国家标准GB/T 8564《水轮发电机组安装技术规范》修订总论

2023-01-12 12:22:04付元初
水电站机电技术 2022年1期
关键词:水轮水轮机发电机

付元初

(中国电力建设股份有限公司,北京 100048)

0 前言

GB/T 8564《水轮发电机组安装技术规范》是水电站机组及附属设备安装专业的基础标准,自1988年颁发以来已有34年的使用历史,2003年作第一次修订。这期间,我国水力发电事业取得了举世瞩目的成就。遵循该标准的规范和指导,我国又安装投产了330 GW各型水电机组,水电装机容量增长了11倍,其中包括700 MW~1 000 MW巨型水轮发电机组和一大批300 MW~400 MW级的抽水蓄能机组。随着我国水电设备在引进、消化、自主创新的基础上不断取得技术进步,使机组结构、性能、制造水平得以大幅提高,相应的设备安装技术、工艺水平、安装质量也同步提升。我国水电机电安装行业完成了由简单工艺型操作转变为智慧型安装、由粗放型经营转变为集约型管理的蜕变,实现了与国际重大装备安装技术要求的接轨,中国水电机电安装施工技术已达到国际领先水平。

当前国内诸如乌东德、两河口、白鹤滩、阳江、丰宁等水电站一批巨型水电机组和大型蓄能机组正在安装、投运;适合西部高水头丰富水力资源开发的特种冲击(水斗)式机组研制正蓄势待发;随着我国与世界各国经济交往的战略推进,中国水电设备及安装验收标准(包括GB/T 8564)已经走出国门,在世界范围内为更多国家所接受;同时也发生与使用方借鉴的西方局部性传统标准的交融与碰撞。彻底解决中国标准的技术先导和引领作用,将系统、实用、规范、先进的中国标准推广至世界水电领域、进入世界标准体系,是贯彻国家技术标准“走出去”战略的根本目标。同时,40多年来,依托本标准建立起的安装标准体系,已衍生编制颁发了各种型式水轮发电机组、各机组部件、组件的安装、检修、运行维护、试验、在线监测等国家、行业标准近40多项,在规范行业标准化和指导工程建设中起到了很好的促进作用。鉴于上述国内外标准化背景的变化,为继续提升GB/T 8564基础母标准的行业引领和规范作用,保持其技术先进性和安装标准体系的完整性,也为适应水轮发电机组安装技术的发展需要有更新的标准作为指导,按照国家标准化主管部门的要求,提出对该标准的第二次修订。

1 修订工作简况

1.1 任务来源

国家标准化管理委员会2020年12月24日发布《关于下达2020年第四批推荐性国家标准计划的通知》—国标委发[2020]53号和中电联标准化管理中心2021年1月14日关于《水轮发电机组安装技术规范》修订工作的复函—标准函[2021]3号。由电力行业水轮发电机及电气设备标准化技术委员会负责组织对GB/T 8564—2003版的修订。

1.2 修订工作过程

2020年11月电力行业水轮发电机及电气设备标准化技术委员会在海南召开的标委会换届大会上对GB/T 8564—2003版的修订工作(以下简称“文件修订”)做了预前部署,将该修订工作列为标委会2021年度的首要工作;同年12月28日在北京召开“文件修订”的启动工作会议,确立了修订工作总体要求,修订工作组织机构、参加单位及其修编工作小组成员,初步讨论新文件的目次结构,修订原则和技术目标,正式启动了“文件修订”工作。

2021年1月,修订初稿开始编写,并完成文件的“修订初稿”。

2021年2月~4月初,分别多次以视频会议和集中会议的形式咨询、征求了中国电建系统土建专业技术带头人和专家、水电站自动化标准化技术委员会及其专家、国内水电设备主要制造厂、主要水电勘测设计单位、主要运行水电厂、水电机电安装施工单位的意见,经组内认真分析并采纳修改,形成编写小组内部“修订初稿”的改进稿。

2021年4月下旬,编写小组在北京集中,召开“文件修订”统稿工作会议,形成了“修订初稿”的二次改进稿。同时再次以电子文件的形式将稿件发有关单位和专家咨询、征求意见。

2021年5月中旬,稿件的统稿工作完成,在再次汇总并处理各单位和专家反馈意见的基础上完成了标准文件的“征求意见稿”(初稿);编写组织单位又专门邀请中电联标准化工作专家对稿件的整体内容编排形式、标准化格式、语言表达、逻辑处理等进行了全面的咨询和审查,编写小组逐条、逐项地作了修正; 在5月下旬完成了标准文件的“征求意见稿”和“编制说明”。

2021年6月上旬标准文件“征求意见稿”和“编制说明”由中电联上传国家标准化管理委员会,在全国标准信息公共服务平台上挂网向社会征求意见;电力行业水轮发电机及电气设备标准化技术委员会于同年6月23日发文,在全体委员及所在单位、国内相关专业机构、企业、设计系统单位等范围内征求意见。至2021年8月底,标委会和编写组共收到各方意见27份1200多条,经梳理、分检、合并,共整理出有效意见616条,编写组逐一进行了采纳与否决的处理及说明,形成“GB/T 8564征求意见汇总处理表”。8月~9月继续对征求意见稿修改并逐条审查,于2021年9月上旬完成本文件的“送审稿”和送审稿的“编制说明”。

2 修订编制原则和主要修订内容

2.1 修订编制原则:系统、实用、规范、先进

(1)系统性

GB/T 8564《水轮发电机组安装技术规范》是水电站机组及附属设备安装专业的基础标准,是针对水电机组及其附属设备安装的综合性、系统性的专业施工文件。标准内容涵盖水电机组及其附属设备、水力机械辅助设备的安装、调试、试验、验收的全部要求,涵盖国内使用的所有机组型式和国际上使用的主流机组型式,并综合考虑了与水电站建筑施工、水电站机电设计、水电设备制造、电站运行的需求和对接。

(2)实用性

GB/T 8564《水轮发电机组安装技术规范》制定初衷即立足于工程运用,将实践放在首位。自1988年颁发以来34年的使用历史,其初心始终不变。遵循该标准文件的规范和指导,我国水电机组安装投产容量又增长了11倍,任何型式的水电机组安装都无一例外地遵照本标准的要求规范进行,并在我国输出国外水电机组安装项目上也完全采用;随着水电设备安装技术的持续进步,本标准将继续吸纳现有成熟的工艺成果,持续改进,指导我国水电机电安装工程实践,使其具有很强的实用性。

(3)规范性

GB/T 8564《水轮发电机组安装技术规范》的修订遵循国家相关法律、法规、标准化政策,按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。除总结建国以来水电机电安装工程丰富成熟的施工经验以外,充分借鉴吸收现有国家标准、行业标准等相关标准中关于水电设备制造、安装、试验的内容和规定;借鉴吸收相关国际标准和先进工业国家标准。新文件的修订,将在规范指导我国水电机电安装工程的基础上拓展以国际应用为目标;在文件逻辑编排、语言表达、标准化格式方面力求规范完善,确保与国家法律、法规、现行标准的一致性,确保与国际标准的一致性。

(4)先进性

GB/T 8564《水轮发电机组安装技术规范》修订以我国现时最前沿成熟的安装技术为基础,包括700 MW~1 000 MW巨型水轮发电机组和300 MW~400 MW等级的抽水蓄能机组安装调试技术、超高水头大型特种水斗式水轮发电机组安装技术、大型灯泡贯流式机组安装技术、新型调速、励磁装置调试技术、机组电气试验技术、机组试运行试验技术等。内容丰富、结构完整、层次清晰、使用方便,体现了作为国家标准的指导性和先进性。

2.2 文件结构体系设计

与GB/T 8564—2003相比较,主要技术变化如下:

(1)修改了文件应用范围。标准涵盖了国内使用的所有机组型式和国际上使用的主流机型,删除了“斜流式水轮机”安装范围;不再对使用的机组容量、尺寸进行限制,不作“参照执行”类似的不确定表述;

(2)从机电安装者的站位对机组安装调试中涉及的出现频率较高、易引起异议的常用技术术语作了定义;

(3)规范机组安装总体要求条文,形成文件第4章“总体要求”。删除了2003年版的第3章“总则”;

(4)将原标准“立式反击式水轮机安装”更改为“立式混流式、轴流式水轮机安装 ”(第5章);增加了“卧式混流式水轮机安装”一章(第6章);

(5)保留“立式水轮发电机安装”和“卧式水轮发电机安装”二章(第10章、第11章);

(6)将原标准“贯流式水轮机安装”和“灯泡式水轮发电机安装”合并为一章,更改为“灯泡贯流式水轮发电机组安装” (第13章),将灯泡贯流式水轮发电机组作为一种主要的水电机组机型列入本文件;

(7)将“冲击式水轮机安装”更改为“水斗式水轮机安装”,规范了机型名称,修改了技术内容,并作为一种潜在的主要的水电机组机型列入本文件(第7章);

(8)水轮机主阀是机组重要的附属设备,在修改相应技术内容后,将“蝴蝶阀及球阀安装”更改为“水轮机主阀及附件安装”(第9章);并在第5章中修改补充了水轮机筒形阀安装调试内容;

(9)保留调速系统和励磁系统安装与调试内容结构,将2003版9.6“励磁系统及装置安装”上升为一章。 吸收最新行业标准规定,将相关条文更新,并增加静止变频启动装置(SFC)安装调试内容(第8章、第12章);

(10)将“管道及附件安装”更改为“辅助设备安装调试”(第14章),增加了“机组辅助设备油、水、气系统安装调试”的部分内容;

(11)保留“水轮发电机组电气试验”和“水轮发电机组试运行”二章(第15章、第16章)。作为水轮发电机组试运行中的重要组成部分,修改了其中“可逆式抽水蓄能机组试运行试验”内容,与现行相关专业标准取得一致;

(12)修改了附录C,取消了“水电机组焊缝无损探伤采用射线检查(RT)”的规定,增补了“无损探伤新方法—焊接接头衍射时差法超声检测(TOFD)要求”;对“焊缝超声脉冲回波检测技术(UT)”按照最新国家标准进行了修订;

(13)将“水轮发电机组在线监测装置传感器安装要求”、“激光跟踪测量技术应用”、“配水环管水压试验”、“水轮发电机组及其附属设备静态(无水)调试试验项目及内容”列为新增附录E、附录F、附录G和附录H。

修订后的标准文件共分16章、8个附录。在目次结构编排上与机组各部件及附属设备安装程序、主次层级、逻辑习惯一致。详细条文设置见2022版目次。

2.3 各章主要修订内容简介

(1)第1章“范围”。按照GB/T 1.1—2020规定的表述方式列出了本文件的标准化对象和覆盖的各方面,即:规定了立式混流式、轴流式水轮机、卧式混流式水轮机、水斗式水轮机、调速系统、水轮机主阀及附件、立式水轮发电机、卧式水轮发电机、励磁系统及静止变频启动装置(SFC)、灯泡贯流式水轮发电机组及水电站辅助设备安装调试、水轮发电机组电气试验、水轮发电机组试运行等要求。适用于混流式、轴流式、水斗式、灯泡贯流式水轮发电机组和混流可逆式抽水蓄能机组的安装及验收。与2003版不同,不规定标准化对象和覆盖设备的容量、尺寸等方面的要求,进而也不提出“……可参照执行”这样允许性条文。因为这样的允许性条文在一定程度上是对文件作容量、尺寸等适用界限的否定。

(2)第3章“术语和定义”。本文件中使用的一般性术语和定义、几何公差及常见的物理量符号符合机电专业相关国家标准的规定,如:GB/T 2900.25、GB/T 2900.45 、GB/T 13394、GB/T 1182等,但文件中不特定指出上述标准所“……界定的术语和定义适用于本文件”,而是以机电安装者的站位对机组安装中涉及的与测量方式相关、或出现频率较高、或易引起异议的25个常用技术术语自行作了定义。如“盘车摆度”、“运行摆度”、“转子圆度”、“定子圆度”、“相对轴振动测量”、“转频”、“通频”、“极频”、“局部放电”“电晕”、“技术文件要求”、“设备技术要求”等,拉近了一般物理概念解释与实用工程术语之间的距离。

(3)第4章“总体要求”。按照GB/T 1.1—2020规定,将2003版的“总则”和“一般规定”整合,定名为“总体要求”。全章分为三部分:安装条件(4.1~4.6)、通用技术要求(4.7~4.20)、工程完工要求(4.21~4.23)。其中,“安装条件”重点补充了施工现场环境要求和对交付安装的土建部位进行检查验收的规定 ;“通用技术要求”部分总结了水电机电安装的基本操作工艺和要求,是成熟施工经验和一般工业操作的技术流程和技术要求,为后续各章条文反复引用。

(4)第8章“调速系统安装调试”和第12章“励磁系统及静止变频启动装置(SFC)安装调试”,吸收最新行业标准规定和名词术语,同时增加了SFC安装调试内容。结合设备现场安装调试的实际流程,按照现场通行的安装调试程序,对系统设备安装、无水、静水、动水调试阶段(或静态调试、动态试验阶段)的项目和主要项目要求进行了规定;但对于设备调试试验的具体方法和试验成果要求不作详细说明,可参见相关专业最新行业标准。该二章按统一的逻辑表达形式编写。

(5)第5章“立式混流式、轴流式水轮机安装”和第10章“立式水轮发电机安装”为本文件重点章。本次修订作了如下变动:

水轮机部分:修改了蜗壳等水轮机埋设部件焊接后无损探伤的要求、蜗壳等埋件二期混凝土回填浇筑施工要求、转轮静平衡新工艺、接力器压紧行程标准、主轴密封安装要求、筒形阀安装试验内容;增加了座环现场加工工艺要求和质量标准、转轮在现场整体组焊的验收要求、导叶端面摩擦装置安装工艺、水泵水轮机特殊接力器安装要求;提高了整机环形件安装中心、圆度标准和座环安装标准;以及增加了水轮机附件安装内容。

发电机部分:修改了发电机转子圆盘支架、发电机机架、定子机座等焊接后无损探伤的要求、定子线圈的嵌装、接头焊接、接头绝缘绑扎要求、推力头安装要求、悬式机组推力轴承绝缘测定要求; 增加了定子现场组装场地和组装基础要求、转子测圆架工装要求、铁心磁化试验要求、内冷定子绕组安装试验系列工艺要求、轴承预装工艺、几种最典型的大型、巨型发电机普遍采用的推力轴承及其结构的安装、调整要求; 提高了定、转子环形件安装找正中心、圆度标准、转子偏心率标准、推力轴承受力调整标准、机组轴线调整(盘车)标准;以及增加了发电机附件安装内容。

(6)第6章“卧式混流式水轮机安装”为新增章,与第11章“卧式水轮发电机安装”共同组成卧式混流式水轮发电机组安装体系。卧式混流式机组多为单机容量小于20MW~30MW的中小型机组,多用于中、高水头,更高水头采用卧式水斗式机组,在低水头领域则用灯泡贯流式机组。相对于传统安装方法,卧式机组安装要求无大的修改和增补。

(7)第7章“水斗式水轮机安装”为修改章,修改后分为8条第一层次条目,按安装程序逻辑全面规定了该种机型的安装要求。其中对配水环管安装焊接、焊缝检验、水压试验、保压浇筑混凝土、喷嘴及折向器安装、调整、转轮安装作了重点规定和要求。

(8)第9章“水轮机主阀及附件安装”、第14章“辅助设备安装调试”均为修改章。修改了蝶阀、球阀的安装调整、旁通阀系统设备安装、操作机构安装内容;增加了主阀现场调试试验,尤其是动水试验内容;修改补充了管道及管件的制作、焊接、安装、试验、清洗的要求;增加了电站油、水、气系统设备安装调试的一般性要求。

(9)第13章“灯泡贯流式水轮发电机组安装”为新增合并章,分为12条第一层次条目,按安装程序逻辑全面规定了该种机型的安装要求。其中对管形座安装、导水机构组装、安装、导叶立面间隙、组合轴承安装调整、机组总装配中的定、转子气隙找正、定、转子轴向磁力中心的调整等作了重点规定和要求。

(10)第15章“水轮发电机组电气试验”为保留章。结合第3章术语和定义,提出“局部放电”、“电晕”新的判别标准、提出制造厂应抽检线棒或线圈局部放电的最大视在放电量要求、可以采用1.7倍的交流耐电压值对定子绕组上下层线圈进行直流耐压试验的替代允许等。对于“在工地装配的定子,当额定线电压为24 kV及以下时,整机交流耐压试验电压为2倍额定线电压加3 kV”的规定业内分歧较大,主流意见建议与国际通用标准统一,即为“2倍额定线电压加1 kV”。本文件暂按2倍额定线电压加3 kV处理,待业内专家讨论最终确定。另:将转子单个磁极与整体绕组电气试验作了分别整理修改。

(11)第16章“水轮发电机组试运行”为保留章。全章在结构内容上作了较大改动补充,增加了“机组及主变的发变组短路热稳定试验”、“机组进相试验”“涉网专项试验”“可逆式抽水蓄能机组试运行试验”的内容。按本文件编制原则-实用性要求,修改了“水轮发电机组各部位振动允许值”见表44,与DL/T 507—2014取得一致;修改了调速器、励磁系统在机组空载、负载下调试试验要求。与调速器、励磁系统最新相关专业标准一致;修改了机组扰动试验、甩负荷试验标准,对于机组为非单元引水输水方式布置的电站,同一引水系统中各台机组甩负荷试验和对输水系统的考核作了推荐性规定,建议按电站设计技术文件要求进行,同时提出负荷干扰试验推荐要求;增加了在额定负载下各类型机组应进行专项试验项目,包括灯泡贯流式机组重锤关闭试验、水轮发电机组噪声测量试验;补充可逆式抽水蓄能机组试运行试验内容,力求与GB/T 18482保持一致。

(12)附录A、附录B、附录C、附录D为保留修改附录;附录E、附录F、附录G、附录H为新增附录,均是根据机组安装工程实践需要宜新增加的资料性应用文件。

3 几项重要条文的修订和技术说明

3.1 关于环形件安装圆度

(1)5.2.1规定,额定水头<200 m水轮机转轮止漏环圆度,各半径与平均半径之差不超过止漏环设计间隙的±5%;额定水头≥200 m的,上冠及下环外缘圆度也按±5%设计间隙控制,而上下止漏环圆度,各半径与平均半径之差以绝对数±0.10 mm控制;相应的固定部件在5.3.3 b)规定,各固定止漏环及环形部件的同心度和圆度,各半径与平均半径之差不超过止漏环设计间隙±5%,止漏环同心度统一为0.15 mm。以上标准均较2003版的相应指标有较大提高。故5.4.2 表13 规定,额定水头<200 m水轮机转轮止漏环间隙,各间隙测量值与平均值之差应不超过平均值的±10%;额定水头≥200 m的,上冠及下环外缘间隙,同样要求各间隙测量值与平均值之差应不超过平均值的±10%,考虑额定水头≥200 m的高水头转轮止漏环间隙均匀度要求较高,但安装时测量难度大和测量精度不易保证,规定装配后止漏环间隙,各间隙测量值与平均值之差以不超过平均值的±10%,但最大不超过±0.15 mm为限。

对于立式轴流转桨式水轮机,5.1.4表2规定,作为埋件的转轮室圆度,各半径与设计半径之差,应不超过叶片与转轮室设计间隙的±5%;但5.2.1规定,转轮“叶片外缘”圆度,考虑测量精度不易保证,只有在认为必要时,并在叶片处于最大直径时测量,各半径与设计半径之差,应不超过叶片与转轮室设计间隙的±8%,故5.4.2表13 规定,“……:测叶片(桨叶)与转轮室间隙,可在全关位置测进水、出水和中间三处,间隙测量值与平均值之差应不超过平均值的±12%”。

(2)10.1.11规定,发电机定子铁心组装后,测量铁心圆度,各半径与设计半径之差不超过发电机设计空气间隙的±3.0%,圆度偏差最大不超过2.0 mm。10.2.16规定,磁极挂装后测量转子圆度,各半径与设计半径之差应不大于设计空气间隙值的±3.0%。转子整体偏心允许值应满足表29的要求,但最大应不大于设计空气间隙的1%。上述公差,均以半径设计值为公差带零线,且均较2003版的相应指标±4.0%有一定提高。故10.5.4 f)规定,转子吊入后,按空气间隙调整中心,测量定子与转子上、下端的空气间隙,各间隙与平均间隙之差应不超过平均间隙值的±6%是合理的。

(3)必需说明的是,本次修订,对立式机组转轮及止漏环、定、转子相关圆度标准的提高是基于我国近20多年来水电设备制造质量的提升和现场安装工艺的改进,实践证明,较高圆度标准的要求是必要的,也是可达到的,这项措施极大的保证了大型立式机组运行的稳定性。当今中国水电设备安装,早已跨过钳工式装配、手工机械修理的时代,进入半自动化精细操作的自由流程时代。

(4)立式机组其他环形部件圆度指标按上述原则均作相应调整提高。对卧式灯泡贯流式机组,其转轮(13.4.4)、定、转子单个部件的装配圆度与立式机组按同样要求规定;装配后,转轮与转轮室同心度按照13.7.2 a)、b)确定:转轮室以转轮为中心进行调整与安装,在桨叶全开、全关位置,测量转轮室与桨叶间隙值,各间隙测量值与平均值之差应不超过平均值的±15%,桨叶与转轮室总间隙应满足设备技术要求,显然也略提高了指标。但对于定、转子间气隙的同心度,13.11.3规定:调整定子与转子之间的空气间隙,需兼顾上下游的间隙值,使各间隙与平均间隙之差,不超过平均间隙的±8%。未按±6%要求,主要考虑了灯泡贯流式机组空气间隙设计值一般较小、且卧式悬臂式转子质量垂度的影响。

3.2 关于重要埋设部件焊接与焊接质量检验

(1)新文件将蜗壳、配水环管、管形座、发电机转子圆盘支架、发电机机架的焊接与焊接质量无损检验作了修订与规范。对于水轮机承压埋件部分,5.1.12、5.1.13、7.4.3、13.1.2规定了蜗壳、配水环管、管形座焊接与焊接质量无损检验要求,均取消了焊缝无损探伤采用射线检查(RT)的规定,增补了无损探伤新方法—焊接接头衍射时差法超声检测(TOFD)要求;对焊缝超声脉冲回波检测技术(UT)按照最新国家标准进行了重新修订;具体检测采用的方法和检测范围因部件或焊缝型式、等级不同分别作出规定。对于发电机的结构件,10.2.6、10.3.2规定了转子圆盘支架、发电机机架的焊接与焊接质量无损检验要求,相对于水轮机承压埋件,处理方式略有不同,对于斜形支臂圆盘支架、承重机架则推荐增加检测手段。 应注意的是:超声波衍射时差法(TOFD)已经成熟,可记录、看复查、灵敏度高、直观,可以取代常规UT。 但是只是适用于对接焊缝,不适用于T型焊缝,比如蜗壳和座环环板的T型焊缝以及其它T型焊缝。同理,原采用的射线探伤也不太适宜于T型焊缝,可行的只有UT, 必要时采用不同角度的斜探头、直探头,根据不同的缺陷深度,采用不同频率的探头等,检查长度为100%;应按GB/T 11345的规定进行检测,检测技术等级为B级,按照 GB/T 29712 中的验收等级2级评定。

(2)本文件特别提出:附录C.1 给出了焊缝超声脉冲回波检测技术(UT)检测验收等级、检测等级和质量等级的关系。同时给出了GB/T 29712—2013 标准《焊缝无损检测 超声检测 验收等级》的使用原则。

原GB/T 11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》已被新标准GB/T 11345-2013 《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定》替代,2013版标准对89版标准做了较大修订,标准名称也修改了。新版标准中删除了缺陷评定和评级的内容,将评定等级指向GB/T 29712-2013《焊缝无损检测 超声检测 验收等级》(见GB/T 11345-2013 10.3),故焊缝超声波检测(UT)的检测技术、检测等级按照GB/T 11345-2013执行、而验收评定等级按GB/T 29712-2013执行。比照此国标规定,本文件附录C.1 对GB/T 29712—2013作了规范性引用,同时在本文件5.1.13 c)规定为:采用超声波(UT)探伤时,所有环缝、纵缝、蜗壳与座环、蜗壳与钢管连接环缝、不同材质对接焊缝、T型焊缝的检查长度均为100%;应按GB/T 11345的规定进行检测,检测技术等级为B级,按照 GB/T 29712 中的验收等级2级评定,……。以后各相关条文,如:7.4.3、13.1.2、10.2.6 b)均按此规定执行。

3.3 关于重要埋设部件混凝土浇筑要求

新文件5.1.16、5.1.3、7.4.6、13.1.6将蜗壳、尾水管、配水环管、管形座等水机埋件二期混凝土浇筑作了统一的、符合施工实际的规定,强调:①应有防止座环或被埋部件变形的措施; ②混凝土浇筑时应对称均匀上升,浇筑层面高差应不大于0.5 m; ③混凝土浇筑上升速度应不超过0.3 m/h,且未初凝的混凝土厚度应不超过0.6 m;④在浇筑过程中应监测座环或被埋部件的变形,并调整混凝土浇筑顺序和速度。删除2003版“每层浇筑高度一般为1 m~2 m,浇筑应对称分层分块”的要求,提出“未初凝混凝土”的概念以代替“液态混凝土”,重点在于控制“浇筑层面高差应不大于0.5 m”。

蜗壳、配水环管工地水压试验或保压浇筑混凝土时,因各制造厂对水压试验操作流程和设计单位对混凝土因蜗壳充水膨胀而开始受力的临界点取值不同,本文件不能统一规定,故提出按技术文件要求进行。但保压浇筑混凝土时,混凝土强度至少达到70%后,方可卸压。

3.4 关于发电机新型推力轴承调整要求

新文件10.5.6对“发电机推力轴瓦调整要求”作了较大修改:删除原标准9.5.6 f)、g)中“平衡块式推力轴承”、“弹性梁双支点结构的推力轴承”调整的内容。前者曾应用于葛洲坝二江电厂170 MW的机组、后者用于水口电厂的日立设计的发电机,此后再无应用实例。

10.5.6增加了“弹簧簇多支点支撑结构的推力轴承”、“单支点多支柱销支撑结构的推力轴承” 和“弹性圆盘支承式推力轴承”调整的详细要求。其中“弹簧簇多支点支撑结构的推力轴承”、“单支点多支柱销支撑结构的推力轴承”是目前国内500 MW以上发电机应用最为广泛、结构最成熟、工作最可靠的结构,近20年来已被三峡、龙滩、小湾、两河口等一系列电站单机容量超过700 MW的发电机采用,直至白鹤滩电站1 000 MW机组的推力轴承。对于弹性圆盘支承式推力轴承,多应用于中小型的水轮发电机,结构更加成熟,该轴承可不作推力瓦受力调整,安装主要技术要求在于轴承的预装。故新文件10.4.5增加了对“轴承预装”的要求,为下一步正式安装调整提供技术准备。

应指出的是,上述三种结构的推力轴承均为引进设备带来的新技术,在我国的水轮发电机设计中已普遍采用,但各制造厂家对其自身设备安装调整的要求略有差异,本文件10.5.6规定的内容是制造厂家要求和安装实践的总结,具有指导意义。

3.5 关于发电机定子绕组内冷却系统的安装要求

新文件增加了发电机定子绕组内冷却系统的安装要求。

定子绕组水内冷、定子绕组蒸发冷却仅在三峡电站的大部分发电机中采用,本文件的相关条文10.1.13、10.1.16、10.1.18、10.6.4、10.6.5、10.6.6、15.1.2、15.3,均根据制造厂家技术要求和现场安装的实际操作而制定。其中15.3规定:对于内冷机组,定子绕组冷却介质灌注前、后的交流耐压试验应按设备技术要求进行,机组启动前应进行定子绕组有冷却介质的交流耐压试验。GB/T 7894—2009规定交流耐压标准:对于额定电压UN≤24 kV的水直接冷却定子条式线圈在充入水介质前为2UN+6.0 kV,充入水介质后为2UN+1.0 kV;蒸发冷却的定子交流耐压可参照此标准执行。Alstom在三峡机组绝缘电气试验标准中规定:充入水介质前为2UN+3.0 kV、充入水介质后为2UN+1.0 kV,差异并不明显。10.1.19 c)规定:“内冷汇流母线的对接接头焊接后,应按设备技术要求进行试验和检验,接头机械强度应满足长期运行和耐振动、耐电动力的要求”。内冷汇流母线对接接头曾在三峡左岸3号机组运行中突然断裂,造成定子三相短路事故,事故后内冷汇流母线接头全部改造与加固,该条是事故教训的总结。

应指出的是,在当前一段时期,上述规定的条款仅对现有定子内冷机组的检修有实际意义,暂无后续内冷机组安装的需求。只有在高水头、高转速、超大容量的立式水斗式水轮发电机组设计和制造成为现实时内冷发电机才有再次被采用的可能。鉴于此,本文件增加了部分相关的安装试验内容作为铺垫,也可供后续内冷发电机设计参考。

3.6 关于立式水斗式水轮机安装要求

本文件第7章将水斗式水轮机安装单列,分8部分制定水斗式水轮机安装规范(发电机部分同第10章不另作规定)。

(1)7.4.2~7.4.4将配水环管作为高水头承压蜗壳对待,对分节到现场的配水环管组装、焊接、焊后质量尺寸检查作出规定,实践中焊缝无损探伤宜采用超声波衍射时差法(TOFD)和超声脉冲回波检测法(UT)联合检测,辅以磁粉或渗透探伤补充。配水环管水压试验和保压浇筑混凝土是水斗式水轮机安装的基本要求和必需完成的工序项目,7.4.5、7.4.6和附录G对这二项工序作了较详细的操作规定,水压试验完成后降压至零;浇筑混凝土时保压压力控制在设计规定压力的±5%之内,浇筑要求类同蜗壳;混凝土强度至少达到70%后,方可卸压。

(2)喷嘴(总成)和折向器安装是水斗式水轮机安装的重要工序,安装前,配水环管分流管法兰中心、高程、水平扭斜及垂直倾斜均复测完成,水轮机主轴已吊入机坑,主轴的垂直水平、高程、中心已调整完毕,机组中心已定,主轴已支撑牢固。7.6.2、7.6.3分别规定了采用模拟喷嘴进行调整垫板测量配车和采用真机喷嘴进行调整垫板配车的操作工艺和要求,其配车调整的质量是保证喷嘴射流中心切圆半径及喷嘴安装高程的关键,最终应满足:喷嘴中心线应与转轮节圆相切,径向允许偏差不超过±0.15%d1(d1为转轮节圆直径),最大不宜超过±2 mm;与水斗分水刃的轴向允许偏差不超过±0.5%W(W为水斗内侧的最大宽度),最大不宜超过±1 mm的要求。这是水斗式水轮机效率、运行稳定性、寿命对安装的要求。

(3)喷嘴、折向器在机组无水、静水、动水下的试验项目和要求按8.4的相关条文执行。应注意以下各特殊项:

1)应联动各喷嘴及接力器,按照设备技术要求调整接力器压紧行程,在接力器关闭腔通入额定压力油后,检查喷针头与喷嘴口环间应无间隙(见7.6.5);

2)喷针/折向器全速关闭/投入、开启/切除时间与设计值的偏差应不大于±0.5 s;喷针接力器关闭或开启时间的测定,在排除接力器缓冲段对测量时间的影响后,宜取喷针接力器行程在75%~25%之间运动时间的两倍,检查各喷针同步性应满足GB/T 9652.1要求;

3)从开、关两个方向,绘制喷针开度与喷针接力器行程关系曲线,接力器行程每间隔10%~20%测量一个点,每点应测4~8个喷针开度,取其平均值;在喷针全开时,应测量全部喷针的开度值,其偏差应不大于设计值的±2%。检查喷针实测最大开度与接力器最大行程应一致,最大开度应对应于接力器最大行程80%以上;

4)按设计规定在永态转差系数bp=4%时录制水斗式水轮机调速系统的静态特性曲线,其静态特性曲线的线性度误差不应大于5%,可取3次试验平均值;静态特性曲线中测至喷针接力器的转速死区对大型调速器应不大于0.5%bp;对中型调速器应不大于1.5%bp;

5)静水状态下进行调速系统各喷嘴紧急事故停机模拟动作试验,喷嘴及折向器调节规律和时间应符合设备技术要求;

6) 过速试验时应注意手动操作折向器投入的可靠性;

7) 机组带负荷运行,负荷增、减和喷嘴投入数应满足机组优化运行的设计要求,对称方向喷嘴开度应一致,甩负荷过程中喷嘴及折向器调节规律及协联关系与静水试验一致。

3.7 关于灯泡贯流式水轮发电机组安装要求

本文件第13章将灯泡贯流式水轮发电机组单列,分12部分制定灯泡贯流式机组安装规范。

(1)13.1.2规定:对于管形座上、下立柱焊接后焊缝检验(与蜗壳、配水环管不同),实践中推荐采用超声波检测(UT)和焊缝表面采用磁粉检测(MT)。采用超声波检测(UT)时,按GB/T 11345有关规定进行检测,检测技术等级为B级,按照 GB/T 29712 中的验收等级2级评定;焊缝表面采用磁粉检测(MT)时,按NB/T 47013.4有关规定执行,一类焊缝、二类焊缝均为I级为合格。一般不采用超声波衍射时差法(TOFD),只有当对(UT)探伤有怀疑的部位,可研究是否采用TOFD探伤复核。

(2)贯流式水轮机导水机构组装和安装为重要工序,13.2.2规定了组装要求,13.5规定了导水机构和接力器安装要求。导水机构组装在安装间进行,应注意导水机构组装后,导水叶在关闭状态下内、外端面间隙分配应严格符合图纸和技术文件要求,导叶头、尾部端面间隙应基本相等,相互差不超过20%;导叶立面间隙局部允许最大不超过0.20 mm,其长度不超过导叶高度的25%,建议可以提高;导水机构吊装时,应安装全部吊装用支撑工装,防止内外轴套变形。最终安装时,在压紧行程作用下,导叶立面间隙应满足13.5.3表37要求;导水机构重锤应在接力器安装完成后最后挂装,若接力器的安装在重锤挂装后进行的,压紧行程由重锤重量提供。13.5.4关于接力器安装要求类同5.5.5;对斜装式接力器基础特殊结构的安装:13.1.4 表36补充规定了相关要求。

(3)由于灯泡贯流机组厂房结构的特殊性,大型机组转轮只能不带叶片吊入机坑就位,本文件13.4.5规定:转轮恒压腔严密性试验可在机坑内待叶片安装完成后进行,不推荐先在安装间作恒压腔严密性试验后再吊入机坑组装叶片。

(4)卧式机组轴线状态与立式机组不同,而灯泡贯流式机组通用的轴线形式为发电机转子和水轮机转轮均为悬臂式结构,轴线状态优劣和机组运行稳定性取决于主轴和轴承的组装、安装和调整等多方面因素,应注意满足本文件13.3.3~13.3.6、13.6.1、13.6.2、13.6.3、13.6.5、13.6.6、13.11.1、13.11.2各 条 要求。其中除注意轴线盘车摆度、机组各部间隙、气隙外,还应按照13.11.6~13.11.9要求控制受油器安装调整精度,严格避免运行中常见的受油器轴瓦磨损现象的发生。

(5)关于灯泡机组的定子安装。定子吊入后其机座安装在内管形座法兰面上,制造厂考虑灯泡体充水后的上浮变位,往往在机座下游侧法兰加工有一定倾斜角或偏心,以保证定、转子气隙的均匀。13.9.2规定:对于有倾斜和偏心结构的定子,定子机座下游侧与管形座组合螺栓孔的分布圆与定子铁心内圆中心线的偏心或倾斜角应符合设备技术要求。安装时应注意偏心或倾斜角的方位。定子吊装和翻身应注意防止变形,定子套装转子后,调整定子与转子之间的空气间隙时,需兼顾上下游的间隙值,如前所述,使各间隙与平均间隙之差,不超过平均间隙的±8%(13.11.3)。定子、转子轴向磁力中心的调整应以转轮叶片轴向中心线为基准,根据主轴上游法兰、内管形座上游法兰的轴向位置,定、转子铁心实际尺寸,计算确定定、转子轴向磁力中心的位置偏差。当定子铁心长度小于1.5 m时,定子、转子的磁力中心偏差应小于±1 mm;当定子铁心长度大于1.5 m时,定子、转子磁力中心偏差应小于±1.5 mm(13.11.4)。

(6)灯泡贯流机组油系统安装完成后,按照13.12.4、13.12.5要求,应进行油循环试验,高位油箱、低位油箱、轮毂油箱、漏油箱、各流量变送器、流量开关等均应参入循环运行,油量调整应满足各轴承的冷却和润滑要求。高压油顶起装置系统应进行高压顶起试验,系统压力、顶起高度、出油量应符合设备技术要求。这是保证灯泡贯流机组各部轴承冷却、润滑到位,防止轴瓦烧损的安装基本规定。高压油顶起装置的辅助直流电源应可靠。

3.8 关于调速系统安装与试验

(1)根据水电站近年来调速系统使用油压设备的发展现状,新文件8.1.7增加了蓄能器式油压装置整定的相关要求;并对调速系统使用油压等级进行了补充调整。 压力油罐式油压装置、蓄能器式油压装置的溢流(安全)阀、工作油泵压力信号器、备用油泵压力信号器的调整应按表19、表20的要求执行;对连续运转的油泵的整定应按照表19中工作油泵整定值的要求执行;并对间歇运行的油泵启动间隔时间作了规定,旨在于控制和评价整个操作油系统的自然泄露量(8.1.9)。

(2)水轮机油压装置安装详细要求可按照制造厂技术文件规定、调试试验方法可参见GB/T 9652.1、GB/T 9652.2、DL/T 496等有关规程,也可参考工业液压传动或液压操作系统的油压装置安装调试规定。本文件8.1的内容亦适用于水轮机筒形阀、主阀液压操作系统的安装与调试,相关章条略去重复内容。

(3)调速器安装分为机械柜安装调整和电气柜安装调试二部分,总体要求与DL/T 496、DL/T 563相一致。其中电气调节器的特性及其可调参数:永态转差系数bp、调差率ep、比例增益Kp、积分增益Ki、微分增益kd(或暂态转差系数bt、缓冲时间常数Td、加速时间常数Tn)、开度给定、频率给定、功率给定的调节范围均应统一符合DL/T 496的规定,这项原则符合现场安装工程实际。 现代水轮机电液调节系统调速器机械柜、电气柜安装就位后,柜内元件、部件检查、通电测试、静态调整均在设备制造厂家现场工程师主导下完成,依据的是水机调速器行业的专业规范和标准,故本文件修订将8.2、8.4有关调整试验的内容尽量与水机调速器行业的专业规范和标准一致。

(4)新文件8.2.9~8.2.13增加了纯机械过速保护装置、导叶接力器分段关闭装置、接力器行程位移传感器、机组测速装置现场安装调整要求。纯机械过速保护装置动作转速与整定值之间的误差应不大于2%是基于对大量纯机械过速保护装置的出厂整定值与现场过速试验实际动作值的偏差统计数据而规定的,超过2%将要回厂重新调整,误差限值定得过低似乎要求高,但一旦超出而现场又不能调整将引起交接争议,这也是此规定的原因。故限定2% 是合理、也是安全的。

(5)调速系统充油及现场试验在新文件8.4中分为二部分规定。

系统充油必需在系统管路、管件彻底冲洗合格后进行,调速系统管道的冲洗,应按专用技术文件要求进行,油质满足GB/T 11120的清洁度要求;可临时加装过滤精度为20 μm的滤网,滤去并清除系统内残存的机械杂质。充油操作按8.4.1执行。水轮机筒形阀、主阀液压操作系统的充油操作亦可参照。

调速系统现场试验条文编写按如下原则:①仅涉及调速系统现场试验。现场试验按照 无水/静水试验、动水试验编写,不提“无水调试”、“有水调试”的概念;②条文排列次序要符合设备现场试验程序和逻辑顺序;(3)主要条文内容与GB/T 9652.2、DL/T 496、DL/T 563、DL/T 1818的规定尽量相一致;(4)8.4.2无水/静水试验规定了主要项目操作和要求,8.4.3动水试验按照随机组启动试运行试验步骤,仅列出要进行的试验项目,项目具体操作和要求在文件第16章的相应条文(16.3.2、16.3.4、16.4.4、16.4.7、16.4.8、16.4.11)中规定。针对不同机组形式调速系统试验还可以参照DL/T 507、DL/T 827、GB/T 18482专项规程的要求进行。涉网试验应符合DL/T 1245、DL/T 1800、DL/T 2194的规定。

(6)传统试验中,在蜗壳无水条件下,作调速器事故低油压关机模拟试验时,规定记录事故低油压关机压力罐的压力和油位下降值;新文件与DL/T 563取得一致,即记录事故低油压关机过程完成后的压力罐/蓄能器的剩余压力和油位值。剩余压力不低于DL/T 563规定的最小压力值PR,PR定义范围为额定压力的0.5~0.75,该压力为保证接力器关闭所需的最低压力,亦称最低要求油压;同时规定:保证最低油位的油面比出油管管口高出2倍以上的出油管管径。这样规定或更清晰一些。至于调速器事故低油压是指按设备技术要求由制造厂设计选定的使机组紧急关闭的油压装置压力罐/蓄能器的供油压力PT,PT>PR。

(7)新文件16.3.2 c),将调速器空载扰动试验的要求改写为:“机组空载工况自动运行,施加不小于额定频率±4%阶跃扰动信号,录制机组转速、调节时间等的暂态过程的动态调节性能应符合DL/T 563的规定”。±4%阶跃扰动信号较原标准的±8%规定有所调整,即为±2 Hz。实践中按48 Hz—50 Hz或50 Hz—48 Hz;50 Hz—52 Hz或52 Hz—50 Hz阶跃扰动均可;48 Hz—52 Hz或52 Hz—48 Hz大扰动已经少用。但调节系统的动态调节品质必须符合DL/T 563的新规定,新规定引入了频率变化衰减度、调节时间Tp的概念,至于超调量、扰动量、波动次数的概念不变。此规定似乎有点太理论化,不方便实用,安装单位参入调试时应注意。

(8)机组带负荷运行中的调速器试验包括:带负荷运行、甩负荷试验、涉网试验、工况转换。

1)带负荷运行:见16.4.7;若涉及孤网运行,则另行规定;

2)甩负荷试验:16.4.4 b) 规定了机组甩负荷时调速器的调节性能。其中:甩25%额定负荷时,测定接力器不动时间,应不大于0.2 s;对于主配压阀直径大于200 mm的不大于0.3 s,是新规定;甩100%额定负荷时,校核导叶接力器关闭规律和时间、检查导叶分段关闭情况、检查转桨式或水斗式水轮机协联关系很有必要。

3)涉网试验:符合DL/T 1245、DL/T 1800、DL/T 2194的规定;

4)工况转换:按GB/T 18482规定的程序和要求进行。

3.9 关于筒形阀、主阀安装与试验

(1)筒形阀安装试验

20世纪90年代,自我国漫湾水电站首次应用水轮机筒形阀后,20多年来该结构型式的关断水流设备得到水机界的认可与广泛采用,新文件补充了相应的安装试验内容。

筒形阀筒体组合焊接质量,尤其是筒体导向板及固定导叶的导(向)轨(道)垂直度、圆度是筒形阀能正常起落运行的安装要素之一。5.7.1规定:筒体组合焊接后,在自由状态下筒体外圆圆柱度、上下端面平行度、筒体垂直度应符合设备技术要求,测量筒体导向板及固定导叶的导(向)轨(道)垂直度、圆度,垂直度偏差应不大于0.10 mm/m,圆度误差允许为各半径与设计值的偏差不大于±1.5 mm;筒体的焊接应按设备技术要求进行,焊缝检验宜用UT法和MT法;接力器及附属管路和阀门应进行整体油压试验,试验应符合本文件调速系统相应条文的规定。

文件5.7.2要求:筒体安装后,各导向板与导轨之间间隙应均匀,与设计间隙偏差应不大于0.5 mm;同步机构控制各接力器行程不同步偏差不大于全行程0.5%,实践中控制最大不超过0.7%,这是保证筒形阀能正常起落运行的又一安装要素。要检查筒形阀在全开及全关位置时的锁锭装置应可靠,锁锭装置采用液压或电磁操作的位置接点信号应正确,锁锭操作接入筒形阀操作逻辑程序应正确。对于设计有便利检修维护的筒形阀结构,无水时,在任何开度下,检查操作筒形阀筒体手动锁锭装置均能可靠锁锭,其投入、拔出位置指示正确。

筒形阀的试验,包括无水、静水和动水试验,试验项目、要求与水轮机主阀试验类似。当筒形阀作为机组防飞逸措施时应进行动水关闭试验。动水关闭试验可包括机组空载、25%负荷、50%负荷、75%负荷和100%负荷的工况,试验宜在额定水头及以上进行。应注意筒形阀下落接近全关闭时,各接力器活塞下腔油压上升和波动值,宜在试验前预估计算并确定相应限制值。试验前,应制定试验大纲和事故应急预案;试验结束后,应对筒形阀及其附属设备进行检查,不应有任何有害损伤;

设计有机组机械过速保护与筒形阀关闭联动逻辑程序的,应在模拟试验的基础上按设计技术文件要求进行联动试验。

(2)水轮机主阀安装试验

水轮机主阀是水轮机的附属设备,可逆式水泵/水轮机球阀更是机组的主要附属设备。

1)蝴蝶阀(以下简称蝶阀)的密封有充气式橡胶密封、实心橡胶密封和实心橡胶+金属密封的双密封等三种结构型式,金属密封作为检修密封安装在阀板的上游侧,安装前的密封检查对保证蝶阀的使用效果十分重要, 9.2.1、9.2.3提示应按照设备技术要求对密封进行检查;密封安装后在活门关闭状态下,充气橡胶密封与阀体密封面应无间隙、实心橡胶密封或金属密封应满足漏水检查要求。9.2.4规定了蝶阀安装时的要求,其中,活门轴孔的横向中心与管道水流中心线的偏心值及偏心方向(高度方向)应符合设备技术要求,偏心设计值一般为30mm~50mm,偏心值的安装偏差不大于3 mm,以保证活门在关闭时水流对其产生关闭压紧力矩;

2)9.2.5规定了蝶阀工作密封水压试验标准:“在最大静水头(最大静水压)压力条件下的漏水量(包括旁通阀的漏水量),在保证期内应不超过设备技术要求及GB/T 14478的规定,………。”实际操作时,对充气式橡胶密封、实心橡胶密封均要求无漏水,对金属检修密封可比照球阀密封要求执行。

3)球阀工作密封及检修密封的密封副接触面应作严密性检查,在投入腔充入0.50 MPa~1.0 MPa水压力下(或按设备技术要求的密封投退水压力),用0.03 mm塞尺检查密封副接触情况,贯通部位总长度应不超过密封副周长的20%,否则应作加工处理;密封副的加工处理应在制造厂的指导下进行。球阀工作密封及检修密封的严密性试验亦在最大静水头(最大静水压)压力条件下进行,允许漏水量按GB/T 14478的要求控制,实际操作时,对600 m级水头、直径等于3.3 m左右的球阀,最大不超过0.3 L/min,新安装的球阀只允许少量滴漏或渗漏。

4)主阀操作与试验。新文件9.6.4增加规定了操作安全要求:球阀全关时,应检查球阀开启液压回路和密封操作回路闭锁的可靠性,即密封未退出,球阀不能开启;反之、球阀未关闭到位,密封不能投入。球阀活门全开、全关位置时的手动机械锁锭装置应可靠,锁锭强度应满足锁锭投入时在全油压开启或关闭时不应变形,即能抵挡接力器的最大操作力;活门全关位置的自动液压锁锭装置接入球阀操作逻辑程序。检修密封投入后,其机械锁锭应有防止密封退出的可靠措施。 9.7.1 g)同时规定了主阀在静水下作事故低油压动作试验的内容。鉴于近年来,在部分设备采购招标文件中,多数买方提出了“主阀应具备事故低油压关闭的能力”,本次修订,暂定:在静水下应按照合同约定和设备技术要求中的试验方案进行试验。不推荐在动水下试验。至于“事故低油压”PT压力值的确定可按设备技术要求或本文件8.1.7表19“压力油罐式油压装置的溢流(安全)阀、油泵压力信号器整定值”中的备用油泵启动下限值确定。

主阀作为机组过速保护的关键设备,应作动水关闭试验。动水关闭试验可包括机组空载、25%负荷、50%负荷、75%负荷和100%负荷的工况,试验宜在额定水头及以上进行。试验还包括与机组纯机械过速保护装置的联动,机组机械过速保护与主阀关闭联动试验应在模拟试验的基础上按技术文件要求进行,主阀应通过纯液压可靠关闭。

5)可逆式抽水蓄能机组的进出水阀(球阀)试验,除同时符合本文件9.7.1、9.7.2要求和设备技术要求外,还应按设计技术文件要求与尾水闸门进行联动试验。

3.10 关于励磁系统安装与试验

新文件将2003版9.6 “励磁系统及装置安装”上升为一章,补充了“试验要求”;同时增加了“静止变频启动装置(SFC)安装、调试试验”的内容。

(1)励磁系统设备安装参照GB/T 7409.3—2007、DL/T 490、GB 50150、GB 50168、GB 50169、 GB 50171、GB 50147、GB 50148、GB 50149、GB 50254最新标准,结合系统各组成设备制造厂家技术文件和工程安装一般规定,对励磁变压器、励磁盘、柜、磁场断路器和灭磁电阻、晶闸管整流桥晶闸管组件及风机、励磁系统电缆敷设等分类制定了安装要求。由于励磁系统设备包含有机械、电机、电气一次、电气二次、电子、强电、弱电等多专业的技术要素,故其安装要求要分别达到各自的专业标准。本文件仅取其中的主要部分。

(2)励磁系统现场试验

励磁系统现场试验条文编写按如下原则:①仅涉及励磁系统现场调试试验,不包括出厂试验、型式试验和定期检查项目。现场试验按照“静态调试”、“动态试验”编写;②现场“静态调试”按照励磁系统各组成设备分别单独列出试验项目,现场“动态试验”按照随机组启动试运行试验步骤和设备现场试验程序列项;③各试验项目的基本试验方法和要求按照DL/T 489 、DL/T 1013执行;④励磁系统经调试试验,其系统功能、各励磁调节器、晶闸管整流桥、灭磁装置、转子过电压保护装置、起励装置、励磁变压器、各专用电压、电流互感器等装置的技术要求、各部温升等均要符合并达到GB/T 7409.3、DL/T 583的规定;⑤“动态试验”的具体试验程序步骤和操作可按本文件16.3、16.4、16.5和DL/T 507、DL/T 827、GB/T 18482的要求进行。励磁系统的相关涉网试验如:机组进相、调相试验、PSS、AVC、AGC等按本文件16.4.12、16.4.13和电网的技术文件执行。

(3)励磁系统现场动态试验中的说明

机组启动试运行过程中励磁系统将逐项完成DL/T 489 、DL/T 1013规定的“动态试验”项目,达到GB/T 7409.3、DL/T 583的要求。

1)发电机空载工况下励磁系统的调整试验。在以它励方式完成发电机升流升压试验后,应顺序进行励磁调节器的零起升压、自动升压和软起励试验,励磁调节器手、自动转换、通道相互切换、阶跃稳定试验,并进行自动降压、逆变灭磁试验。尤其注意空载下,电压/频率限制试验(即伏/赫兹限制试验)、PT断线试验的合规性。

空载额定跳灭磁开关在现代磁场断路器产品条件下应属于正常操作试验,试验时录取发电机在额定电流、额定电压下的灭磁示波图,并求取时间常数。

对于空载工况下励磁系统自励电压的建立,16.3.11规定建压过程的品质:发电机空载运行,转速在0.95~1.05 额定转速范围内,投入励磁系统,使发电机机端电压从零上升至额定值时,电压超调量不大于额定电压的5%, 振荡次数不超过3次,调节时间不大于5 s。这与DL/T 583的要求一致,也是励磁系统空载下试验的重要项目。

2)发电机负载工况下励磁系统的调整试验。 16.4.4 a)规定,在机组甩100%额定负荷时,要观察自动励磁调节器的稳定性,发电机电压超调量不大于10%额定值,调节时间不大于5s,电压摆动次数不超过3次。原DL/T 583—2006规定发电机电压超调量不大于15%额定值,DL/T 583—2018不作规定,本文件根据现场实际试验统计资料修改为10%额定值,可以达到。

16.4.6 g)规定:“发电机负载下灭磁试验正常;灭磁过程中,转子绕组反向电压宜不低于绕组组装后对地耐压试验电压幅值的30%,不超过绕组组装后对地耐压试验电压幅值的50%。”此处特指“绕组组装后对地耐压试验”,非“出厂试验”,因水轮发电机的转子是在工地组装的。至于转子绕组反向电压范围是否规定得过于狭窄,将根据现场试验数据进一步与励磁专业人士商讨。

发电机处于零功率因数下的电压调差率整定范围试验、和发电机负载从额定视在功率降至零过程的发电机电压静差率测定试验,经各方面讨论,在本文件16.4.6 d)、e)中作出规定,其中发电机调压精度或发电机电压静差率测定试验,当有设备制造厂家试验报告时可为可选项。

关于励磁系统各限制、保护功能参数整定与动作正确性试验是现场动态试验的重要项目,可以参考以下操作:

①进行过无功限制试验:修改设定过励限制值,调节器工作在AVR方式,手动增磁,使得无功值增加到限制值以上,此时增磁无效,无功被限制。记录当前有功值和无功值。经延时数秒后,两套(冗余配置)调节器均报出过励限制,在过励限制报出后,两套调节器应能立即复归。

②进行欠励限制试验:修改设定欠励定值,调节器工作在AVR方式,手动减磁,发电机进相,继续使无功值减少到限制值以下,此时减磁无效,欠励限制应瞬时动作,无功被限制。记录当前有功值和无功值。欠励限制报出后,两套调节器应能立即复归。 注意欠励限制器应先于失磁保护动作。

对于某些重要发电站的大型机组,应电网或电站建设方要求,首台或后续机组涉网试验:包括一次调频、大小孤网、监控建模、AGC/AVC等,可能安排在机组甩负荷前完成,涉及调速、励磁系统的操作要求按照电网试验规定及DL/T 1245、DL/T 1800、DL/T 2194等的要求进行。

3)励磁系统欠励限制、失磁保护功能的设置将不允许水轮发电机组作失磁运行。

(4)关于增加蓄能机组静止变频启动装置(SFC)安装、调试试验要求。

根据蓄能机组大量建设发展的需要,考虑本文件标准的完整性,增加“静止变频启动装置(SFC)安装、调试试验”内容。12,3、12.4的条文逻辑编排同12.1、12.2一致。

SFC的安装同一般性组合式电气设备安装类同,均按照设备技术要求和GB 50147、GB 50148、GB 50149、GB 50150、GB 50168、GB 50169、GB 50171、GB 50254的系列要求执行 。SFC的调整试验分为现场静态调试和现场动态试验,现场试验项目、试验方法应符合设备技术要求和GB 50150、GB/T 18482、GB/T 32899的规定。

3.11 关于发电机电气试验过程中的“电晕”标准

新文件对2003版发电机电气试验过程中的“电晕”判别标准作了较大修正。

原标准表38序号5说明(4)作如下描述:“耐电压时,在额定线电压下,端部应无明显的金黄色亮点和连续晕带。当海拔高度超过1 000 m时,电晕起始试验电压值应按JB/T 8439进行修定”。 该条文本身有引用之误,SD 287—88《水轮发电机定子现场装配工艺导则》7.13.6.4为“应无明显的晕带和连续的金黄色亮点”。金黄色亮点可以有发生,但不能连续;晕带不应产生,更不能明显。该标准被GB/T 7894—2009《水轮发电机基本技术条件》、GB/T 7064—2008《隐极同步发电机技术要求》 4.10.4及—2017版 4.9.4以及DL/T 5420—2009版《水轮发电机定子现场装配工艺导则》11.3.4所采用。

技术发展至今,绝缘防晕处理技术已有明显的进步,本文件该条文经各方讨论修订为:“耐压时,在1.0倍额定线电压下,端部应无可见晕带或金黄色亮点。可用紫外成像装置辅助检测”;并补充对“单根线棒或线圈起晕电压应不低于1.5UN,在此电压下,沿被试线棒表面不应出现可见晕带或金黄色亮点;”的要求;总体要求提高一层。

删除“当海拔高度超过1 000 m时,电晕起始试验电压值应按JB/T 8439进行修定”的规定。其原因是试验工作本身就在当时当地海拔高度下进行,不必再作修正。此条仅对线棒或绕组出厂试验时电晕起始电压值的确定有效。

3.12 关于发电机定子绕组交流耐压标准

定子绕组安装工艺过程中交流耐压标准沿用2003版规定,以条式线棒为例,分别为嵌装前:2.75UN+2.5;下层线圈嵌装后:2.5UN+2.0;上层线圈嵌装后(打完槽楔)与下层线圈一道:2.5UN+1.0(UN—发电机额定线电压)。讨论研究中提出:按IEC CDV 60034-33 新规定,上述指标应分别为:2.0UN+5.0、2.0UN+3.0、2.0UN+2.0。而 定 子 绕 组 整体交流耐压试验电压为2.0UN+1.0。GB/T 7894—2009《水轮发电机基本技术条件》按2.0UN+1.0规定。 由于有较大分歧,该条拟在业内由设备制造、设计、用户各方进一步讨论、并对照国际标准来确认。本文件修订至今,暂按“在工地装配的定子,当额定线电压为24 kV及以下时,试验电压为2倍额定线电压加3 kV”要求规定,届时再作修正。

新文件增加了上层线圈嵌装后(打完槽楔)与下层线圈一道耐压的补充规定:若因线圈本身结构原因,导致上层线圈嵌装后(打完槽楔)无法分组进行耐压试验时,可以不进行此过程的耐压试验或按交流耐压试验值的1.7倍进行直流耐压。

另一表述: 若因线圈本身结构原因,导致上层线圈嵌装后(打完槽楔)无法分组进行耐压试验,可以不进行此过程试验。对于额定电压在6 kV或以上的机组,当工频试验设备容量不满足要求时,经过协商,也可以对上下层线圈采用1.7倍的交流耐电压值进行直流耐压试验。上述规定在国际工程中常用,但在我国内工程中未见采用(此条依据IEC60034-1:2017 9.2 Withstand voltage test)。

3.13 关于机组运行振动标准的允许值

按本文件编制原则-实用性、先进性要求,修改了“水轮发电机组各部位振动允许值”,见16.3.1e)表44,与DL/T 507—2014取得一致。

行业内有关水电机组运行振动标准较多且规定方式多样;国际上现已颁发ISO 20816-5:2018 机械振动 机器振动的测量和评定 第5部分:水力发电和抽水蓄能电厂机组(Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine vibration — Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pump-storage plants),该 标 准 替 代 了ISO 7919-5-2005(GB/T 11348.5-2008)旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第5部分:水力发电厂和泵站机组 和ISO 10816-5-2000(GB/T 6075.5-2002)在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第5部分:水力发电厂和泵站机组。其规定为不同机型、不同运行出力工况下机组指定部位振动、轴振动(摆度)的要求值。其中转轴振动(摆度)量用振动位移Sp-p表示、固定部件振动量用振动速度均方根值Vrms表示。并且与机组转速无关。

对于此现状,本文件的编写权人仅说明如下:

(1)本文件修订乃沿用88版、2003版的振动允许值表达方式,以振动位移Sp-p表示量值、按转速分级;转速大于300 r/min机组,根据使用者需要或验收规定,可参照ISO 20816-5:2018或其他技术文件以振动速度均方根值Vrms考核;但注意这些标准中有运行工况限制要求;

(2)本文件修订不涉及对第三方相关标准的评价,也不妨碍使用者对第三方相关标准的按需采用;

(3)按机组启动试运行的要求作此形式的振动标准规定是符合工程实际需要的;该标准不是科研工作的文件,不必作理论推理或作为理论研究依据;机组投入商业运行后,所遇工况较试运行期间更多样化,可根据相关规定和进行机组稳定性专项试验来解决振动评价问题;

(4)本“水轮发电机组各部位振动允许值”经88版、2003版使用至今已有30多年,期间,除部分档位标准略有修改、提高外,并无实质性变动。实践证明按此标准验收的机组满足使用要求,包括1 000 MW的巨型水电机组,其振动品质甚至高于本标准的规定,这是技术进步的结果;

(5)本标准的表达方式与当今业内普遍采用的“水轮发电机组在线监测装置”(本人也是GB/T 28570—2012的制定者)的人机界面一致,使用方便灵活;

(6)对可逆式抽水蓄能机组在水泵工况下的振动标准,可另行规定;其中水泵零流量工况至抽水工况造压过程、工况转换过程的机组振动不在本文件的规定范围内。

3.14 关于机组试运行中的有关标准要求的修订

(1)重申补充了机组运行各部振动限制的要求,见16.3.1e)表44。振动限制与机组转速有关,限值覆盖除过速运行以外的各种稳态运行工况,详见上述3.13条解释;对调速器空载扰动试验、机组带负荷、甩负荷试验、非单元引水输水方式布置的电站,同一引水系统中各台机组甩负荷试验方式作了修改说明,均为工程实际中已采用的试验方法和验收标准;

(2)补 充 了“发 电 机 升 流、升 压 试 验”(16.3.7~16.3.10)内容、增加了“机组进相试验”(16.4.12)、“机组及主变的发变组短路热稳定试验”(16.3.15)、“机组涉网专项试验”(16.4.11)、“可逆式抽水蓄能机组各项试验”(16.5)等内容(注:机组涉网试验完成后进行甩负荷,然后进行额定负荷下的热稳定试验,停机后,再进入72 h)。

提出:

1)根据发电机的空载特性和短路特性求取发电机的直轴同步电抗的非饱和值xd和短路比kd;

2)根据稳态升流试验结果校核发电机设计短路特性曲线;

3)根据升压试验结果校核发电机设计空载特性曲线;

4)根据进相试验结果校核发电机功率圆图和“V”型曲线;

5)额定负荷下的热稳定试验可在机组甩负荷试验完成后进行,根据热稳定试验记录的主变低压侧电压和发电机电流,换算主变高压侧短路的阻抗电压值等要求。

以上旨在于提高安装试验成果的技术深度和校核设备的设计计算精度,与GB/T 1029—2021相关内容一致。

(3)增补可逆式抽水蓄能机组试运行试验(16.5)的各项试验项目、基本要求和相关规定,与GB/T 18482—2010取得一致。本文件作为水电机组安装、调整、试运行的基础标准是GB/T 18482的总指导文件,详细操作规定应按后者要求执行。今后近二个“五年计划”内我国抽水蓄能电站还将大规模建设,执行十多年的GB/T 18482(本人也是该标准2001版、2010版的制定者)也应及时修订了。

4 采用国际标准和国外先进标准情况

4.1 关于采标

本文件修订过程中参考、参阅了国际与先进工业国家有关水电设备的安装、试验标准,如:ISSN 0285—5208水力发电所机器据付检查基准 日本电气协同研究会-水力发电所机器专门委员会 第65巻 第4号、 IEEE 1095-2012 IEEE Guide for the Installation of Vertical Generators and Generator/Motors for Hydroelectric Applications、 IEC 60034-33、 ISO 20816-5:2018等(见文件中的“参考文献”)。这些标准在国际市场中按用户需要和合同规定的范围内使用。

国际标准的编制通常按机械、电工、电子等行业分类,以国际标准化组织或某国家标准的权威机构颁发,其间还使用机电产品的生产厂家标准。自有水电安装行业以来,国际上尚未出现过针对水电机组安装的综合性、系统性的独立标准。为数不多的国际专业标准涉及面或仅限于发电机、或水轮机、或机组本体,但不包括重要的附属设备和辅助设备,而且均不包括启动试验等内容,难以系统全面地指导水电机组及相关附属设备的安装施工与验收。在国内及我国在外工程中极少采用或只能部分针对性地采用。

本次修订,无论在文件结构内容上、还是在技术要求上均对原标准作了较大的变动和更新,吸收我国现时最前沿成熟的安装技术和引进设备的技术指南,旨在确立更加全面、严谨的水电机组安装标准体系和合理的、规范的技术指标,使文件具有可操作、实用的不可替代的特征,以适应新时代的水电建设,促其功能得到有效发挥,并更好的促进国际贸易、交流及技术合作。

4.2 关于与 IEC 63132—2020的关系

IEC 63132 :2020 Guidance for installation procedures and tolerances of hydroelectric machines 水力机械安装程序与容差 是IEC关于水力发电机械安装程序要求的一项系列标准。目前包括“总论”、“立式发电机”、“立式混流式水轮机和水泵/水轮机”、“立式轴流转桨式和定桨式水轮机”四项。该系列文件已由全国水轮机标准化技术委员会归口主持,相关单位翻译,拟编写国家标准,属“等同采用—idt”。GB/T 8564的修订将不以该系列标准为参考依据,不存在“非等效采用—neq或修改采用—mod”,仅作为参考文献,在修订时提供或检查文件之间是否存在偏差或是否存在不一致性程度问题。

国际水电机组安装、验收是否以本文件为准则由使用者或具体合同责任确定。

5 贯彻标准的要求和措施建议

由于本文件体系严谨、内容全面、专业涉及面广,建议中电联和相关标委会定期组织标准的宣贯,起草工作组将对标准的条文进行解读宣贯。

6 结语

一个水电站的建设,不论其投资多么巨大,规模多么宏伟,涉及的地质条件多么复杂,施工多么艰巨、其最终的目标必定是安装发电设备并让其安全稳定地运行,以电量送出的多少和电站调洪、调峰、蓄能能力大小来衡量工程最终的经济与社会效益。GB/T 8564在这一实现工程经济社会效益的环节中起到了重要的作用。

GB/T 8564适用于我国和国际上各类型水轮发电机组及其附属设备的安装、调试和试验,是系统性规范所适用对象安装及验收的技术文件。文件前期基础标准为《电力建设施工及验收技术规范(水轮发电机组篇)》(SDJ 81-79),作为电力建设施工及验收系列标准之一,1979年由水利电力部颁发,使用到1988年。1988年上升为国家标准,正式定名为GB 8564—88《水轮发电机组安装技术规范》;2003年作第一次修订,改为GB/T 8564—2013《水轮发电机组安装技术规范》。

从1979年至今,伴随国家改革开放40多年来,我国水力发电事业取得了举世瞩目的成就。如本文前言所报告的,遵循该标准的规范和指导,我国又安装投产了330 GW各型水电机组,水电装机容量增长了11倍,其中包括700 MW~1 000 MW巨型水轮发电机组和一大批300 MW~400 MW级的抽水蓄能机组,标准在我国全行业水电设备安装、运行维护、检修、试验和交接验收中发挥了不可代替的作用,其技术影响和规范可引用性涉及到产品标准、设计标准和教学领域。

在GB/T 8564的统筹下,依托该标准建立起的安装标准体系,已衍生编制颁发了各种型式水轮发电机组、各机组部件、组件的安装、检修、运行维护、试验、在线智能监测等国家、行业标准近40多项,在规范行业标准化体系和指导工程建设中起到了很好的促进作用。

以上种种说明了GB/T 8564这项国家标准的产生历史、在行业中的地位和作用。新修订的文件共十六章、八项附录,近千条经过验证的技术要求和规定,涵盖了水电机组(生产清洁能源的重大装备及国家重器)的安装、调整、试验、启动运行的方方面面,每一条明确的可操作的规定都有实践作支撑。本文件是中国水电机电工程师、技术工人、技术管理人员、领导干部70年来工程实践经验的总结和结晶,是大国工匠精神的具体体现,是中国水电机电安装技术位于世界前列的象征,是中国技术严谨不苟的集中代表,是中国水电建设者集体的智慧。应该向他们致敬!

作为主持修订文件条文的负责人,感谢本文件修订小组全体成员的负责精神和辛勤劳动,他们结合二、三十年来或半个多世纪来自身机电安装工作的实践经验和体验,对标准的修订多次提供了整章或整条的修订初稿和说明,没有小组成员的付出,就没有现在文件的成果;也感谢所有在本文件初稿、初稿咨询、征求意见稿、送审稿编制阶段为本文件提供咨询、编写素材、参考资料、标准化格式、乃至整条、整章、整篇完整修改意见的业内专家,是他们的热心关爱和支持,坚定了我继续克服年迈等客观不利因素,将工作善始善终完成的信心。

在此感谢:刘明江、牟官华、陈强、江小兵、王启茂、赖真明、刘和林、曾洪富、张晔、莫文华、吉振伟、赵 华、王树民、周建新全体编写小组成员。感谢汪毅、刘公直、曾明富、蒋登云、吴金水、成德明、唐凤娇、王生瓒、张瑜、孙德召、林有清、王宪平、张天鹏、许和平、潘罗平、刘晓波、孙帆、乔中军、何文才、张行明、邵永斌、陈钢、邓双学、王耀辉、朱玉良、李林扬、王军、杨富超、徐爱军、余维坤、吴广秀、谢荣复等专家及水电自动化标准化技术委员会、水电十局、十一局、十六局技术中心。

注:GB/T 8564(第二次修订)的送审稿、编制说明、意见处理汇总表业已完成,鉴于新冠疫情影响,送审稿审查方式及相关工作暂难以确定,今应业内关心该标准修编情况人士的要求,暂将标准修订中的主要技术信息予以简要介绍,今后仍以正式颁发的文件为准。

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