作者：趙顯忠 曾洪富

　　摘要：本文對龍灘水電站安裝的最大容量等級的全空冷式水輪發電機組結構特點及安裝要點進行了介紹。

　　關鍵詞：龍灘 全空冷 安裝

　　龍灘水電站是紅水河上一個具有防洪、發電、航運等作用的特大型水電工程 。電站設計安裝9台700MW全空冷式水輪發電機組，首期安裝7台，機組均安裝於世界最大的地下廠房內，單機容量同三峽電站水冷式發電機組並列全國第一，同時也是世界上最大容量的全空冷式水輪發電機組，其主要製造商均為國內廠家，發電機為哈爾濱電機廠生產，水輪機由東方電機和VSS聯合製造。

　　一、 結構特點

　　水輪發電機組主要技術參數如下：

1、 水輪機技術參數：

　　水輪機型式 立軸混流式

　　轉輪名義直徑 7.90m

　　最大水頭 179m

　　最小水頭 97m

　　額定水頭 140m

　　額定轉速 107.1r/min

　　飛逸轉速 214r/min

　　比轉速 188.0mkW

　　額定出力 714MW

　　最大出力 790MW

　　額定流量 531m3/s

　　旋轉方式 俯視逆時針

　　蝸殼型式 金屬蝸殼

　　單台水輪機總重 約2255t

　　2、 發電機技術參數：

　　機組型式 立軸半傘式

　　額定容量（MAV）/ 額定功率（MW） 777.8/700

　　定子結構型式 定子機座分6瓣，現場拚焊整圓、疊片、下線

　　額定電壓（kV） 18

　　轉子繞組絕緣等級 F

　　定子繞組絕緣等級 F

　　額定轉速 107.1r/min

　　額定功率因數 0.9

　　額定頻率 50Hz

　　滅火方式 水噴霧滅火

　　相數 3

　　飛輪力矩 220000t•m2

　　勵磁方式 微機自並激可控矽整流勵磁

　　定子重量約 760t

　　轉子重量約 1618t

　　發電機總重約 3028t

　　推力軸承冷卻方式 外循環水冷卻

　　潤滑油牌號 L-TSA46號透平油

　　推力軸承負荷 約3600t

　　製動方式 機械製動

　　定子鐵芯內徑 15000mm

　　轉子直徑 14932mm

　　發電機空氣間隙尺寸 34mm

　　發電機冷卻方式 全密閉循環空氣冷卻

　　3、主要設備結構特點

　　1) 蝸殼

　　蝸殼平麵尺寸為25.4m×22.45m，進口尺寸φ8700mm。每台套重約523t（不含內支撐），單節最大尺寸：8700mm×3161mm，單節最大重量40t(不含內支撐)。每台套蝸殼36節，包括蝸殼進口段4節（其中直管段3節，收縮段1節），蝸殼本體段共32節,（包含4個安裝湊合節，在出水端留有100mm配割餘量，湊合節以瓦片狀態交貨），其中蝸殼本體段尾部兩節和大舌板隨座環在製造廠裝焊，其餘30節均在工地下料、卷製、組焊完成後以管節狀態交貨。蝸殼材質為SUMITEN 610F高強度低合金調質鋼，母材最大厚度為74mm，最小厚度為31mm。蝸殼設計為在不考慮與混凝土聯合受力的條件下，單獨承受最大內壓（含水錘壓力），蝸殼上半部外表麵設置彈性墊層，同時設置排水的設施。

　　2) 座環

　　座環共分4瓣到貨，在工地進行組裝、安裝。座環最重一瓣帶大舌板和蝸殼鼻端，總重約為68T，其它各瓣重約55T，組焊後總重量約為235T。座環本體最小內徑為φ8010mm，最大外徑為φ11920mm，總高約3400mm，分別由上下環板、固定導葉、上下過渡板、底環基礎板、上下基礎環桶、大舌板、蝸殼鼻端、座環鋼支墩和導流板等部件組成。上、下環板厚200mm，材質為HITEN610-Z35。

　　3) 轉輪

　　轉輪總重260噸，轉輪D1a為7906mm, 最大直徑8082mm，總高5278mm。轉輪采用“X”型葉片，共13張，單張葉片重量為10265kg。轉輪上冠、下環及葉片均采用馬氏體不鏽鋼ASTM A743 CA6 NM。由於運輸條件限製，合同規定龍灘700MW水輪機的轉輪在現場建設車間進行製造，上冠、下環及葉片分件運至工地轉輪車間進行組焊、熱處理、精加工、靜平衡等工序後運至廠房安裝。

　　4) 導水機構

　　導水機構包括底環、頂蓋、導葉、導葉傳動機構、導葉端麵密封、抗磨板等部件。底環、頂蓋各分兩瓣到貨，底環組裝後總重約45.5t，最大直徑為φ9790mm，沿圓周布置24個導葉下軸套；頂蓋組裝後總重約198t，最大直徑為φ10200mm。頂蓋內設有導葉安裝的上軸套和中軸套。導葉高度為1798.8mm，不鏽鋼整體鑄造結構，同時采用剪刀形立麵間隙設計，有助於導葉開啟。導葉設三個支撐軸頸，軸承為自潤滑材料，分別置於底環和頂蓋上的導葉軸孔內。

　　5) 定子

　　機座主要由16個斜立筋、8層環板組成，機座在圓周方向分為6瓣運至工地進行組圓焊接；機座外徑φ18441mm，高6205mm，總重約120t。

　　定子衝片由0.5mm厚的V250-50無取向矽鋼片衝製而成，定子鐵芯疊裝高度為3300 mm， 鐵芯內徑φ15000， 鐵芯外徑φ16090mm，重約492t。定子鐵芯沿軸向共分布70個徑向通風溝，通風溝高度6mm，每段鐵芯高40.5mm。

　　定子鐵芯上、下齒壓板均采用非磁性壓指，下齒壓板留10mm工地配加工餘量，到工地根據機座下環板的實際情況配加工，然後焊在機座下環板上。

　　定子槽數為624，8並連支路，“Y”形連接，槽節距1-14-23。定子繞組采用雙層條形波繞組，F級絕緣， 繞組在整個定子鐵芯長度上采用333°換位，以減小股線在槽部漏磁場中不同位置產生循環電流而引起的附加損耗和股線間溫差。

　　定子嵌線時，定子線棒包半導體無紡帶，電氣自粘帶和半導體矽橡膠， 使線棒與槽配合緊密，消除電暈對繞組絕緣的腐蝕。槽楔下墊0.1-1.5不同厚度墊條，槽楔包括主槽楔和副槽楔，在主槽楔和副槽楔之間墊波紋板，在工地打緊副槽楔。

　　定子線棒上端有一道端箍，下端有兩道端箍，端箍無支架支撐，用φ50玻璃絲繩注複合樹脂固化而成。

　　6) 轉子

　　轉子支架為斜立筋圓盤式焊接結構，分為1個中心體和7個外環組件在工地組焊成整體。在工地組焊成整體時沒有環焊縫。轉子支架共有28個主立筋和副立筋，副立筋有10mm的工地配加工餘量，根據轉子支架在工地焊接的實際情況加工副立筋，然後裝焊在主立筋上，從而保證副立筋上的鍵槽與磁軛鍵槽對應精確。

　　磁軛由上下壓板、衝片和拉緊螺杆、螺母等組成。磁軛與轉子支架采用徑向、切向複合鍵連接結構，徑向鍵為凸鍵，用墊片調節熱打鍵緊量，磁軛的分離轉速為1.4倍額定轉速。切向鍵為兩個小鍵，它可以補償支架立筋鍵槽與磁軛之間的公差。

　　發電機采用無風扇結構。為保證磁軛的通風，在磁軛疊片時沿圓周方向每層形成19個12x230mm的徑向通風隙，通風隙沿整個磁軛表麵均勻分布。

　　磁極鍵采用成對的鋸齒形結構，由2mm厚的NKHA780鋼板衝製而成，用螺栓把合成整體，這種磁極鍵斜率大，適合長鐵心磁極，打鍵容易。

　　發電機采用旋轉擋風板，擋風板的材料是環氧酚醛玻璃布板，分別擋在極間和極靴處，這種擋風板結構安裝簡單，調整氣隙方便。

　　7) 軸承

　　推力軸承布置在下機架中心體上部，共有18塊推力瓦。推力瓦由薄瓦和厚瓦組成，薄瓦有4mm厚的鎢金層，薄瓦通過一些不同直徑和不同彈性的垂直銷釘支撐在厚瓦上。發電機組推力負荷為3600噸。每塊推力瓦的平均壓力4.52Mpa，最小油膜厚度45μm。推力軸承支撐包括托盤、壓縮柱及錐形支座等部件。托盤位於厚瓦與壓縮柱之間，壓縮柱頂麵是球麵，中間通過一段M120的螺紋與錐形支座相連。壓縮柱中心加工有7.5的通孔，裏麵裝有測量杆。推力軸承采用外加泵外循環潤滑冷卻係統。在下機架支臂處布置6個油冷卻器，潤滑冷卻係統有2個油泵，一個運行，一個備用。推力軸承設高壓油頂起係統。

　　導軸承由導軸承瓦，滑轉子，油冷卻器及油密封係統等部件組成。上導軸承布置在上機架中心體內，下導軸承布置在下機架中心體內。上導軸承有16塊巴氏合金瓦，下導軸承有12塊巴氏合金瓦。導軸承為自潤滑內循環係統，采用半環式油冷卻。導軸承瓦的支撐為鍵支撐結構，鍵留有加工餘量， 導瓦與滑轉子的間隙通過測量並配加工鍵的厚度來保證。

　　8) 通風冷卻方式

　　發電機采用密閉自循環徑向雙路端部回風無風扇的通風係統，即定子鐵芯、定子繞組及轉子繞組均為空氣冷卻。在定子機座外壁均勻地分布16個空氣冷卻器。每個空氣冷卻器的容量是720kW。

　　9) 軸線結構

　　發電機主軸采用鍛鋼20SiMn，下法蘭與水輪機軸連接，利用22個銷釘螺栓聯接，法蘭分界麵高程為221.7m。上部與轉子支架連接。轉子支架與主軸在工地聯軸檢查後同鏜，用21個聯軸螺栓和定位套筒連接。
頂軸由鍛鋼20SiMn製成，下法蘭與轉子支架連接，在頂軸的上部安裝集電環。上導滑轉子熱套在頂軸上，在上導滑轉子和頂軸之間設有絕緣，防止軸電流。

　　二、機組安裝主要技術方案

　　1、水輪發電機組安裝主要流程見附圖1

　　2、水輪機安裝

　　水輪機安裝主要包括了埋件安裝、座環工地加工、導水機構預裝、轉輪聯軸吊裝、導水機構安裝調整、密封安裝、水導軸承安裝等步驟，安裝過程中主要控製了以下幾個要點：

　　1) 埋件安裝

　　為減少安裝與混凝土施工的幹擾，改善座環組裝焊接條件，座環到貨後根據現場條件安排在安裝間進行組裝、焊接，整體吊入機坑安裝。

　　蝸殼無損檢測采用200%超聲波探傷後進行射線探傷的方式，射線探傷比例最初按照設計要求環縫20%，縱縫100%進行，完成了1#機2/3以上射線探傷。因板材較厚，探傷采用的Υ射線具有較強的輻射，對其他工作麵施工影響較大，結合已完成射線檢查結果，對射線探傷比例按照GB8564進行了修正，將射線探傷比例改為環縫不少於10%，縱縫不少於20%，主要檢查丁字、十字接頭部位。在滿足了施工質量的情況下，減少了地下廠房施工幹擾。

　　2) 座環加工

　　座環加工主要控製點在於各法蘭麵的平麵度和開襠尺寸，平麵度主要通過調整工地加工銑床轉臂的水平，在加工前回轉一圈檢查其軸向跳動不超過0.10mm。在座環上下法蘭之間開檔尺寸控製上，綜合考慮了導水機構各設備實際加工尺寸、設計端麵總間隙、溫度變化對部件尺寸的影響、水輪機設備安裝後頂蓋可能產生的下沉等綜合因素，計算出現場所需加工尺寸。

　　3) 導水機構安裝

　　根據龍灘導水機構設計特點，導葉立麵間隙下部為0，上部為0.70mm，在安裝過程中導葉立麵存在較小的楔形間隙，最終通過壓緊行程和充水後形變促使導葉立麵完全密合，在間隙調整過程中，首先調整24片導葉底部間隙密合，再按斜率分段檢查以上部位的間隙值，對不符合要求的部位進行精磨，以達到設計要求。通過施工過程中的精心調整，首台機組在充水過程中進行了導葉漏水量檢查：在額定水頭的一半時，導葉漏水量隻有37 升/秒，達到了理想的密封效果。

　　3、定子組裝

　　1) 根據龍灘電站地下廠房安裝間場地狹窄、橋機起吊高度不足等特點，前兩台機組定子組裝均選擇在二期建設的9#機尾水管高程搭設平台進行組裝疊片，鐵損試驗完成後整體吊裝至機坑安裝就位下線。節約了較為有利的安裝場地用於其它機組設備的組裝和存放。

　　2) 定子在組裝時，9#機坑疊片和本機坑下線均搭設了全密閉防護棚，在地下廠房濕度大、粉塵多的外部環境下，營造了有利的組裝環境，保證了組裝、下線時的溫度、濕度和清潔度要求，提高了定子組裝下線的最終質量。

　　3) 重視定子機座組焊質量，如各環板水平度、波浪度、圓度等；細致安裝定位筋，托板焊接完成後，定位筋安裝質量均優於設計要求。

　　4) 疊片過程中，將每箱衝片在周向均勻疊放，較好的解決了鐵芯的周向波浪度；在檢查到衝片普遍存在齒部薄、軛部厚的情況下，與各方共同商定了在齒部添加絕緣片並保證總體鐵芯有效高度的措施保證了徑向高差滿足要求。同時對其它質量控製標準如槽形控製、各小段高度控製等，最終質量均優於廠家技術要求。

　　5) 定子下線時充分注意了環境清潔和溫濕度控製，在密閉的下線棚內布置了空調、除濕機和通風機，營造了較好的局部環境。

　　6) 安裝所有測溫電阻前，進行了電阻和絕緣檢測，槽內測溫計對地電壓2500V耐壓1min合格，用2500V搖表1min絕緣電阻≥10000MΩ，測各測溫計直流電阻，相互偏差≤1.5%。

　　7) 槽楔安裝時，在鐵芯疊壓小段高度嚴格控製的前提下，通風溝與鐵芯通風溝嚴格一致，保證了風路暢通。

　　8) 下線時在保證上下層線棒嵌裝高程滿足要求的前提下，盡量保證其端部上下的高差均勻，線棒並頭塊焊接前對對接質量進行細致的檢查調整，通過調整斜邊墊塊使線棒之間端部及斜邊的間隙均勻，通過兩方麵的定位保證了並頭塊在焊接時有最大的接觸麵積，並嚴格控製了焊接質量，減小了接頭的接觸電阻。

　　4、轉子組裝

　　嚴格控製了轉子支架的焊接質量，焊縫一次合格率達到了100%，焊後尺寸檢測全部滿足設計要求。

　　副立筋配刨及裝焊尺寸全部優於標準要求。磁軛熱加墊時溫升均勻，加溫時間短，保證了一次成功。

　　磁極掛裝時自行設計了磁極吊裝及翻身工具，保證了大尺寸磁極的吊裝安全，有效提高了掛裝速度與質量。

　　5、通風冷卻係統安裝

　　1) 定子空冷器吊運、清掃、試壓、安裝時做到了嚴密保護，安裝就位後製作了防護板對冷卻翅片進行封閉，防止了碰撞損傷。

　　2) 固定和轉動擋風板均進行預裝，嚴格控製了安裝尺寸，對固定擋風板與上機架、下機架上蓋板與下機架、混凝土壁之間進行了完善的密封，避免了冷卻風量的損失，保證了通風效果。

　　3)　冷卻管路安裝時嚴格控製走向，盡量減少彎頭、接頭，優化安裝位置，盡量避免在冷卻風路上布置管路。

　　6、機組軸線調整

　　根據龍灘機組軸線布置的特點，雖然設計上沒有考慮在現場進行水、發軸折線調整的結構，但在製造精度不能保證軸線質量的情況下，通過現場對軸線的檢查和處理，首台機組軸線質量達到了設計和規範要求，2#機組軸線通過在現場檢查後對法蘭進行了打磨處理，並在盤車過程中對各接合麵進行了匹配調整，確定了最佳的聯接位置，達到了該結構下較優的軸線質量。

　　7、機組整體調試

　　龍灘水電站機組在超低水頭下(設計死水位330m，實際運行上遊水位321m，運行毛水頭僅98m)完成了機組啟動試運行，主輔機設備、過流部件均一切正常。

　　根據調試過程中的運行工況對各部導瓦間隙和冷卻係統進行了調整，保證了各部軸承瓦溫控製在較優的範圍內運行。

　　機組在試運行過程中根據負荷工況，對發電機的溫升進行了控製，調整空冷器冷卻水量，在滿足發電機運行溫度的前提下減小冷卻水量，達到了較好的運行效果。

　　三、施工組織優化

　　根據地下廠房施工情況，廠內煙塵較大，通風狀況不良，在永久通風係統無法提前完成的情況下，布置了較強的臨時通風係統，滿足了埋件施工、混凝土澆築及機組安裝階段對施工環境的要求。

　　由於設備組裝場地緊張，充分利用了各機組段特別是後期安裝的兩台機組的尾水管高程平台用於設備的組裝及存放，滿足了高強度施工的需要。

　　和土建單位進行了充分的協調，在起重吊裝設備緊張、隻有兩個進出場通道的情況下，順利解決了機組安裝與土建施工同步快速進行的問題。

　　根據設備到貨與現場施工進度差異較大的情況，對下機架預裝時機進行了相應的調整，首台機組在底環定位後采用了下止漏環中心對下機架的預裝定位，而2#機則在發電機軸吊入機坑調整定位後依據主軸中心對下機架進行定位；而主軸聯軸檢查則將原計劃在機坑外進行調整為在盤車時檢查(1#機)和機坑內聯軸檢查軸線(2#機)。

　　四、機組運行工況

　　龍灘水電站首台機組自2007年5月21日完成72小時試運行後，2號機組於2007年7月20日完成了72小時試運行，在當前水頭隻有118m左右的情況下，機組運行穩定，振動、擺度值均優於國家標準要求，發電機溫升裕量較大，從目前狀況分析，能夠滿足機組在額定水頭下帶額定負荷的需要。1#、2#機組在前期低水頭下穩定運行溫度如下表：