色拉龙水电站的机电设备安装研究
（刊登于《云南电业》2020（5）：47-52）
邹仕华
（云南省能源投资集团有限公司 云南 昆明 650228）
[摘 要]：色拉龙水电站的机电设备安装工程体量大，数量多，采购安装造价高，属于主要的分部（分项）之一。布置在主厂房、副厂房、GIS楼各个楼层内，按功能划分，包括强电、弱电、高压和低压，发挥着类似于人体毛细血管的作用。机电和电气设备，好似色拉龙水电站的“毛细血管”，建设时期精密安装，具有一般水电站的共性，更有色拉龙水电站的个性，每一层的地板海拔高程和净空尺寸与水电站的整体结构协调一致，水轮发电机组、主变压器及GIS设备的安装、调试及试验、试运行，与调速器、水力机械系统、发电机电压配电等设备材料一起，形成实物计量工程项目。在研究中得以升华，并可借鉴和推广于今后的类似工程。
关键词：色拉龙水电站；机电设备；安装；研究
中图分类号：TK79
（ Kunming 650228）[ Summary] The mechanical and electrical equipment installation project of Xelanong hydropower station is large in volume and quantity, and high in purchase and installation cost, which belongs to one of the main divisions (subdivisions). It is arranged in each floor of the main workshop, auxiliary workshop and GIS building, and divided by functions, including strong current, weak current, high voltage and low voltage, playing a role similar to human capillary. Electromechanical and electrical equipment, like the "capillary" of Xelanong hydropower station, are installed precisely during the construction period, which has the common features of general hydropower stations, more importantly, the individuality of Xelanong hydropower station. The floor elevation and clearance dimension of each floor are consistent with the overall structure of the hydropower station, and the installation, commissioning, test, trial operation and adjustment of water turbine generator unit, main transformer and GIS equipment. Equipment and materials such as speeder, hydraulic machinery system, generator voltage distribution form a complete set of physical measurement engineering projects. It can be sublimated in the research, and can be used for reference and promotion in similar projects in the future.
Key words: Xelanong Hydropower Station；Mechanical and Electrical Equipment；Installation；Research
【收稿日期】【作者简介】邹仕华（），男，湖北潜江人，双硕士，正高级工程师，高级职业经理人，省级电力市场监管咨询专家，研究方向是水能动力工程、传统能源经济。
色拉龙水电站的机电安装工程，按照工程序列，设置于合同清单的第18个分部（分项）工程，大小分项281个，设备器具4413台（套），外加主机、主变和GIS设备采购，工程造价过亿，占比12%，属于主要的分部（分项）工程之一。
1.工程概况
色拉龙水电站拥有大（2）型水库，装机容量7万千瓦，年发电量2.699亿千瓦时。坝址控制流域面积2879平方千米，多年平均流量90.6立方米/秒，水库正常蓄水位215米，对应库容8.81亿立方米，死水位206米，调节库容2.84亿立方米，具备年调节能力。枢纽工程由混凝土挡水坝、溢流坝、引水发电系统、发电厂房及开关站组成。坝长619米，其中，左岸坝肩90米，左岸挡水坝段（1#-9#）175米，溢流坝段（10#-12#）71米，导流底孔坝段（13#）19米，进水口及厂房坝段（14#-15#）34米，右岸挡水坝段（16#-23#）160米，右岸坝肩70米。
坝后式厂房，设置着主厂房、副厂房、主变和GIS楼。不同楼层按照功能分类，分布着各类机电设备及其附属设备，主要有水轮机，发电机，主变压器，GIS设备[1]，主厂房桥式起重机，滤水器，电磁流量计，空压机，储气罐，透平油罐，齿轮油泵，绝缘油系统，渗漏排水系统，水力监视测量系统，消防柜，压力变送器，电压互感器，电流互感器，避雷针，阻波器，跌落熔断器，照明系统，计算机监控系统，电能量采集屏，母线保护屏，蓄电池，充电屏，馈电屏，工业电视，数字摄像头，光缆，电缆，控制箱，通信系统，通风系统，除湿机，防火系统，报警器，探测器，电梯，等等。属于一个系统工程。
2.主要机电设备指标
2.1.水轮机
水轮机2台，立轴混流式机组，额定水头46米，额度功率35.71兆瓦，额定转速166.7转/分，装机高程161.5米，具体指标详见表1。
表1.水轮机主要技术指标参数
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序号
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名 称
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单 位
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参 数
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1
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型式
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立轴混流式
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|
|
2
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台数
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台
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2
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|
|
3
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转轮名义直径（进口直径）
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米
|
3.3
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|
4
|
运行水头
|
最大水头
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米
|
53.6
|
|
5
|
额定水头
|
米
|
46
|
|
|
6
|
最小水头
|
米
|
42.2
|
|
|
7
|
额定功率
|
兆瓦
|
35.71
|
|
|
8
|
额定流量
|
立方米/秒
|
85.5
|
|
|
9
|
额定转速
|
转/分
|
166.7
|
|
|
10
|
吸出高度
|
米
|
0
|
|
|
11
|
装机高程
|
米
|
161.5
|
|
|
12
|
旋转方向
|
|
俯视，顺时针旋转
|
|
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13
|
尾水管型式
|
|
弯肘型
|
|
2.2.发电机
发电机安装包括定子、转子、主轴、上机架、下机架及附属设备。附属设备包含空冷器及附件、空气冷却器供排水管、轴承油冷却器供排水管、轴承油槽供排油管、轴承循环油管路、制动系统。具体指标详见表2。
表2.发电机主要技术指标参数
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序号
|
项 目
|
参 数
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|
1
|
额定容量（兆伏安）/额定功率（兆瓦）
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41.18/35
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|
2
|
额定电压（千伏）
|
10.5
|
|
3
|
额定功率因数
|
0.85
|
|
4
|
额定效率（%）
|
≥98
|
|
5
|
额定转速（转/分）
|
166.7
|
|
6
|
发电机冷却方式
|
空冷
|
2.3.主变压器与GIS设备
主变压器两台，供货与安装分别由不同的承包商承担，业主和监理充分协调相关关系，确保主变压器供货质量和安装质量。具体指标详见表3。
表3.主变压器及其附属设备工程量一览表
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序号
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项目名称
|
型号规格
|
单位
|
工程量
|
备注
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|
1
|
115KV主变压器及其附属设备（变压器本体、全部套管、水冷却器、控制箱、中性点设备等）
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S-50000/115,50MVA,115kV,
115±2×2.5%/10.5kV,
Ud=10.5%
|
台
|
2
|
|
|
2
|
主变压器运输轨道（预埋螺栓、钢板及连接紧固件等）
|
P50钢轨
|
米
|
～300
|
|
|
3
|
设备基础埋件
|
型钢
|
吨
|
2
|
|
气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）及出线设备的采购、安装、调试、试验和试运行，属于一项系统工程，专业队伍在专业指导和监理下进行，具体工程量详见表4。
表4.气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）及出线设备工程量一览表
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序号
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项目名称
|
型号规格
|
单位
|
工程量
|
备注
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|
1
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断路器间隔
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145kV GIS
|
间隔
|
4
|
|
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2
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PT间隔
|
145kV GIS
|
间隔
|
1
|
|
|
3
|
GIS出线套管
|
145kV
|
只
|
6
|
|
|
4
|
油/SF6套管
|
145kV
|
只
|
6
|
|
|
5
|
电容式电压互感器
|
TYD145/
|
台
|
6
|
|
|
6
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避雷器
|
YH10WZ-108/281
|
只
|
6
|
|
|
7
|
阻波器
|
XZK-630A-1.0/40
|
只
|
2
|
|
|
8
|
钢芯铝绞线
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ACSR-240
|
米
|
～200
|
|
|
9
|
设备线夹
|
依据主接线图
|
套
|
1
|
|
|
10
|
设备基础埋件级出线设备支架
|
型钢
|
吨
|
～1
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3.结构物位置分布和结构空间尺寸
总体分为主厂房区、副厂房区和GIS楼区。按照功能划分，色拉龙水电站的机电设备及附属设备安装在设计图纸对应的位置，详见图1。
3.1主厂房区
主厂房区又分为安装间和主机间。安装间底板高程▽179.00米，直接顺接回车场▽178.90米连通外界，其内部净空18.4×16.1×10.0米（长×宽×高，下同），是建设时期的安装平台，是运营时期的检修平台。安装间的脚下另设置一层，其底板高程▽173.00米，净空17.7×16.1×6.0米，布置着转子检修支墩、工具间、空压机室、透平油罐室和油处理室。安装间上部直连房顶，与主机间的上部空间联动，足够提供200/50/5吨起重机来回作业。
主机间是主体部分。尾水管道及廊道层高程为▽156.00米，蜗壳[2]层安装高程为▽161.50米，被钢筋混凝土严实包裹，固若金汤。随着施工工艺的进程，结构物上升至▽165.50米的水轮机调速器层，再至▽173.00米的发电机层，水轮机组与发电机组同轴安装，同轴转动，定子和转子镶嵌其中。从▽173.00米至房顶，是一个开阔的空间，提供200/50/5吨起重机在主机上空自由作业。
图1.色拉龙水电站主厂房、副厂房、主变及GIS楼、尾水等特征横剖面图
主机间的1#、2#机组纵轴线（平行于坝轴线）距坝轴线水平距离50.5米，延续下游顺接尾水，尾水闸门中心线（平行于坝轴线）距坝轴线水平距离66.5米。主机间的净空38.2×16.1×16.0米，水轮机组、发电机组等主要机电设备均集中在这里，是建设时期机电技术含量的聚集地，是运营时期发电设备核心之一。
3.2副厂房区
副厂房与主厂房的分界线平行于坝轴线，并距坝轴线水平距离41.5米。从底层往上数，室内分5层：第一层是工具间层，含风机室和污水室，底板高程▽173.00米，净空17.7×10.5×6米；第二层是直流室层，含蓄电池室、主变滤油设备和部分工具间，也是地表层或厂坪层，直接连接厂外的回车场，底板高程▽179.00米，净空18.4×11.2×4.8米；第三层是中控室及电缆层，含交接班室、控制台和二次屏柜等，底高▽183.80米，净空18.4×11.2×5.2米。▽183.80米这一层延伸至GIS楼区5.59×10.2+33.6×2.99米的通道平台，余下的33.6×7.21米区域腾空，提供给主变层▽179.00米与GIS层▽189.00米之间管线连接足够空间；第四层是通信设备室层，含会议室，底高▽189.00米，净空18.4×11.2×5.0米；第五层是办公室层，底高▽194.00米，净空18.4×11.2×5.0米；楼顶高程▽199.00米，与GIS楼顶顺接相通，构成出线场层。
3.3 GIS楼层区
GIS楼与副厂房紧紧相连，合缝无间，与主厂房的分界线平行于坝轴线，并距坝轴线水平距离41.5米。从底层往上数，分5层：第一层是电缆桥架层，底高169.50米，净空37.5×9.0×3.5米；第二层是高压开关柜层，含低压配电盘、厂用变和励磁变，地板高程▽173.00米，净空38.2×10.2×6.0米；第三层是主变压器层，底板高程▽179.00米，净空38.2×10.2×10.0米，主要承放着两台主变压器；第四层是GIS层，底高▽189.00米，净空38.2×10.2×10.0米；第五层是出线场层，也是楼顶，高程▽199.00米，可利用净尺59.9×12.4米，两回路线π接至大坝下游侧挂点115kV线路。
4.机电设备安装
4.1.合同界定
按照该工程的标段划分，水轮发电机组、主变压器及气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）另行采购，供货运至工地现场指定位置。其他零星设备和器具的采购，以及整个机电设备的安装全由PC单位完成。
水轮发电机组及其附属设备、主变压器及GIS设备的安装、调试及试验、试运行，和调速器及其附属设备、水力机械辅助系统、发电机电压配电设备、开关站及其进（出）线设备、厂用电系统、照明系统、接地系统、励磁系统、控制保护、测量（计量）设备、电站厂内及厂外通信系统、视频监视系统、全厂电缆线路工程（电力电缆、支架、防火封堵等）、厂内起重设备、通风及空气调节系统、全厂空洞缝隙封堵、建筑给排水系统、消防系统、大坝电气设备（电力电缆、支架、防火封堵、照明）、施工用电等以及与设备有关的电缆管等装置性材料、器具及安装耗材的采购和安装，形成具备验收和结算条件的实物工程量，与合同工程量两相对照，依据PC合同规则实时办理结算手续。
4.2.主厂房区域的水轮发电机组安装
色拉龙水电站的水轮发电机组由水轮机、水轮发电机及其附属设备（调速、励磁装置）组成的水力发电设备。水轮机将水流能量转换为旋转机械能量，带动发电机旋转产生电能。水轮机与发电机连在一起构成水电站的核心。
安装水轮发电机组[3]的同时，还安装一整套辅助设备，如快速闸门[4]、透平油系统、压缩空气系统、供排水系统和自动化系统（自动励磁装置、调速器、水轮机自动控制系统和自动化原件等），有效监测、控制和保证水轮发电机组正常运行，使之安全可靠、经济高效。随着社会智能化和经济数字化程度的逐步提升，色拉龙水电站作为国际社会的中型水电站，逐步提升计算机监控水平，逐步实现少人值守或无人值班。
色拉龙水电站的主机安装[5]起重设备是200/50/5吨的桥式起重机。在基坑一期混凝土中预埋下部风洞盖板、下机架及定子的基础件。待水轮机大件全部吊入基坑后，吊装下部风洞盖板。把已组装成整体的下部机架吊入基础找正，浇筑二期混凝土。在安装间组装定子，整体吊入基坑就位。在安装间专设的装配台上进行转子装配，之后整体吊入机坑，按水轮机主轴中心、高程、水平进行调整定位。测量转子与定子之间的空气间隔，以转子为基准校正定子中心，使四周空气间隔均匀，并浇筑定子基础二期混凝土。将装配成整体的上机架吊放在定子机座上，按转子主轴调整中心和水平后，拧紧机座组合螺栓，钻配剪切定位销钉。装配推力油槽和推力轴承，将转子落到已研刮好的推力轴瓦上，进行发电机主轴单独盘车，测量和调整主轴摆度。连接发电机和水轮机主轴，进行机组总轴线摆度的测量和调整。调整推力瓦受力，按水轮机止漏环间隙调整机组轴线的中心和垂直度。根据主轴位置和轴颈摆度的方向、大小，安装各部已刮好的导轴瓦，装配机组空气冷却器和油、气、水管路等。
4.3.副厂房区域的中控系统安装
中控系统设置在副厂房的第三层，含有交接班室、控制台、二次屏柜和一系列电缆，底板高程▽183.80米，净空18.4×11.2×5.2米，并有部分延伸至GIS楼区的通道平台。
中控，中控，就是集中控制的简称，集中控制哪里？集中控制快速事故闸门（即工作闸门）及其启闭机。当机组发生事故时，可在中控室或启闭机房内操作关闭闸门，闭门时间≤3分钟，闸门接近底坎时的闭门速度≤5米/分钟。
集中控制水力量测系统。上游水位、下游水位、拦污栅前后压差、快速闸门前后压差及毛水头测量均可传送至中控室，并输入计算机监控系统，上游水位、拦污栅前后压差、快速闸门前后压差及下游水位测量采用投入式水位测量显示装置。
集中控制火灾自动报警系统（即消防监控及联动控制系统）。在检测到火情时，自动向设置在中控及二次盘柜室的集中报警控制器报警，报警控制器在接收到报警后，通过信息处理，在报警控制器上以数码及液晶显示方式，显示出火灾的部位，并通过接口，在水电站消防计算机监控主机的TFT上自动显示出火灾的部位编号及该层的平面布置图，提示出火灾的处理措施。水电站消防计算机监控主机通过开关量方式，将重要信号上送水电站计算机监控系统。
来自各个生产厂家的计算机监控系统、电能量采集系统、工业电视系统等的部件、原件、电气设备、电缆、光缆、通信等，通过机电和电气工程师、工人，现场指挥作业，按图施工，安装到位，调试[6]合格，投入正常运行。这些都是运营期间常被工作人员操作、巡视和维护的对象，也是常被外界观摩、检查的对象，所以，不仅满足其使用功能，还满足于美观、舒适要求。
4.4.主变压器和GIS设备的安装
（1）主变压器
厂家供货的2台115KV主变压器成套直接运至坝后厂坪层▽179.00米，分别安装，通过出入预埋轨道挪动就位。就位之后，每台主变注入厂家自带的25吨专用油。主变安装的接线是主要内容，每回母线从水轮机层引至副厂房经发电机电压配电装置后引上接主变压器。
主变安装之后的各类试验至关重要，机组带主变压器与高压配电装置试验，机组并列及负荷试验，等。进行系列试验，比如机组对主变压器及高压配电装置短路升流试验、主变压器及高压配电装置单相接地试验、机组对主变压器及高压配电装置升压试验、机组空载下历次调节器的调整和试验、线路零起升压试验、高压配电装置受电试验、电力系统对主变压器冲击合闸试验，试验过后，报送机组带主变压器与高压配电装置试验报告，提交机组启动验收委员会。
机组带主变压器与高压配电装置试验报告经机组启动验收委员会批准后，试运行指挥部按相关规定，再进行机组并列试验、机组带负荷试验、机组甩负荷试验、机组调相运行试验、机组进相运行试验、机组最大出力试验、电力系统相关试验等。之后提交机组并列及负荷试验报告，提交机组启动验收委员会。
（2）GIS设备
GIS室桥机（额定起重量10吨、最大跨度9.2米）辅助，用于建设期安装、运行期维护，将GIS设备吊装至▽189.00米平台。GIS就位固定之后，下部与主变连接，上部与出线场连接。
变压器的高压侧和GIS高压开关的连接、低压侧和共箱封闭母线的连接。断路器导电接触面不仅清洗干净，而且无氧化层，电气连接可靠且接触良好，断路器及其操作机构联动正常。GIS各元件的装配编号不得混淆，接线与图样相符。
GIS安装后，按照图纸、技术文件相关规范要求，进行检查、试验和验收。试验检测资料作为竣工验收的组成部分，提供运营期间维护检修时查阅。
5.安装调试与运行维护
安装过程中本身就穿插着调试，分无水调试和有水调试。从工艺流程而言，还必须履行常规的调试程序和手续，经过机组72小时带负荷连续试运行，经检测验收合格，核准其正式投入运行，获得权威认可。
维护成为运营时段的范畴，严格和严谨遵循规程，由运营团队承担。
6.结语
（1）色拉龙水电站的机电设备安装工程，从造价而言，占总体的12%，属于主要的分部（分项）工程之一。
（2）色拉龙水电站的机电设备安装主要集中在坝后主、副厂房和GIS楼内的各个楼层，按照功能划分，各司其职，各就各位。并通过权威调试、专家审核、政府核准，投入正常运行。
（3）色拉龙水电站的机电设备安装的核心之核心是主机间的水轮发电机组。严谨工艺流程，从厂家制造，国际运输，到厂内运输，厂内安装，厂内调试和生产试运行，其基础数据和指标参数以数码方式传输到中控室，客观分析，指导投运发电。
（4）主机、主变和GIS设备由业主另行招标供货，其他零星设备由PC单位自行采购。所有安装工作由PC单位在厂家参与、监理监护下完成，过程资料进入验收程序，并存入工程档案室供运营期间备用。
（5）机电设备安装是讲究精度的工程，从尺寸角度，精度达到丝米级（10-4米）。
（6）色拉龙水电站的机电设备安装工程的设计、监造、安装和运行模式可圈可点，有些做法值得推广和类似工程借鉴。
（7）色拉龙水电的机电设备安装更侧重于机电设备的种类、来源、分布及其安装所处的地理位置和空间尺寸，给人以“局部到整体”、“抽象到具体”、“零散至成品”的形象亲切之感，成为初试者的“敲门砖”，更加严谨和知晓主厂房区域的水轮发电机组、副厂房的中控系统、主变压器和GIS设备的安装工艺，具有现实指导意义。
参考文献
[2]张锦灿、邹仕华，色拉龙水电站的蜗壳工艺研究[J]，工业A，2019(5):246-247
[4]邹仕华，色拉龙水电站闸门安装研究[J]，湖北三峡职业技术学院学报，2019（1）：56-61
梨晓阳，浅析水电站机电设备安装和检修工作的质量管理[J]，技术与市场，2017（5）：231-232
[11]席浩贤，水电站机电设备安装过程及工程质量控制研究[J]，工程技术，2016（8）：161