小浪底水电站发电机安装过程质量控制

罗 运 军， 刘 玲

(1.中国水利水电第五工程局有限公司市场开发部，四川成都 610225;2.中国水利水电第五工程局有限公司能达水利水电咨询有限公司，四川成都 610225)

1 工程概况

黄河小浪底水利枢纽工程地下发电厂房安装有6台单机容量为300 MW的立轴空冷半伞式三相同步水轮发电机组。6台水轮机均由美国VOITH-SIEMENS(伏依特-西门子公司)设计制造，发电机的设计制造工作由哈尔滨电机有限公司总承包，其中哈尔滨电机有限公司设计制造3台，东方电机股份有限公司依据同样的图纸制造另外3台;机电安装承包商为FFT联营体(水电四局，十四局、三局联营体);机电安装工程监理由小浪底工程咨询有限公司、中国水利水电第五、第一工程局共同承担。

2 安装过程的质量控制

2.1 “三架一座”组焊的质量控制

发电机“三架一座”是指转子圆盘支架、定子机座、上机架和下机架。在发电机中，这四大部件均为主要的结构件。由于其本身的外形尺寸较大，无法整体运输，故到货的时候都是分成若干部件运入地下厂房安装间组装成整体。而发电机的这四大部件在制造厂均经过预装并都经过精密机械加工，从而要求组焊后各部分尺寸应与出厂时基本一致。因此，其焊接质量的好坏直接关系到最终的安装尺寸，故所采用的工艺对焊接的质量要求较高。

(1)由于现场焊接均是由焊工手工操作完成的，因此，焊工技术水平的高低成为影响焊接质量的关键因素。厂家的工艺要求所有焊工必须是经国家劳动人事部门发布的《锅炉压力容器焊工考试规则》考试合格、获得国家劳动人事部门颁发的“锅炉压力容器焊工合格证”的焊工。在焊接操作前，监理工程师要求承包商必须报送准备实施焊接作业的焊工的详细资质证明，并且对没有在小浪底工程机电安装(参加过水轮机部件焊接的除外)中从事过焊接作业的人员进行了现场考试，经焊接和无损检测监理工程师检测合格后方允许其进行发电机部件的焊接作业。

(2)按照厂家的工艺要求，发电机的焊接均应采用CO2气体保护焊。这种焊接方法的优点是焊接变形小、焊接速度快，是一种比传统的手工电弧焊更先进的焊接方法。但是，现场监理工程师发现绝大多数的焊工并不习惯这种焊接方法，在焊接练习操作中出现的焊接缺陷比较多。因为焊工平时还是以手工电弧焊为主，更愿意使用自己熟练的焊接技术。因此，监理工程师在与厂家的技术人员协商后同意在采取了相应的措施后部分使用手工电弧焊代替CO2气体保护焊。在正式焊接前进行了必要的焊缝加固，采取了适当增加防止变形的合缝板等措施。但是，在要求变形小的部位，如副立筋配刨后回装焊接和定子机座的环板焊接仍使用CO2气体保护焊，以保证焊接后的外形尺寸。

(3)在焊接实施前，监理工程师要求承包商报送相关的《焊接施工措施》，经审核并征求制造厂家的意见后批准实施，同时，监督承包商严格按照批准后的《焊接施工措施》进行施工。由于焊接作业是一个比较复杂的过程，且存在材料差异、环境变化、焊工的操作水平等因素，“三架一座”部件结构庞大、复杂，焊缝众多且互相影响，从而使焊后收缩应力和变形均较大且复杂，造成外形尺寸和焊缝质量不能精确控制。因此，承包商和监理工程师加强了对焊接质的控制，随时监测焊接变形并适时调整焊接顺序和焊接方向，尽可能地减少焊接变形对外形尺寸的影响，焊接后的“三架一座”按照厂家的工艺要求进行了UT或MT探伤。

小浪底水电站6台发电机“三架一座”的焊接过程和焊接质量完全在监理工程师的控制范围内，焊接质量和焊接后部件的外形尺寸亦完全达到了较高的质量标准，满足了后续安装作业的要求。

2.2 定子组装及安装的质量控制

定子施工主要包括分瓣定子机座组圆、焊接、定位筋安装、铁芯叠装，铁损试验合格后将其整体吊入机坑调整就位，最后进行下线和耐压试验。

定子铁芯设计高度为2 300 mm，被63层6 mm高的通风槽片分成64段，其中0.52 mm厚的定子冲片约有17多万张。为保证铁芯叠压质量，叠片时分段压紧，槽部公差不大于0.3 mm。为保证铁芯确实被压紧，采用了冷压后再热压紧的特殊工艺措施。定子冲片两面涂有0.02 mm厚的F级9163二甲苯树脂改性硅钢片漆，以减小涡流损耗。鉴于叠片过程是一个比较重要的工序，因此，不但要保证冲片的洁净，而且在取放定子冲片时都要轻拿轻放，以免划伤其表面的漆膜而造成铁损试验时层间短路发热烧坏铁芯。开始叠片后，监理工程师随时检查叠片过程，纠正施工人员的不当操作。如有的机组定子刚开始叠片时，承包商只提供了铁锤进行整型，而不使用措施中明确要求使用的铜锤，这样操作导致的后果可能会使槽口尺寸满足要求，但片间绝缘却被破坏、铁损试验不能通过的严重后果。这时，监理工程师及时叫停，要求承包商在准备了足够的铜锤后才恢复叠片;叠片中出现的重片和反片也是工艺中所不允许的，重片有可能造成波浪度的超差而改变铁芯的电磁性能，反片则会使片间的错牙增大，下线时有可能划破定子线棒的绝缘层而造成线棒的耐压试验失败。监理工程师除督促承包商严格“三检制”外，还与厂家一同随时检查叠片的质量，确实发现在有的机组叠片中出现重片和反片现象，及时要求进行整改(拆片后重新按工艺要求叠装)，在消除了隐患后方继续进行施工。虽然会造成一定的返工和工期影响，但是把隐患消灭在萌芽期更有益于定子的总体安装质量。

定位筋挂装关系到整个铁心的叠装质量，故对基准定位筋、大等份定位筋的尺寸检查、测量尤其重要。首先从全部144根定位筋中挑出平直度和加工尺寸较好的12根定位筋作为基准定位筋进行精确调整，待其合格后，使用厂家提供的专用装筋样板安装其它定位筋。小浪底水电站采用的是一种比较先进的浮动式双鸽尾定位筋，定位筋与定子铁芯及托块间有一定的径向间隙，用于防止由于铁芯热膨胀而产生的挤压应力。这种定位筋与国内其它大型电站定子的固定式定位筋安装方式也不尽相同。由于定位筋前后均有间隙，故调整半径和弦长都有一定的困难，但是，经过承包商、厂家和监理工程师的共同努力，通过在定位筋与托块间加垫片临时固定的方式调整定位筋的尺寸(在叠片时适时取出所加的垫片并不影响定子铁芯本身的结构特性)。全部定位筋挂装后，逐个检查定位筋的半径、扭斜、旋长、垂直度，验收合格后，进行定位筋托块的焊接工序，焊后再检查各项尺寸，如超差则刨掉，重新调整焊接直至全部验收合格。

2.3 机组轴线找正的质量控制

机组轴线的找正是通过盘车的方式进行，先用百分表和位移传感器等仪器测出转动部件的摆度值，经过分析计算后找出机组轴线产生的原因、大小和方位，经过适当处理后，使整个轴系的折线得到一定程度的改善，并保证轴线的摆度值减小到允许的范围内。机组的轴线找正是一个关键的施工过程，该项试验结果的真实程度和准确程度将是机组轴线调整或者处理的依据，也是导轴瓦间隙调整的依据，它关系到机组的安全稳定运行。根据小浪底机组的类型，最终确定盘车采用抱紧上导和下导两部导轴承的电动弹性盘车方案。

小浪底水电站水轮机为美国VOITH-SIEMENS公司生产，发电机为国内厂家制造。根据厂家之间的合同技术条款要求发电机首先单独盘车，合格后才能进行水轮机轴和发电机轴联轴工作、整体盘车。首台机组进行盘车时完全按照这种合同要求进行，盘车历时20 d左右，原因是发电机单独盘车合格而联轴后有的盘车数据不理想，根据两个厂家的要求，水轮机轴和发电机轴反复进行联轴(联轴前要在法兰面涂摩擦剂，24 h后才能联轴，且联轴需使用专用的液压拉伸器将联轴螺栓拉伸一定长度)和分拆，耗时较多，并进行了多次发电机单独盘车和联轴后机组整体盘车，而且为了取得更多的数据，盘车方法也是多种多样，如连续盘车记数、转一个点位停止转动后记数、测量转轮与迷宫环间隙、抱上导和下导瓦测水导摆度值、抱上导和水导瓦测下导摆度值等。当然，这些测量数据对于分析轴线的真实情况和采取相应的处理方法是非常有用的，包括对后续的5台机组的轴线检查也提供了依据。但在操作中监理工程师认为:这种盘车方案有其优点，但也有其不足。当机组进入轴线找正阶段时，所有的部件都已基本安装就位，每个单独的主要部件都经过了阶段验收，能够保证其是合格的产品，而当这些部件安装、组合后可能会因为累计或配合误差造成程度不同的偏差，但这种偏差一般也是在规范允许的范围内，此时通常是根据盘车时的摆度值通过计算后调整某些可以调整的部件进行修正，使安装结果尽可能优良，目的是使机组运行的状态更好，但最终的处理还是由承包商在现场处理上端轴安装位置(平移、人为偏心等)或调整各部导轴承的间隙(偏抱)来解决。实测最大摆度值的位置并不一定就是折线最大的地方。由于盘车时要将三部导轴承中的两部抱死，因此，整个轴系的摆度都反映到了没有被抱死的轴承部位，而仅仅进行发电机单独盘车，由于其上导和下导均被抱死，盘车结果使全摆度值肯定不会超过抱瓦间隙，结果一定令人满意。但水轮机由于其自身结构问题是无法单独进行盘车的，这时区分哪家的产品加工偏差较大没有实际意义，除非盘车结果严重超差，才需要找出问题所在后进行处理。因此，监理工程师经过综合分析后、在第二台机组盘车前，与发电机厂家和水轮机厂家多次分析研究，尤其是说服了水轮机的国外设备制造商接受了监理工程师的意见，确定了后面5台机组采用新的盘车方案，即采用水轮机和发电机联轴后的整体盘车方案进行轴线检查，如果出现严重偏差，那么再分拆水轮机轴和发电机轴，并根据情况决定是否需要对发电机进行单独盘车。后面5台机组的盘车结果证明了这种方案的可靠性:均是整体一次性盘车，并且在保证了总装配质量的前提下优化了施工方法，节省了人力和物力，节约了工期，也确保了机电安装工程总工期按计划完成。

3 结语

发电机安装过程中，承包商能够按照批准的工艺措施进行施工，厂家提供的产品质量能够达到规范要求，监理工程师严格管理、严格质量标准，使小浪底水电站的6台大型发电机组装和安装质量均达到了优良标准。