小浪底水電站發電機安裝過程質量控制

羅 運 軍， 劉 玲

(1.中國水利水電第五工程局有限公司市場開發部，四川成都 610225;2.中國水利水電第五工程局有限公司能達水利水電咨詢有限公司，四川成都 610225)

1 工程概況

黃河小浪底水利樞紐工程地下發電廠房安裝有6臺單機容量為300 MW的立軸空冷半傘式三相同步水輪發電機組。6臺水輪機均由美國VOITH-SIEMENS(伏依特-西門子公司)設計制造，發電機的設計制造工作由哈爾濱電機有限公司總承包，其中哈爾濱電機有限公司設計制造3臺，東方電機股份有限公司依據同樣的圖紙制造另外3臺;機電安裝承包商為FFT聯營體(水電四局，十四局、三局聯營體);機電安裝工程監理由小浪底工程咨詢有限公司、中國水利水電第五、第一工程局共同承擔。

2 安裝過程的質量控制

2.1 “三架一座”組焊的質量控制

發電機“三架一座”是指轉子圓盤支架、定子機座、上機架和下機架。在發電機中，這四大部件均為主要的結構件。由于其本身的外形尺寸較大，無法整體運輸，故到貨的時候都是分成若干部件運入地下廠房安裝間組裝成整體。而發電機的這四大部件在制造廠均經過預裝并都經過精密機械加工，從而要求組焊后各部分尺寸應與出廠時基本一致。因此，其焊接質量的好壞直接關系到最終的安裝尺寸，故所采用的工藝對焊接的質量要求較高。

(1)由于現場焊接均是由焊工手工操作完成的，因此，焊工技術水平的高低成為影響焊接質量的關鍵因素。廠家的工藝要求所有焊工必須是經國家勞動人事部門發布的《鍋爐壓力容器焊工考試規則》考試合格、獲得國家勞動人事部門頒發的“鍋爐壓力容器焊工合格證”的焊工。在焊接操作前，監理工程師要求承包商必須報送準備實施焊接作業的焊工的詳細資質證明，并且對沒有在小浪底工程機電安裝(參加過水輪機部件焊接的除外)中從事過焊接作業的人員進行了現場考試，經焊接和無損檢測監理工程師檢測合格后方允許其進行發電機部件的焊接作業。

(2)按照廠家的工藝要求，發電機的焊接均應采用CO2氣體保護焊。這種焊接方法的優點是焊接變形小、焊接速度快，是一種比傳統的手工電弧焊更先進的焊接方法。但是，現場監理工程師發現絕大多數的焊工并不習慣這種焊接方法，在焊接練習操作中出現的焊接缺陷比較多。因為焊工平時還是以手工電弧焊為主，更愿意使用自己熟練的焊接技術。因此，監理工程師在與廠家的技術人員協商后同意在采取了相應的措施后部分使用手工電弧焊代替CO2氣體保護焊。在正式焊接前進行了必要的焊縫加固，采取了適當增加防止變形的合縫板等措施。但是，在要求變形小的部位，如副立筋配刨后回裝焊接和定子機座的環板焊接仍使用CO2氣體保護焊，以保證焊接后的外形尺寸。

(3)在焊接實施前，監理工程師要求承包商報送相關的《焊接施工措施》，經審核并征求制造廠家的意見后批準實施，同時，監督承包商嚴格按照批準后的《焊接施工措施》進行施工。由于焊接作業是一個比較復雜的過程，且存在材料差異、環境變化、焊工的操作水平等因素，“三架一座”部件結構龐大、復雜，焊縫眾多且互相影響，從而使焊后收縮應力和變形均較大且復雜，造成外形尺寸和焊縫質量不能精確控制。因此，承包商和監理工程師加強了對焊接質的控制，隨時監測焊接變形并適時調整焊接順序和焊接方向，盡可能地減少焊接變形對外形尺寸的影響，焊接后的“三架一座”按照廠家的工藝要求進行了UT或MT探傷。

小浪底水電站6臺發電機“三架一座”的焊接過程和焊接質量完全在監理工程師的控制范圍內，焊接質量和焊接后部件的外形尺寸亦完全達到了較高的質量標準，滿足了后續安裝作業的要求。

2.2 定子組裝及安裝的質量控制

定子施工主要包括分瓣定子機座組圓、焊接、定位筋安裝、鐵芯疊裝，鐵損試驗合格后將其整體吊入機坑調整就位，最后進行下線和耐壓試驗。

定子鐵芯設計高度為2 300 mm，被63層6 mm高的通風槽片分成64段，其中0.52 mm厚的定子沖片約有17多萬張。為保證鐵芯疊壓質量，疊片時分段壓緊，槽部公差不大于0.3 mm。為保證鐵芯確實被壓緊，采用了冷壓后再熱壓緊的特殊工藝措施。定子沖片兩面涂有0.02 mm厚的F級9163二甲苯樹脂改性硅鋼片漆，以減小渦流損耗。鑒于疊片過程是一個比較重要的工序，因此，不但要保證沖片的潔凈，而且在取放定子沖片時都要輕拿輕放，以免劃傷其表面的漆膜而造成鐵損試驗時層間短路發熱燒壞鐵芯。開始疊片后，監理工程師隨時檢查疊片過程，糾正施工人員的不當操作。如有的機組定子剛開始疊片時，承包商只提供了鐵錘進行整型，而不使用措施中明確要求使用的銅錘，這樣操作導致的后果可能會使槽口尺寸滿足要求，但片間絕緣卻被破壞、鐵損試驗不能通過的嚴重后果。這時，監理工程師及時叫停，要求承包商在準備了足夠的銅錘后才恢復疊片;疊片中出現的重片和反片也是工藝中所不允許的，重片有可能造成波浪度的超差而改變鐵芯的電磁性能，反片則會使片間的錯牙增大，下線時有可能劃破定子線棒的絕緣層而造成線棒的耐壓試驗失敗。監理工程師除督促承包商嚴格“三檢制”外，還與廠家一同隨時檢查疊片的質量，確實發現在有的機組疊片中出現重片和反片現象，及時要求進行整改(拆片后重新按工藝要求疊裝)，在消除了隱患后方繼續進行施工。雖然會造成一定的返工和工期影響，但是把隱患消滅在萌芽期更有益于定子的總體安裝質量。

定位筋掛裝關系到整個鐵心的疊裝質量，故對基準定位筋、大等份定位筋的尺寸檢查、測量尤其重要。首先從全部144根定位筋中挑出平直度和加工尺寸較好的12根定位筋作為基準定位筋進行精確調整，待其合格后，使用廠家提供的專用裝筋樣板安裝其它定位筋。小浪底水電站采用的是一種比較先進的浮動式雙鴿尾定位筋，定位筋與定子鐵芯及托塊間有一定的徑向間隙，用于防止由于鐵芯熱膨脹而產生的擠壓應力。這種定位筋與國內其它大型電站定子的固定式定位筋安裝方式也不盡相同。由于定位筋前后均有間隙，故調整半徑和弦長都有一定的困難，但是，經過承包商、廠家和監理工程師的共同努力，通過在定位筋與托塊間加墊片臨時固定的方式調整定位筋的尺寸(在疊片時適時取出所加的墊片并不影響定子鐵芯本身的結構特性)。全部定位筋掛裝后，逐個檢查定位筋的半徑、扭斜、旋長、垂直度，驗收合格后，進行定位筋托塊的焊接工序，焊后再檢查各項尺寸，如超差則刨掉，重新調整焊接直至全部驗收合格。

2.3 機組軸線找正的質量控制

機組軸線的找正是通過盤車的方式進行，先用百分表和位移傳感器等儀器測出轉動部件的擺度值，經過分析計算后找出機組軸線產生的原因、大小和方位，經過適當處理后，使整個軸系的折線得到一定程度的改善，并保證軸線的擺度值減小到允許的范圍內。機組的軸線找正是一個關鍵的施工過程，該項試驗結果的真實程度和準確程度將是機組軸線調整或者處理的依據，也是導軸瓦間隙調整的依據，它關系到機組的安全穩定運行。根據小浪底機組的類型，最終確定盤車采用抱緊上導和下導兩部導軸承的電動彈性盤車方案。

小浪底水電站水輪機為美國VOITH-SIEMENS公司生產，發電機為國內廠家制造。根據廠家之間的合同技術條款要求發電機首先單獨盤車，合格后才能進行水輪機軸和發電機軸聯軸工作、整體盤車。首臺機組進行盤車時完全按照這種合同要求進行，盤車歷時20 d左右，原因是發電機單獨盤車合格而聯軸后有的盤車數據不理想，根據兩個廠家的要求，水輪機軸和發電機軸反復進行聯軸(聯軸前要在法蘭面涂摩擦劑，24 h后才能聯軸，且聯軸需使用專用的液壓拉伸器將聯軸螺栓拉伸一定長度)和分拆，耗時較多，并進行了多次發電機單獨盤車和聯軸后機組整體盤車，而且為了取得更多的數據，盤車方法也是多種多樣，如連續盤車記數、轉一個點位停止轉動后記數、測量轉輪與迷宮環間隙、抱上導和下導瓦測水導擺度值、抱上導和水導瓦測下導擺度值等。當然，這些測量數據對于分析軸線的真實情況和采取相應的處理方法是非常有用的，包括對后續的5臺機組的軸線檢查也提供了依據。但在操作中監理工程師認為:這種盤車方案有其優點，但也有其不足。當機組進入軸線找正階段時，所有的部件都已基本安裝就位，每個單獨的主要部件都經過了階段驗收，能夠保證其是合格的產品，而當這些部件安裝、組合后可能會因為累計或配合誤差造成程度不同的偏差，但這種偏差一般也是在規范允許的范圍內，此時通常是根據盤車時的擺度值通過計算后調整某些可以調整的部件進行修正，使安裝結果盡可能優良，目的是使機組運行的狀態更好，但最終的處理還是由承包商在現場處理上端軸安裝位置(平移、人為偏心等)或調整各部導軸承的間隙(偏抱)來解決。實測最大擺度值的位置并不一定就是折線最大的地方。由于盤車時要將三部導軸承中的兩部抱死，因此，整個軸系的擺度都反映到了沒有被抱死的軸承部位，而僅僅進行發電機單獨盤車，由于其上導和下導均被抱死，盤車結果使全擺度值肯定不會超過抱瓦間隙，結果一定令人滿意。但水輪機由于其自身結構問題是無法單獨進行盤車的，這時區分哪家的產品加工偏差較大沒有實際意義，除非盤車結果嚴重超差，才需要找出問題所在后進行處理。因此，監理工程師經過綜合分析后、在第二臺機組盤車前，與發電機廠家和水輪機廠家多次分析研究，尤其是說服了水輪機的國外設備制造商接受了監理工程師的意見，確定了后面5臺機組采用新的盤車方案，即采用水輪機和發電機聯軸后的整體盤車方案進行軸線檢查，如果出現嚴重偏差，那么再分拆水輪機軸和發電機軸，并根據情況決定是否需要對發電機進行單獨盤車。后面5臺機組的盤車結果證明了這種方案的可靠性:均是整體一次性盤車，并且在保證了總裝配質量的前提下優化了施工方法，節省了人力和物力，節約了工期，也確保了機電安裝工程總工期按計劃完成。

3 結語

發電機安裝過程中，承包商能夠按照批準的工藝措施進行施工，廠家提供的產品質量能夠達到規范要求，監理工程師嚴格管理、嚴格質量標準，使小浪底水電站的6臺大型發電機組裝和安裝質量均達到了優良標準。