白鹤滩电站电气二次设备制造工艺与安装质量控制探索与实践

罗红俊，杨廷勇，张官祥

（中国长江电力股份有限公司白鹤滩电厂筹建处，四川 凉山615400）

1 引言

水电站电气二次设备是水轮发电机组控制中必不可少的设备，是对一次设备的工况进行监测、控制、调节、保护，为运行人员提供运行工况或生产指令所需要的电气二次设备，主要包括保护装置、自动控制装置、继电器、测量仪表等，电气二次设备制造和安装是整个水电站建设各环节中重要的一个环节，电气二次设备的安装质量主要体现在电气二次设备安装的规范性与设备运行的可靠性和稳定性上，它不仅直接影响到电气二次设备的使用和运行性能，还关系到水轮发电机组正常稳定运行。随着水电站工程项目与规模逐渐扩大，工程要求标准不断提高的施工环境下，有必要严格控制水电站电气二次设备制造工艺与安装质量，提高电气二次设备运行可靠性，确保水电站水轮发电机组正常安全稳定运行。

2 电气二次设备制造与安装质量存在的主要问题

鉴于水电站电气二次设备种类繁多、安装和施工具有专业性强、质量要求高、操作过程复杂等特点，在电气二次设备安装与施工过程中对电气二次设备装配与安装的施工工艺和质量控制提出了更高的标准[1]。根据公司流域电站建设过程中实践经验发现，因受到诸多外部环境及技术水平限制，在水电站电气二次设备施工工艺与质量控制中普遍存在一些问题。

2.1 屏柜布局及装配问题

屏柜装配是工厂设计的重要工作之一，在电气控制屏柜开始装配前按照电气控制柜结构图进行外型尺寸、面板开孔、面板标识粘贴，确认无误后方可进行装配工作，但在屏柜结构布局设计和装配过程中经常存在以下主要问题：一是屏柜内的电气元件因体积不同布局不整齐，元件的安装方式不合理等，如发热大的模块安装在离风扇口比较远，不满足产品的安装规定，容易使控制元件之间产生电磁干扰和发热性干扰；二是由于各个电气二次系统设备是由多个厂家供货，在柜内外电气元件安装位置附近贴有接线图对应的标签以表示该元件种类代号及功能描述，但标签存在尺寸、型式不一致的问题，如形状有圆形的和长方形的、材质和颜色多样如底色有白色和黑色的、同类标签的字体大小不统一、中英文描述不规范等，不满足机电设备外观建设要求和标准。

2.2 电缆敷设问题

电缆敷设是水电工程电气二次设备安装过程中的重要环节之一，关系到整个水电站厂房设备布局和美观，直接影响电气二次设备的正常运行[2]。在电缆敷设过程中主要存在的问题有：一是动力电缆和控制电缆敷设在同一层支架上，多层电缆叠加敷设，强电和弱电电缆未设计分层布置，易对电缆的工作性能产生干扰，并且不便于后期维护；二是电缆敷设时电缆走向混乱，没有编制电缆排列布置图，同时电缆并未固定和加挂标识牌，缺少系统科学的电缆敷设规划；三是电缆路径上有可能使电缆受到机械性损伤、地下电流、振动、热影响、虫鼠等危害的地段，并未采取相应的保护措施，容易造成电缆破损。

2.3 二次配线工艺问题

二次配线是确保电气二次设备动作准确和可靠的基本保障，要求保证二次配线正确、科学、牢固、整齐和美观。在二次配线施工中因技术人员技能素养和施工工具等因素的影响，存在以下常见问题：一是对于多股芯的芯线未采用线鼻子压接再镀锡后接入端子，而是直接接入端子，容易产生松动情况；二是采用的线鼻子与芯线规格及端子螺栓规格不匹配，如采取剪除芯线铜丝、接线孔比螺栓规格大等；三是多股芯剥除外层护套时，其长度与线鼻子长度不相符，芯线露出长度过大或者存在线鼻子空芯现象；四是电缆的备用芯的余量和长度不足，备用芯线芯未穿入线号管，并在端头未配置电缆线芯封帽。

3 电气二次设备制造与安装质量控制措施

为了解决水电站电气二次设备装配与施工工艺过程中存在的常见问题，并把安装工程质量管理工作做好，本文从电气屏柜工厂装配、屏柜现场安装、电缆敷设、二次接线、防火封堵以及自动化装置（元器件）安装等工序流程、施工工艺及质量控制要求出发，重点分析和解决现场安装和施工时出现的主要问题，并采取对应的质量控制措施，确保每一个环节都严格按照工艺流程控制，确保电气二次设备安装工程的施工过程都能得到有效的监督，确保每一位技术人员都能按照相关方案高效的开展工作。

3.1 完善工艺质控点和技术标准

（1）明确屏柜装配质量验收标准。在常规竣工验收的基础上，增加屏柜组装接线中间节点验收环节，采用分级验收机制，实现层层把关。根据GB 50171 和三峡企业标准Q/CTG 42-48、Q/CTG 70 相关规定和要求，编制《白鹤滩电站电气二次控制屏柜工厂装配质量验收表》，从屏柜常规检查、屏柜接地、柜面设备检查、电气元器件检查、小母线及铜排安装检查、二次配线工艺、二次接线工艺、屏柜内二次线接头标识、电气二次设备标识牌等九大方面出发，分类明确了78 项装配质量验收项目和验收标准，具体验收项目见图1。明确的标准有端子排距机柜后框架外侧的距离为250 mm、至地面的距离为350 mm、至柜体顶面的距离200 mm，进一步提高了工厂屏柜装配的操作性，提高了一次性验收合格率。

图1 白鹤滩水电站电气二次屏柜工厂装配工艺及质量验收项目

（2）规范元器件标识牌制作工艺。针对国标和企业标准中没有明确的技术参数（如元器件标识牌的型号参数），结合实际需求编制《白鹤滩电站电气屏柜元器件标识牌制作要求及规范说明》，从标识牌的材质、颜色、字体样式、尺寸和布局等方面，明确细化参数，统一格式。如材质采用0.3～0.5 mm PVC 薄膜，底板带荧光，薄膜背面涂不干胶；颜色采用色标为Y07 的荧光橙；中文字体采用黑体加粗，其余字体采用Arial，字号选用20 等，具体见图2 所示。此方案中根据元器件标识牌布置在屏柜柜面、柜内元器件、现地自动化元件等位置不同，结合柜内结构分类细化、统筹规划布局方式，以使粘帖效果整齐美观。

图2 电气元器件标识牌制作规范样式图

（3）优化端子信号功能分类分色。总结公司流域电站设备维护及管理工作经验，优化端子排设计理念，按照端子信号功能分类设计端子排颜色，根据标准选择不同型号的端子排，并进一步明确和细化各信号端子的型号及颜色，端子根据信号功能分为接地端子、电力电源、交流电源、直流电源、CT/PT 端子、开关量、模拟量、RTD 信号端子、重要信号等，并分别定义独立的颜色，以便于快速区分端子信号的功能，端子排分类分色设计首次创新性地应用于白鹤滩电站电气二次控制屏柜，提高了端子排的可视性，可大幅度降低误动误接线的风险，提高维护的便捷性。如排开关量信号端子采用浅灰色的直插式弹簧端子，模拟量信号端子采用蓝色的直插式弹簧端子，重要信号端子采用红色的通用组合螺钉直通式单层端子。

3.2 构建技术管理体系

（1）编制施工工艺与安装质量预控方案。从总结公司大型水电站机电建设标准化工作经验角度出发，以国家、行业、公司相关规范制度为方针，以“美丽白鹤滩 美丽机电”建设为目标，编制《白鹤滩水电站电气屏柜装配及二次施工工艺及质量预控方案》，从电气屏柜工厂装配、屏柜现场安装、电缆敷设、二次接线、防火封堵以及安装自动化元件（装置）等工序流程出发，详细规定施工工艺及质量控制要求、控制措施，以把控电气二次设备制造过程工艺，规范施工流程，加强控制安装质量，提高电气二次设备的安装质量和效率，并通过PDCA 方法实现质量检验的闭环管理，对每一个工序流程设置质量与施工工艺验收表，以提高工艺标准化水平。如表1 所示为电缆敷设质量及施工工艺验收表。

表1 电缆敷设质量及施工工艺验收表

（2）编制机电设备出厂验收方案。目前，针对水电站机电设备出厂验收项目，没有国家标准、技术标准和公司企业标准等技术指导性文件，缺乏机电设备的出厂验收规范和检验标准。为了规范水电站电气二次设备出厂验收流程，提高设备出厂检验要求和设备可靠性，确保电气二次屏柜施工工艺及质量，践行机电设备外观建设标准和理念，编制《白鹤滩水电站机电设备出厂验收方案》，从电气二次设备的整体外观性能和功能测试等方面明确了验收目的、验收项目、验收内容以及验收标准，以确保出厂电气二次设备整体外观整齐、设计合理、功能齐全、性能可靠。

3.3 建全协同监督机制

屏柜装配与制造工艺控制方式采取供方设备质量验证，由生产厂家、业主、监理单位三方协同对其制造过程进行监视和督导，在制造过程中实施“首检、巡检、终检”机制，过程质量控制和整改由生产厂家组织监督和管理。

（1）建立首台套样板示范工程。为了更好地控制装配工艺，落实美丽机电要求，提升实施质量，保障实施工期，避免被动返工，建立首台套样板示范工程。针对首台套样板柜实行“首检”机制，由业主和电厂人员全程参与屏柜装配与制造过程，把控和督导过程质量。事前与三方人员充分沟通，明确样板柜制作工艺，选择一组结构复杂及功能齐全的屏柜作为样板柜，旨在体现屏柜结构布局、线缆布线、加工工艺的最基本要求，确保动力控制回路、二次回路线缆、屏柜内外布线的外观质量、施工工艺、标识牌和门楣等满足高质量高品质要求，总结经验，持续改进，确保达到设备验收的标准要求。

（2）完善屏柜制造协同监督机制。根据设备供货时间节点，屏柜生产厂家倒排屏柜组装计划及供货时间表，跟相关方确认后按计划实施，确保屏柜组装工作有序、进度可控。批量生产屏柜时采用“巡检”机制，电厂人员对重要工艺和重要工程节点参与验证，过程检验记录由生产厂家统一管理，记录应清晰、完整和整洁，便于查阅；屏柜出厂验收时采用“终检”机制，对屏柜所有工艺、材料选型、检验记录等进行全方位验收，确保设备制造零缺陷。

3.4 搭建技术建议跟踪平台

依托信息化手段建立技术建议跟踪平台，各部门及时更新技术建议，并梳理公司流域电站发生的缺陷、待改进优化建议、在生产源头发现的问题等，由设备责任部门安排专人负责跟踪落实，重大技术建议协同生产管理部门共同讨论解决方案及措施，由生产管理部门跟踪直到问题解决落实，并及时关闭已落实的技术建议。技术建议跟踪阶段分为图纸审核、设计联络会、出厂试验、现场安装和调试等，从设计源头上确保设计质量，在不同阶段及时跟踪落实，确认每个阶段的生产和检验标准要求，从根本上消除设备隐患。

4 结束语

综上所述，为满足水电站设备运行稳定可靠所提出的要求和标准，在安装和施工阶段，水电站电气二次设备安装应将工厂屏柜装配、现场安装、电缆敷设、二次接线及自动化元件安装等工序作为重要控制点，每个环节以专业的技能素养进行监管和施工，加强规范流程和标准，做好质量控制，以便于对可能出现的不合理与不稳定情况进行控制。结合白鹤滩水电站实际情况，对电气二次设备屏柜装配及二次施工工艺进行严格控制，做好技术管理体系，把握工艺质控点，使得外观布置整齐美丽、工厂装配工艺质量满足设计控制要求，从而进一步推动“美丽白鹤滩”和“美丽机电”工程建设目标的实现，为白鹤滩水电站电气二次设备正常稳定运行提供良好的基础保障。