白鶴灘電站電氣二次設(shè)備制造工藝與安裝質(zhì)量控制探索與實踐

羅紅俊，楊廷勇，張官祥

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

1 引言

水電站電氣二次設(shè)備是水輪發(fā)電機組控制中必不可少的設(shè)備，是對一次設(shè)備的工況進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、保護，為運行人員提供運行工況或生產(chǎn)指令所需要的電氣二次設(shè)備，主要包括保護裝置、自動控制裝置、繼電器、測量儀表等，電氣二次設(shè)備制造和安裝是整個水電站建設(shè)各環(huán)節(jié)中重要的一個環(huán)節(jié)，電氣二次設(shè)備的安裝質(zhì)量主要體現(xiàn)在電氣二次設(shè)備安裝的規(guī)范性與設(shè)備運行的可靠性和穩(wěn)定性上，它不僅直接影響到電氣二次設(shè)備的使用和運行性能，還關(guān)系到水輪發(fā)電機組正常穩(wěn)定運行。隨著水電站工程項目與規(guī)模逐漸擴大，工程要求標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的施工環(huán)境下，有必要嚴(yán)格控制水電站電氣二次設(shè)備制造工藝與安裝質(zhì)量，提高電氣二次設(shè)備運行可靠性，確保水電站水輪發(fā)電機組正常安全穩(wěn)定運行。

2 電氣二次設(shè)備制造與安裝質(zhì)量存在的主要問題

鑒于水電站電氣二次設(shè)備種類繁多、安裝和施工具有專業(yè)性強、質(zhì)量要求高、操作過程復(fù)雜等特點，在電氣二次設(shè)備安裝與施工過程中對電氣二次設(shè)備裝配與安裝的施工工藝和質(zhì)量控制提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)[1]。根據(jù)公司流域電站建設(shè)過程中實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，因受到諸多外部環(huán)境及技術(shù)水平限制，在水電站電氣二次設(shè)備施工工藝與質(zhì)量控制中普遍存在一些問題。

2.1 屏柜布局及裝配問題

屏柜裝配是工廠設(shè)計的重要工作之一，在電氣控制屏柜開始裝配前按照電氣控制柜結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行外型尺寸、面板開孔、面板標(biāo)識粘貼，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行裝配工作，但在屏柜結(jié)構(gòu)布局設(shè)計和裝配過程中經(jīng)常存在以下主要問題：一是屏柜內(nèi)的電氣元件因體積不同布局不整齊，元件的安裝方式不合理等，如發(fā)熱大的模塊安裝在離風(fēng)扇口比較遠(yuǎn)，不滿足產(chǎn)品的安裝規(guī)定，容易使控制元件之間產(chǎn)生電磁干擾和發(fā)熱性干擾；二是由于各個電氣二次系統(tǒng)設(shè)備是由多個廠家供貨，在柜內(nèi)外電氣元件安裝位置附近貼有接線圖對應(yīng)的標(biāo)簽以表示該元件種類代號及功能描述，但標(biāo)簽存在尺寸、型式不一致的問題，如形狀有圓形的和長方形的、材質(zhì)和顏色多樣如底色有白色和黑色的、同類標(biāo)簽的字體大小不統(tǒng)一、中英文描述不規(guī)范等，不滿足機電設(shè)備外觀建設(shè)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 電纜敷設(shè)問題

電纜敷設(shè)是水電工程電氣二次設(shè)備安裝過程中的重要環(huán)節(jié)之一，關(guān)系到整個水電站廠房設(shè)備布局和美觀，直接影響電氣二次設(shè)備的正常運行[2]。在電纜敷設(shè)過程中主要存在的問題有：一是動力電纜和控制電纜敷設(shè)在同一層支架上，多層電纜疊加敷設(shè)，強電和弱電電纜未設(shè)計分層布置，易對電纜的工作性能產(chǎn)生干擾，并且不便于后期維護；二是電纜敷設(shè)時電纜走向混亂，沒有編制電纜排列布置圖，同時電纜并未固定和加掛標(biāo)識牌，缺少系統(tǒng)科學(xué)的電纜敷設(shè)規(guī)劃；三是電纜路徑上有可能使電纜受到機械性損傷、地下電流、振動、熱影響、蟲鼠等危害的地段，并未采取相應(yīng)的保護措施，容易造成電纜破損。

2.3 二次配線工藝問題

二次配線是確保電氣二次設(shè)備動作準(zhǔn)確和可靠的基本保障，要求保證二次配線正確、科學(xué)、牢固、整齊和美觀。在二次配線施工中因技術(shù)人員技能素養(yǎng)和施工工具等因素的影響，存在以下常見問題：一是對于多股芯的芯線未采用線鼻子壓接再鍍錫后接入端子，而是直接接入端子，容易產(chǎn)生松動情況；二是采用的線鼻子與芯線規(guī)格及端子螺栓規(guī)格不匹配，如采取剪除芯線銅絲、接線孔比螺栓規(guī)格大等；三是多股芯剝除外層護套時，其長度與線鼻子長度不相符，芯線露出長度過大或者存在線鼻子空芯現(xiàn)象；四是電纜的備用芯的余量和長度不足，備用芯線芯未穿入線號管，并在端頭未配置電纜線芯封帽。

3 電氣二次設(shè)備制造與安裝質(zhì)量控制措施

為了解決水電站電氣二次設(shè)備裝配與施工工藝過程中存在的常見問題，并把安裝工程質(zhì)量管理工作做好，本文從電氣屏柜工廠裝配、屏柜現(xiàn)場安裝、電纜敷設(shè)、二次接線、防火封堵以及自動化裝置（元器件）安裝等工序流程、施工工藝及質(zhì)量控制要求出發(fā)，重點分析和解決現(xiàn)場安裝和施工時出現(xiàn)的主要問題，并采取對應(yīng)的質(zhì)量控制措施，確保每一個環(huán)節(jié)都嚴(yán)格按照工藝流程控制，確保電氣二次設(shè)備安裝工程的施工過程都能得到有效的監(jiān)督，確保每一位技術(shù)人員都能按照相關(guān)方案高效的開展工作。

3.1 完善工藝質(zhì)控點和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）明確屏柜裝配質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。在常規(guī)竣工驗收的基礎(chǔ)上，增加屏柜組裝接線中間節(jié)點驗收環(huán)節(jié)，采用分級驗收機制，實現(xiàn)層層把關(guān)。根據(jù)GB 50171 和三峽企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CTG 42-48、Q/CTG 70 相關(guān)規(guī)定和要求，編制《白鶴灘電站電氣二次控制屏柜工廠裝配質(zhì)量驗收表》，從屏柜常規(guī)檢查、屏柜接地、柜面設(shè)備檢查、電氣元器件檢查、小母線及銅排安裝檢查、二次配線工藝、二次接線工藝、屏柜內(nèi)二次線接頭標(biāo)識、電氣二次設(shè)備標(biāo)識牌等九大方面出發(fā)，分類明確了78 項裝配質(zhì)量驗收項目和驗收標(biāo)準(zhǔn)，具體驗收項目見圖1。明確的標(biāo)準(zhǔn)有端子排距機柜后框架外側(cè)的距離為250 mm、至地面的距離為350 mm、至柜體頂面的距離200 mm，進(jìn)一步提高了工廠屏柜裝配的操作性，提高了一次性驗收合格率。

圖1 白鶴灘水電站電氣二次屏柜工廠裝配工藝及質(zhì)量驗收項目

（2）規(guī)范元器件標(biāo)識牌制作工藝。針對國標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確的技術(shù)參數(shù)（如元器件標(biāo)識牌的型號參數(shù)），結(jié)合實際需求編制《白鶴灘電站電氣屏柜元器件標(biāo)識牌制作要求及規(guī)范說明》，從標(biāo)識牌的材質(zhì)、顏色、字體樣式、尺寸和布局等方面，明確細(xì)化參數(shù)，統(tǒng)一格式。如材質(zhì)采用0.3～0.5 mm PVC 薄膜，底板帶熒光，薄膜背面涂不干膠；顏色采用色標(biāo)為Y07 的熒光橙；中文字體采用黑體加粗，其余字體采用Arial，字號選用20 等，具體見圖2 所示。此方案中根據(jù)元器件標(biāo)識牌布置在屏柜柜面、柜內(nèi)元器件、現(xiàn)地自動化元件等位置不同，結(jié)合柜內(nèi)結(jié)構(gòu)分類細(xì)化、統(tǒng)籌規(guī)劃布局方式，以使粘帖效果整齊美觀。

圖2 電氣元器件標(biāo)識牌制作規(guī)范樣式圖

（3）優(yōu)化端子信號功能分類分色。總結(jié)公司流域電站設(shè)備維護及管理工作經(jīng)驗，優(yōu)化端子排設(shè)計理念，按照端子信號功能分類設(shè)計端子排顏色，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇不同型號的端子排，并進(jìn)一步明確和細(xì)化各信號端子的型號及顏色，端子根據(jù)信號功能分為接地端子、電力電源、交流電源、直流電源、CT/PT 端子、開關(guān)量、模擬量、RTD 信號端子、重要信號等，并分別定義獨立的顏色，以便于快速區(qū)分端子信號的功能，端子排分類分色設(shè)計首次創(chuàng)新性地應(yīng)用于白鶴灘電站電氣二次控制屏柜，提高了端子排的可視性，可大幅度降低誤動誤接線的風(fēng)險，提高維護的便捷性。如排開關(guān)量信號端子采用淺灰色的直插式彈簧端子，模擬量信號端子采用藍(lán)色的直插式彈簧端子，重要信號端子采用紅色的通用組合螺釘直通式單層端子。

3.2 構(gòu)建技術(shù)管理體系

（1）編制施工工藝與安裝質(zhì)量預(yù)控方案。從總結(jié)公司大型水電站機電建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化工作經(jīng)驗角度出發(fā)，以國家、行業(yè)、公司相關(guān)規(guī)范制度為方針，以“美麗白鶴灘 美麗機電”建設(shè)為目標(biāo)，編制《白鶴灘水電站電氣屏柜裝配及二次施工工藝及質(zhì)量預(yù)控方案》，從電氣屏柜工廠裝配、屏柜現(xiàn)場安裝、電纜敷設(shè)、二次接線、防火封堵以及安裝自動化元件（裝置）等工序流程出發(fā)，詳細(xì)規(guī)定施工工藝及質(zhì)量控制要求、控制措施，以把控電氣二次設(shè)備制造過程工藝，規(guī)范施工流程，加強控制安裝質(zhì)量，提高電氣二次設(shè)備的安裝質(zhì)量和效率，并通過PDCA 方法實現(xiàn)質(zhì)量檢驗的閉環(huán)管理，對每一個工序流程設(shè)置質(zhì)量與施工工藝驗收表，以提高工藝標(biāo)準(zhǔn)化水平。如表1 所示為電纜敷設(shè)質(zhì)量及施工工藝驗收表。

表1 電纜敷設(shè)質(zhì)量及施工工藝驗收表

（2）編制機電設(shè)備出廠驗收方案。目前，針對水電站機電設(shè)備出廠驗收項目，沒有國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)指導(dǎo)性文件，缺乏機電設(shè)備的出廠驗收規(guī)范和檢驗標(biāo)準(zhǔn)。為了規(guī)范水電站電氣二次設(shè)備出廠驗收流程，提高設(shè)備出廠檢驗要求和設(shè)備可靠性，確保電氣二次屏柜施工工藝及質(zhì)量，踐行機電設(shè)備外觀建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和理念，編制《白鶴灘水電站機電設(shè)備出廠驗收方案》，從電氣二次設(shè)備的整體外觀性能和功能測試等方面明確了驗收目的、驗收項目、驗收內(nèi)容以及驗收標(biāo)準(zhǔn)，以確保出廠電氣二次設(shè)備整體外觀整齊、設(shè)計合理、功能齊全、性能可靠。

3.3 建全協(xié)同監(jiān)督機制

屏柜裝配與制造工藝控制方式采取供方設(shè)備質(zhì)量驗證，由生產(chǎn)廠家、業(yè)主、監(jiān)理單位三方協(xié)同對其制造過程進(jìn)行監(jiān)視和督導(dǎo)，在制造過程中實施“首檢、巡檢、終檢”機制，過程質(zhì)量控制和整改由生產(chǎn)廠家組織監(jiān)督和管理。

（1）建立首臺套樣板示范工程。為了更好地控制裝配工藝，落實美麗機電要求，提升實施質(zhì)量，保障實施工期，避免被動返工，建立首臺套樣板示范工程。針對首臺套樣板柜實行“首檢”機制，由業(yè)主和電廠人員全程參與屏柜裝配與制造過程，把控和督導(dǎo)過程質(zhì)量。事前與三方人員充分溝通，明確樣板柜制作工藝，選擇一組結(jié)構(gòu)復(fù)雜及功能齊全的屏柜作為樣板柜，旨在體現(xiàn)屏柜結(jié)構(gòu)布局、線纜布線、加工工藝的最基本要求，確保動力控制回路、二次回路線纜、屏柜內(nèi)外布線的外觀質(zhì)量、施工工藝、標(biāo)識牌和門楣等滿足高質(zhì)量高品質(zhì)要求，總結(jié)經(jīng)驗，持續(xù)改進(jìn)，確保達(dá)到設(shè)備驗收的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）完善屏柜制造協(xié)同監(jiān)督機制。根據(jù)設(shè)備供貨時間節(jié)點，屏柜生產(chǎn)廠家倒排屏柜組裝計劃及供貨時間表，跟相關(guān)方確認(rèn)后按計劃實施，確保屏柜組裝工作有序、進(jìn)度可控。批量生產(chǎn)屏柜時采用“巡檢”機制，電廠人員對重要工藝和重要工程節(jié)點參與驗證，過程檢驗記錄由生產(chǎn)廠家統(tǒng)一管理，記錄應(yīng)清晰、完整和整潔，便于查閱；屏柜出廠驗收時采用“終檢”機制，對屏柜所有工藝、材料選型、檢驗記錄等進(jìn)行全方位驗收，確保設(shè)備制造零缺陷。

3.4 搭建技術(shù)建議跟蹤平臺

依托信息化手段建立技術(shù)建議跟蹤平臺，各部門及時更新技術(shù)建議，并梳理公司流域電站發(fā)生的缺陷、待改進(jìn)優(yōu)化建議、在生產(chǎn)源頭發(fā)現(xiàn)的問題等，由設(shè)備責(zé)任部門安排專人負(fù)責(zé)跟蹤落實，重大技術(shù)建議協(xié)同生產(chǎn)管理部門共同討論解決方案及措施，由生產(chǎn)管理部門跟蹤直到問題解決落實，并及時關(guān)閉已落實的技術(shù)建議。技術(shù)建議跟蹤階段分為圖紙審核、設(shè)計聯(lián)絡(luò)會、出廠試驗、現(xiàn)場安裝和調(diào)試等，從設(shè)計源頭上確保設(shè)計質(zhì)量，在不同階段及時跟蹤落實，確認(rèn)每個階段的生產(chǎn)和檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求，從根本上消除設(shè)備隱患。

4 結(jié)束語

綜上所述，為滿足水電站設(shè)備運行穩(wěn)定可靠所提出的要求和標(biāo)準(zhǔn)，在安裝和施工階段，水電站電氣二次設(shè)備安裝應(yīng)將工廠屏柜裝配、現(xiàn)場安裝、電纜敷設(shè)、二次接線及自動化元件安裝等工序作為重要控制點，每個環(huán)節(jié)以專業(yè)的技能素養(yǎng)進(jìn)行監(jiān)管和施工，加強規(guī)范流程和標(biāo)準(zhǔn)，做好質(zhì)量控制，以便于對可能出現(xiàn)的不合理與不穩(wěn)定情況進(jìn)行控制。結(jié)合白鶴灘水電站實際情況，對電氣二次設(shè)備屏柜裝配及二次施工工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制，做好技術(shù)管理體系，把握工藝質(zhì)控點，使得外觀布置整齊美麗、工廠裝配工藝質(zhì)量滿足設(shè)計控制要求，從而進(jìn)一步推動“美麗白鶴灘”和“美麗機電”工程建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)，為白鶴灘水電站電氣二次設(shè)備正常穩(wěn)定運行提供良好的基礎(chǔ)保障。