及导电率等；（6）针对管材的机械性能，要严格按照规范流程进行取样送专业实验室检查。

2.认真审核图纸内容，探究影响因素，提出预控策略

水电站项目建设时会安装数个厂家制造的机电产品，不同设备之间的交界面、装置和土建工程的结合面均是易被忽略的位置，是安装的薄弱环节，现场衔接处理情况关系着设备现场的组装质量与进度，如果未规范处理设备与土建之间的结合面，那么后期将无法修复由此形成的缺陷，故而一定要从思想上重视结合面的建成情况。在正式安装设备之前，一定要严格审核制造厂家与设计院提供的图纸材料，客观分析设备交界面及土建结合面的合理性、有效性，及时探查到相关问题，提出预控制策略，从根本环节使整体安装质量得到保障。

审核检查水轮机埋入件的安装图纸时，要求组装好座环后要先浇筑混凝土。参照水轮机埋入件局部结构特征，在座环安装工序结束后，若立即浇混凝土，带来的直接后果是不能焊接蜗壳下方蝶形边，但若省略浇筑座环混凝土这一步骤，则会造成座环不够稳固，这样后续组装蜗壳构件环节中，座环在水平方向会出现一定改变。经数次协商分析后，决定不对座环支墩用千斤顶与拉紧螺栓来做点焊固定处理，在安装焊接好整个蜗壳后，复检座环水平情况，对局部进行微调整，随后运用点焊技术固定好千斤顶和拉紧螺栓[9]。综合本水电站内4台机组座环蜗壳构件的安装施工情况，发现实施以上方案后，能使座环水平受控在规程要求范畴中，规避座环组装后的返工修整问题。

3.严审安装作业指导书，完善安装方案

发电机定子现场叠片的安装中，组装其定位筋是关键环节，其执行情况决定着定子的组装效果。故而，一定要结合厂家作业指导书设定的要求安装定位筋，在本水电站项目施工中，安装方与监理方加强配合，经过多次协商后，最后决定运用大等分定位筋法开展安装活动，具体是把基准定位筋作为起始点沿着周向等分成6份，采用弦距对各等份定位筋进行精准定位，以上操作方法不仅保证了定位筋就位的高精准度，还加速了现场安装进度。

4.加大巡检力度，重点位置及试验进行旁站监理

组装水轮机座环时，座环水平的调控情况影响着机组施工质量，对于座环本体安装工序来说，控制其水平指标的难度并不高，但把座环和蜗壳衔接成一个整体并浇混凝土时，混凝土浇筑振捣时将会给蜗壳施加一定上浮力，进而对座环的水平控制情况产生一定影响。为规避以上状况，蜗壳浇混凝土前，需要探究浇筑方法与加固手段，以实现对座环水平的有效控制，浇捣过程中加强现场观测，并及时作出科学指导。本水电站内浇筑4号机蜗壳混凝土前，座环水平度符合规程0.07mm/m这一要求，当检测到混凝土浇筑高度恰好超过蜗壳底时，检测到座环水平：-Y向是0.124mm/m，+X向是0.072mm/m[10]。

（三）工程施工质量验收阶段的控制

本项目中为了有效控制设备安装施工质量验收情况，推行了三检制、联合检查的检查流程，探查到问题后尽早做出整改，并把质量责任落到个人，使安装施工质控全面化、全方位化，全员参与其中。

结束语

本机电安装工程严格按照以上控制流程及方法开展施工活动，业主方及质监部门高度肯定其现场安装质量，已经验收好的分部、分项工程质量测评都是优良。第一台机组启动运行之前已经通过了质量验收。总之，水电站机电安装有涉及专业宽广、工序繁琐复杂、技术要求高等特点，只有严格控制安装施工过程的质量，严格按照规范操作，加大巡视检查力度等，才能及时发现与修复质量缺陷，确保设备后续投入运行后能安全稳定运作。