水電站機電設備安裝過程及工程質量控制思路解析

李銀剛

引言

現如今，人們生產生活中對電能資源的需求量日益增長，水電站是一種能把水力資源轉變成電能的基礎設施之一，能較好地滿足人們的電能需求。機電設備被公認成是水電站項目內的核心裝置，其功能作用主要是把水力資源轉變成電能，機電設備安裝有施工任務量繁重、工序復雜、技術難度較高及影響因素繁多等特征，若不能規范應用各種施工技術，不僅會影響安裝進度，還容易使設備出現故障問題，嚴重時則直接報廢，導致施工單位承受較大的經濟損失[1]。故而，在設備現場安裝過程中加強質控力度具有很大現實意義，在確保施工活動順利推進的基礎上確保質量，本文主要總結安裝工程穩定質控思路與實施方法。

一、工程概況

某水力發電廠項目是引水式地面廠房，廠房中安裝了4臺單機出力水平是60MW的混流式水輪發電機，總裝機容量達到240MW，年發電量是10.6億kW·h。

該電站引水系統配置了2機1洞，1號引水洞功能是為1號與2號機組供水，2號引水洞的供水對象分別是3號與4號機組，在各條壓力鋼管的尾端局部增設了進水閥，主廠房中布置了單臺（150+150）/10t 雙小車橋式起重機設備，該廠內配備了油、氣、水、水力監測、通風、空調及給水子系統等。基于單元接線的形式有效建立機組與主變壓器兩者的組合關系。1~4號機組均接入容量達到80MVA雙繞組110kV升壓變壓器內，選用單母線作為110kV側接線，供兩條回路出線使用，一條到500kV聯合開關站，另一條則發揮備用功能，110kV設備統一使用SF6全封閉組合電器（GIS），選擇共相封閉母線作為發電機設備的出線母線，勵磁設備能實現三相全自動化控制，且能夠激發出可控硅整流。全計算機監控、無人值班（少人值守）是本電站項目遵循的整體設計原則。全廠還安裝了控制測量信號、繼電保護、計算機監控、直流電源、設備調控以及火災報警系統等。

電站內機電設備的最后安裝質量十分關鍵，設備從工廠投產到現場最終的組裝調試結束，中間會歷經數道工序，為了能獲得符合相關標準的機電產品，應嚴格控制以上工序的執行過程[2]。本文以設備安裝工程作為研究論點，較為詳細地分析其質控的整個過程及取得的效果。

二、水電站機電設備安裝過程中的常見問題

（一）組裝的材料設備合格率普遍不高

設備材料是水電站機電設備安裝的基礎，其質量直接關系著工程最后的安裝效果。當前國內水利材料市場運轉期間缺少科學的監管體制，市場準入門檻逐年降低，導致很多不滿足規定要求的設備材料涌入市場，市場的社會信譽度漸進式下滑，不利于水利行業健康持久發展。安裝水電站機電設備時，通常是指派施工技術人員或建材采購部人員前往市場內購置相關材料，其專業性普遍不足，面對質量良莠不齊的材料很難做出正確的選擇。現場安裝設備時，受工期、技術因素等的制約，很少有施工單位對設備開展試運行活動，造成設備后續投用時故障問題頻發，對水電站項目使用效率及安全性產生較大影響[3]。

（二）設備安裝管理不到位

執行機電設備安裝施工任務時，在主客觀多種因素的作用下容易出現各類施工問題，拖延設備的安裝進度，降低其整體施工質量，比如設備安裝材料不達標，設計的安裝流程和計劃要求之間存在出入等。造成以上問題的根本原因是設備安裝單位沒有嚴格審查和監督機電設備安裝工序的整個流程，對安裝人員的技能沒有提出嚴格要求，針對安裝材料質量沒有建立健全制度體系、加以規范等，不利于順利推進設備現場安裝活動，造成部分設備后續長期投運中出現各種缺陷，甚至引起安全事故。

（三）安裝施工的設備相對較落后

具體安裝機電設備時，一定要有相配套的安裝裝置進行輔助，以上是有效落實安裝任務的重要基礎條件。而實際情況是一些機械設備在長期使用中缺少定時維護，自身逐漸出現各種故障問題，導致現場安裝施工中出現較大的誤差，那么帶來的最直接后果是機電設備最后組裝的精準度不滿足設計要求[4]。一些施工單位為了壓縮安裝成本，針對“帶病”運行的設備沒有及時進行檢修及更新，繼續投用過程中直接造成水電站內設備組裝質量下滑。

（四）安裝人員的技能水平參差不齊

技術人員是水電站機電設備安裝作業中最為活躍的部分，參與設備安裝的前期、中期及后期維護保養整個過程，工作人員要結合設備安裝的現實狀況，深度分析測量數據結果，選用適宜的技術方法進行操作，故而這對安裝人員的綜合技能水平提出較高的要求。近年來，我國水利行業緊隨時代發展，持續改革創新技術，但是有關工作人員的安裝維護技術卻沒有做到與時俱進，技術知識庫更新不及時，傳統的操作技能無法較好地滿足當前機電設備的現實安裝需求。

三、水電站機電設備的安裝技術

（一）水輪發電機組

安裝水輪發電機組時存在一些技術性風險，故而在技術執行方案、工藝操作流程及質量控制等方面上一定要格外注意細節性問題。

1.焊接座環、蝸殼：在座環分瓣被運送到工地以后，工人要嚴格按照規程將焊縫打磨光滑。在正式焊接之前進行預熱處理，焊接后要執行保溫策略。焊接施工高強度厚鋼板時容易發生如下兩種異常狀況[5]：一是容易形成焊縫氣孔、夾渣以及局部裂痕，以致返修次數顯著增多；二是焊接應力分布不夠均勻或應力過高，進而引起大范圍的裂紋問題，也會造成返修。如果不能有效規避以上不良現象，則勢必會對座環的最終焊接質量產生較大的負面影響。

2.安裝筒形閥：組裝筒形閥構件的功用主要表現在兩個方面，其一是迅速截斷活動導葉與固定導葉兩者之間的水流，其二是對水輪機的單道圓筒樣快速閉合的閥門起到保護作用，是導水機構的一個主要構成部分。組裝筒形閥時有三大要點：組合焊接閥體，焊接導軌、機械加工和抗磨板的配铇，筒形閥動作試驗檢測。

3.組裝定子

安裝機組定子的工序中要確保其鐵芯疊片干凈、壓緊、疊裝樣態整齊，確保定子下線處于清潔、溫度及濕度指標均恒定的作業環境下，嚴格按照現行規范開展磁化試驗活動。

4、組裝轉子

組裝焊接轉子支架構造時，要加強其實際變形量的控制，組裝環節要科學劃分轉子的所屬類別。過磅分類環節嚴格執行GB/T 8564規范要求。依照分類內容合理制定磁軛鐵片相配套的堆積表，執行好的磁軛堆積任務。測定其圓度并測算出磁軛整體偏心量，確保以上兩項指標均符合規定要求。在掛裝好磁極以后，要依次測定其轉子半徑、圓度、偏心等指標，并與要求相吻合。

（二）配電系統

首先，嚴格按照設計圖紙及規范內設定的技術標準要求，測定基礎槽鋼的規格大小，并執行放點工序，在水準儀、經緯儀等器具的協助下精準控制基礎槽鋼現場安裝的中心、高度、橫縱坐標以及水平度等諸多指標。規范組裝槽鋼且有效固定以后，指派工人按照圖紙要求可靠焊接接地引線和槽鋼，一定要確保槽鋼接地狀態良好。

其次，在各類電氣設備裝置抵達指定位置以后，一定要指派專業實驗人員檢測檢查設備內回路狀態，對設備展開回路絕緣電阻、PT、CT 試驗等常規項目[6]。

最后，把電纜設施接進屏柜的環節中，一定要精準區別地線和等電位線。

（三）輔助管路

首先，嚴格檢查管線等配件、設備的結構完整性及使用功能，整個現場施工過程中務必保證所有線路方位、不同結構之間銜接的高精準度。其次，加大管材設施狀態的檢測檢查力度，及時發現與清除異物，如果面對的是油路管線，則一定要確保其清潔度處于較高水平，可以運用敲擊聽聲的方法去判斷其內部是否滯留焊渣等異物。最后，油管路組裝施工結束后嚴格按照規程進行整體檢查，并運用酸洗等辦法進行管路清潔。

四、機電設備安裝的質控流程與措施方法

現場組裝機電設備時，其表現出十分明顯的單一性與單件性特征。安裝工序繁多，安裝和試驗流程錯綜復雜，故而在開展質控工作中一定要精準地抓住關鍵點與薄弱環節，確保安裝全過程質量的可控性。

（一）質控的常規流程

本工程機電安裝質控的常規流程見圖1[7]。工程實踐表明其在執行過程中取得了良好成效，有效管控了設備的現場安裝質量。

圖1 機電安裝質控的常規流程圖

（二）具體安裝過程的質控

1.加強材料采購環節的控制

用于現場安裝施工的工程材料、配件及裝置等，明確要求其應滿足產品質量標準及項目設計要求。客觀上講，原材料的品質直接影響設備的安裝效果，若投用了假冒偽劣材料與設備，則會直接造成機電安裝質量下滑，進而帶來巨大的損失。為了減少或規避以上狀況，在材料采購環節一定要嚴控“四關”，即采購關、檢測關、運輸保險關與應用關。針對施工進場的材料、配件等，出廠證明、質量保證書、技術鑒定等文件缺一不可，并酌情開展抽樣檢查與試驗活動，缺少以上證明材料的設備嚴禁進場。安裝設備過程中要做好如下檢查[8]：（1）高強螺栓的扭矩系數；（2）透平油、絕緣油的化學試驗檢測；（3）電纜電線的電阻值、耐壓水平試驗檢測、單線內徑及絕緣層厚度等；（4）銅覆鋼絞線的外觀形態、延展率及電阻等；（5）鍍銅圓鋼的內徑偏差值、表面質量、拉伸性、銅層厚度及導電率等；（6）針對管材的機械性能，要嚴格按照規范流程進行取樣送專業實驗室檢查。

2.認真審核圖紙內容，探究影響因素，提出預控策略

水電站項目建設時會安裝數個廠家制造的機電產品，不同設備之間的交界面、裝置和土建工程的結合面均是易被忽略的位置，是安裝的薄弱環節，現場銜接處理情況關系著設備現場的組裝質量與進度，如果未規范處理設備與土建之間的結合面，那么后期將無法修復由此形成的缺陷，故而一定要從思想上重視結合面的建成情況。在正式安裝設備之前，一定要嚴格審核制造廠家與設計院提供的圖紙材料，客觀分析設備交界面及土建結合面的合理性、有效性，及時探查到相關問題，提出預控制策略，從根本環節使整體安裝質量得到保障。

審核檢查水輪機埋入件的安裝圖紙時，要求組裝好座環后要先澆筑混凝土。參照水輪機埋入件局部結構特征，在座環安裝工序結束后，若立即澆混凝土，帶來的直接后果是不能焊接蝸殼下方蝶形邊，但若省略澆筑座環混凝土這一步驟，則會造成座環不夠穩固，這樣后續組裝蝸殼構件環節中，座環在水平方向會出現一定改變。經數次協商分析后，決定不對座環支墩用千斤頂與拉緊螺栓來做點焊固定處理，在安裝焊接好整個蝸殼后，復檢座環水平情況，對局部進行微調整，隨后運用點焊技術固定好千斤頂和拉緊螺栓[9]。綜合本水電站內4臺機組座環蝸殼構件的安裝施工情況，發現實施以上方案后，能使座環水平受控在規程要求范疇中，規避座環組裝后的返工修整問題。

3.嚴審安裝作業指導書，完善安裝方案

發電機定子現場疊片的安裝中，組裝其定位筋是關鍵環節，其執行情況決定著定子的組裝效果。故而，一定要結合廠家作業指導書設定的要求安裝定位筋，在本水電站項目施工中，安裝方與監理方加強配合，經過多次協商后，最后決定運用大等分定位筋法開展安裝活動，具體是把基準定位筋作為起始點沿著周向等分成6份，采用弦距對各等份定位筋進行精準定位，以上操作方法不僅保證了定位筋就位的高精準度，還加速了現場安裝進度。

4.加大巡檢力度，重點位置及試驗進行旁站監理

組裝水輪機座環時，座環水平的調控情況影響著機組施工質量，對于座環本體安裝工序來說，控制其水平指標的難度并不高，但把座環和蝸殼銜接成一個整體并澆混凝土時，混凝土澆筑振搗時將會給蝸殼施加一定上浮力，進而對座環的水平控制情況產生一定影響。為規避以上狀況，蝸殼澆混凝土前，需要探究澆筑方法與加固手段，以實現對座環水平的有效控制，澆搗過程中加強現場觀測，并及時作出科學指導。本水電站內澆筑4號機蝸殼混凝土前，座環水平度符合規程0.07mm/m這一要求，當檢測到混凝土澆筑高度恰好超過蝸殼底時，檢測到座環水平：-Y向是0.124mm/m，+X向是0.072mm/m[10]。

（三）工程施工質量驗收階段的控制

本項目中為了有效控制設備安裝施工質量驗收情況，推行了三檢制、聯合檢查的檢查流程，探查到問題后盡早做出整改，并把質量責任落到個人，使安裝施工質控全面化、全方位化，全員參與其中。

結束語

本機電安裝工程嚴格按照以上控制流程及方法開展施工活動，業主方及質監部門高度肯定其現場安裝質量，已經驗收好的分部、分項工程質量測評都是優良。第一臺機組啟動運行之前已經通過了質量驗收。總之，水電站機電安裝有涉及專業寬廣、工序繁瑣復雜、技術要求高等特點，只有嚴格控制安裝施工過程的質量，嚴格按照規范操作，加大巡視檢查力度等，才能及時發現與修復質量缺陷，確保設備后續投入運行后能安全穩定運作。