大型水轮发电机组A级检修(改造)本质安全设施的探索与实践

唐婷婷，王 烜

(国能大渡河检修安装有限公司，四川 乐山 614900)

瀑布沟水电站是国家能源集团目前装机最大的水电厂，该电站装设6台混流式机组，其中3台GE机组、3台东电机组，单机容量600 MW，多年平均发电量147.9亿kWh。电站机组运行年限已超10年，机组各部件性能有所疲劳损伤，需A修对机组固定部件、中心、转轮室空蚀、磁极、线棒绝缘、定子转子圆度等进行维护检修。但多处作业位置无人身安全防护系统或专用检修平台，导致人员作业风险、作业难度增加，作业效率无法保证。根据现场实际情况，针对大型机组检修特性，结合各高处坠落风险区域、人员作业位置展开排查，结合本质安全和新材料、新工艺，以及国家能源集团大渡河流域各电站安全设施的探索实践，目前形成一套安全高效的水轮发电机组A级检修(改造)本质安全设施[1]。且该套本质安全设施均可满足瀑布沟水电站GE机组和东电机组两种机型通用共享。

1 目前瀑布沟水电站水轮发电机组检修安全设施现状

瀑布沟水电站机组运行年限已超10年，虽每年各台机组都要进行常规性B修、C修，但机组各部件性能有所疲劳损伤，设备急需A修(改造)。而用于预防生产安全事故的安全设施仍为建设时期所配备，机组A修(改造)缺乏各种专用检修平台和个人安全防护系统。

1)工字钢型尾水检修平台。电站建设时期配备的尾水检修平台[2]为工字钢结构，重量大，搭设平台需要投入大量的人力、物力，人员安装难度、强度、安全风险较大，且平台面板为单层铝防滑板螺钉把合，强度不够、受力不均，长期使用已出现变形、翘板等金属疲劳现象。

2)脚手架式临时检修平台。机组A修(改造)拆、装机中以及大部件检修时，需要搭设大量的脚手架形成临时检修平台。按国标搭拆脚手架需要花费大量的人力、物力和时间，且脚手架钢管各端部均需做好安全防护措施和安全文明标识，钢管、木质脚手板长时间沾染油、水使得作业环境脏污易造成人员滑倒，且检修人员上下攀爬脚手架存在一定的坠落风险。

3)移动式临时安全围栏。机组A修(改造)拆机后，出现了很多设备孔洞。这些孔洞大多采用移动式安全围栏作为临时遮栏，虽有警告标识，但围栏基础未固定、易移动，无法承受国标要求的冲击力，故未能将电站现场参观和作业人员完全隔离在实际危险区域以外。

4)高处作业风绳式固定挂点。机组检修中多处无专用安全带系绳固定挂点，为避免人员高空作业时发生坠落事故，常采用安全风绳作为安全带系绳临时挂点。但安全风绳设置凌乱、长短不一且无缓冲装置，易造成作业人员行走磕绊，且一旦发生坠落无法保证作业人员的安全下降空间，使作用在人体的冲击力将超出人体可承受范围易造成人员伤亡。

2 瀑布沟水电站水轮发电机组A修(改造)本质安全设施的实践

2.1 主厂房桥机两边人行通道和桥机本体水平防坠系统

瀑站主厂房有3台桥机，桥机两端人行通道和桥机本体箱梁、端梁四周通道及作业区域空间狭窄、临空近20 m，增设安装的桥机两端人行通道和桥机本体水平防坠系统主要用于人员在桥机两端人行通道和桥机本体箱梁四周通道及作业区域搬运物资、行走和作业。

水平防坠系统为单根不锈钢钢丝绳形式，沿桥机两端人行通道和桥机本体四周水平布置[3]。该水平防坠系统无需他人协助、单人操作即可使用，其配备的开口滑块能够在钢丝绳上实现无障碍顺畅滑动到达各作业地点，并能够在防坠系统钢丝绳上任意位置点安装或取下。另开口滑块具备只有在两个连续明确的动作才能打开的特点，确保在非故意条件下误开，提高了系统的安全性。若人员发生坠落通过系统缓冲器使作用于人体的冲击力不超过6 kN，有效起到缓冲作用确保人员安全。

2.2 发电机机坑专用可拆卸固定式安全围栏

瀑布沟水电站机组上机架和转子吊出后，机坑深约5 m，直径约17.45 m，增设安装的机坑专用可拆卸固定式安全围栏用于防范外宾参观和检修人员作业高处坠落安全隐患。

该安全围栏基础预埋件从机组机坑内开挖、预埋、浇筑、封焊、引出，基础预埋件与机坑地坪无缝连接，不影响机组发电机层地坪表面。围栏立柱与基础预埋件通过过渡板采用螺栓连接。附栏下端加装踢脚板并根据现场检修电源位置预留1个电缆孔洞，另附栏上安装激光扫描的安全文明标示美观大方。围栏立柱、附栏、过渡板可通用互换。围栏安装完成后各部位栏杆顶部每一点都能承受水平方向不小于890 N静载荷，满足国标要求，牢固可靠。该套固定式安全围栏为可拆卸式，瀑站6台机组检修可通用共享。

2.3 发电机转子水平防坠系统

拆机后转子磁极、风斗等检修处理均需在转子上方边缘处进行，临空约5 m，增设的转子水平防坠系统为转子上作业人员提供有效的安全防护。

通过计算转子边缘作业位置和安全带系绳长度确定水平防坠系统弦长，将转子水平防坠系统布置成正九边形，作业人员利用该系统开口滑块悬挂安全带系绳后即可顺畅通行并可达到转子边缘各作业部位，确保了作业人员有一个合理的工作空间。9个支撑点底座法兰进行了减重优化，重量不大于2 kg，通过转子动平衡校核计算满足动平衡要求。若人员在作业中发生坠落通过系统缓冲器使作用于人体的冲击力不超过6 kN，有效起到缓冲作用确保人员安全。此外，该套转子水平防坠系统可满足6台机组转子检修通用共享。

2.4 发电机定子可拆卸钢丝绳式安全护栏

转子吊出后，定子上部两边临空约6 m且空间狭窄，检修人员对定子上部槽楔、线棒、汇流排绝缘处理时缺失专用安全防护设施，存在高处坠落安全隐患，增设的定子可拆卸钢丝绳式安全护栏确保了定子上检修人员人身安全。

定子可拆卸钢丝绳式安全护栏由16根高1.8 m的支撑柱沿机组定子外壳圆周布置，支撑柱与上机架支墩基础法兰连接，相邻支撑点弦长不超过3 m。每支撑柱顶部两端各安1个M30吊环，通过φ16不锈钢软钢丝绳、绳卡、缷扣和紧线器串连成两环状安全护栏，便于人员悬挂安全带系绳顺畅到达定子上部各作业位置。每支撑柱顶部能承受水平方向不小于30 kN静载荷，满足定子上部槽楔、线棒、汇流排绝缘处理等多人同时使用需求。

2.5 发电机下机架定子检修平台

机组下机架上表面至定子上表面约4 m高且下机架上布满设备孔洞、无人员作业和设备工装摆放空间，增设的下机架定子检修平台可保证定子槽楔、线棒检修工作安全高效的进行。

下机架定子检修平台直径为φ13.5 m，平台框架材料采用16号工字钢，平台盖板采用δ5的Q235B花纹板。因机组推力轴承挡油管不能拆卸，故定子检修平台设计成阶梯式。平台采用8瓣组合方式，通过16根可调节式支撑柱，用把合螺栓连接为同一高程整体作业平面，便于设备工装和快装外凸内凹扇形铝合金移动式检修平台的摆放和使用。另下机架定子检修平台隐藏了测圆架基础和机组中心测量孔洞，便于后期机组中心测量和定子圆度处理。

2.6 发电机定、转子共用的快装外凸内凹扇形铝合金移动式检修平台

为保证定、转子检修作业的高效安全，创造性的将检修平台面板设计成外凸内凹的扇形结构形式使平台更贴合定、转子检修作业面，方便安全高效作业。

定、转子共用的快装外凸内凹扇形铝合金移动式检修平台利用新型航空级铝合金制作而成，平台面板采用框架闭锁结构，单个平台面板承重可达到600 kg。扇形面板可180°旋转，使得内凹面贴合转子检修、外凸面贴合定子检修，最大程度利用平台外形特点来保障定子和转子通用。当检修作业面较大时，可随机连接多个快装式检修平台形成环状作业平台面，平台面板连接处顺畅、无孔洞，方便人员直接在多个平台面板上安全行走、作业。

此外，带滚轮的调整脚可方便作业人员移动平台至所需检修位置后锁止，通过延伸架和连接杆的不同组合方式以及调整平台板在延伸架横杆上的搭设位置、或者调整调整脚的高度，可在0.7～4 m之间的任意高度搭设作业面，便于检修人员灵活使用。

2.7 机组下导悬挂式检修平台

拆装大型混流式水轮发电机组下导轴承或机组A修拆装水发联结螺栓时搭设的传统脚手架导致下方水导部分无法开展作业，增设的机组下导快装悬挂式铝合金检修平台可同时满足下导和水导开展作业。

为达到悬挂式检修平台设计荷重，机组下导悬挂式检修平台主体结构采用高强度航空级铝合金并通过梯形构架加内三角结构将平台荷重受力传递到大轴上。平台踏板采用高强度铝合金型材焊接，外侧安装高强度铝合金爬梯用于人员上下。该平台首次采用悬挂式搭接方式，通过壁撑将平台受力传递到大轴上，悬挂方式克服了常规脚手架搭设模式下时间和空间的局限性，可同时满足检修人员进行下导和水导检修工作，不影响调速环动作试验。该平台具有搭拆简单、结构稳固、干净卫生、平整防滑、安全实用等优点，不仅减轻了人员搭设平台的劳动强度，还大幅度提高了检修效率，保障了作业安全。

2.8 高强度铝合金型尾水检修平台

尾水检修平台主要用于转轮体、转轮室水流冲刷、空蚀等修复处理以及机组扩大性检修中心测量，增设的新型航空级铝合金尾水检修平台[4]便于人员安全高效作业。尾水检修平台主要材料采用6082T6高强度铝合金材质制造，最大单件重量不超过50 kg，平台总重量不超过1 000 kg，便于运输和安装。主梁和次梁采用矩形桁架结构，优于常用的单片桁架结构或工字钢结构；平台面板采用型材一体成型，且采用插接方式安装，表面平整、美观耐磨、防滑防火。新尾水检修平台主梁搭设完毕后，作业人员可直接从人孔侧铺设插销式平台面板，消除了旧平台安装人员必须骑在工字钢主梁上悬空搭设的作业风险。平台安装完成后与尾水锥管间隙不大于50 mm，保证了平台上检修人员的安全。尾水检修平台采用新材料、新工艺，总体强度高、荷载大、重量轻，极大地缩短了搭设时间、减轻了作业人员劳动强度。

3 结 语

通过多年不断的探索改进，认真研究和分析在大型混流式水轮发电机组A级检修(改造)作业中有哪些潜在危险，推测发生各种潜在危险的因素，从本质安全上提出防止各种潜在危险性及防范这些危险的方法，实际运用了该套本质安全设施。该套本质安全防护设施的设计、制造和使用等都考虑了其安全可靠性、实用性，以科技手段满足了大型水轮发电机组A级检修(改造)人员的作业安全需求。该套本质安全设施采用的快速搭设方式节省了大量的人力、物力，美观、简洁、实用，有效防范化解重大风险，为安全高效进行设备检修打好作业基础，值得在大型水轮发电机组A级检修(改造)的水电站中推广应用。