1　水电机电安装工程发展综述

1.1　水电机电安装事业的发展

水电机电设备安装在我国作为一个特定的施工技术行业伴随着新中国水力发电建设事业的发展已经走过了60多年的历程，这是一条平凡而伟大的创业之路。

60多年来，通过包括水电机电设备安装在内的几代工程建设者的开发和奋斗，水电在我国已经成为一种重要的不可替代的清洁能源。至今，我国已是世界上第一位的水电装机容量大国，不论其已投运机组设备的技术水平和数量，还是在建水电工程的规模，在世界上均遥遥领先。回顾、总结几代水电机电安装人的事业成果和经验，编撰《水利水电工程施工技术全书》，既是我国水力发电建设事业可持续发展的需要，也是企业文化建设和技术知识传承发展的需要。

1.1.1　水电机电安装发展回顾

1951年，中华人民共和国成立初始，国家燃料工业部组织在东北丰满水电站修复并开始安装苏联制造的72.5MW机组，丰满水电工程公司安装工程队成立，新中国水电机电安装行业从此诞生。

1957年，由当时的电力工业部组建成立水力发电建设总局机电安装工程公司；1958年下放至地方；1963年水利电力部恢复成立水利水电机电安装局，直至1969年“文化大革命”期间撤销。

随后，原水利水电机电安装局下属的八个机电安装工程处分别以属地原则划归水电工程局管辖，建立各工程局的机电安装工程处。其演变结果是：

机电安装工程一处划归中国水利水电第一工程局有限公司和中国水利水电第七工程局有限公司；

机电安装工程三处划归中国水利水电第十二工程局有限公司、中国水利水电第十六工程局和武警水电安能集团公司；

机电安装工程四处划归中国葛洲坝集团股份有限公司、中国水利水电第八工程局有限公司、广西水利水电工程局和中国水利水电第七工程局有限公司的一部分；

机电安装工程五处划归中国水利水电第十工程局有限公司和中国水利水电第六工程局有限公司；

机电安装工程七处划归中国水利水电第九工程局有限公司和中国水利水电第十四工程局有限公司；

机电安装工程二处和六处在1965年合并为八处，以后分别划归中国水利水电第四工程局有限公司、中国水利水电第五工程局有限公司、中国水利水电第三工程局有限公司、中国水利水电第十一工程局有限公司和中国水利水电第二工程局有限公司。

经过从1969年至今的发展和重组，水电机电安装企业已经成为中国电力建设集团有限公司、中国能源建设集团有限公司和武警安能集团公司不可分割的重要组成部分。

新中国成立60多年来，尤其是改革开放35年以来，我国水电机电安装行业经历了从无到有，从小到大，从弱到强的发展壮大过程。20世纪90年代以来，我国水电装机容量以每年均投产3000MW以上的速度快速发展；2003年后，以三峡水利枢纽工程左岸水电站机组投产发电为代表，全国水电装机容量每年均投产10000MW以上，2010年4月，全国水电装机容量超过2亿kW，2016年年底，水电装机达到3.3亿kW。而2008年和2009年，每年投产更是超过20000MW，这样的发展速度在世界水电建设史上实属罕见。2010年以后，随着三峡水利枢纽工程地下水电站、金沙江、雅砻江、澜沧江流域一大批新建大型、巨型水电站机组的相继投产，其中包括向家坝水电站单机容量为800MW巨型混流式水轮发电机组和水头达300m的锦屏二级水电站超长引水道单机容量为600MW的高水头混流式水轮发电机组，将我国水电机组投产水平和投产质量进一步推进至世界的新高峰。我国各年份水电装机容量和发电量递增统计见表1-1。

表1-1中机组的约70%为大中型机组，其中的97%由中央直属的水电施工企业安装。作为专业性和技术性较强的安装工程建设实体，水电机电安装施工企业（以下简称安装企业）自力更生、不断创新，研究掌握了具有国际领先水平的施工技术和安装工艺，约190GW的大中型水电机组的投产和运行，造就了一批有代表性的综合实力较强的安装企业，充分展现了我国水力发电行业的综合实力和技术水平。目前，我国水电机电安装施工从业人数约16000人，具有年安装投产大中型水电机组30000MW、制造、安装各类水工金属结构100万t的能力。

1.1.2　安装技术和施工能力的进步

20世纪50年代初，以上犹、大伙房、梅山、佛子岭、狮子滩、黄坛口、流溪河为代表的水电站的建设开创了我国水电机电安装的早期历史，安装机组的容量大多在15MW左右。在此之后的60多年，机组安装容量等级上了若干个台阶。

20世纪50年代末至60年代中，以新安江、柘溪、新丰江水电站为代表的72.5～80MW机组的安装。

20世纪60年代中，以云峰、龚嘴水电站为代表的100MW机组的安装。

20世纪60年代末至70年代中，以刘家峡、丹江口水电站为代表的150～225MW机组的安装。

20世纪80年代初至90年代中，以葛洲坝、水口水电站为代表的125MW及以上的大型轴流转桨式水轮发电机组的安装，其中水口水电站200MW轴流转桨式机组为目前世界上该类型单机容量最大的机组。

20世纪80年代中至90年代末，以白山、龙羊峡、漫湾、隔河岩、五强溪、天生桥、岩滩、小浪底水电站为代表的250～300MW级混流式机组的安装。

20世纪90年代末，以李家峡、二滩水电站为代表的400～550MW级大型混流式机组的安装。

20世纪90年代以后，以广州抽水蓄能、十三陵、天荒坪、泰安等抽水蓄能电站为代表的200～300MW级混流可逆式抽水蓄能机组的安装。

进入21世纪的前10年，以三峡、龙滩、小湾、拉西瓦、构皮滩、瀑布沟等水电站为代表的一系列600～700MW级超大型混流式机组安装。

2010年至今，以三峡水利枢纽工程地下水电站、溪洛渡、向家坝、锦屏、官地、糯扎渡等水电站为代表的一系列超大型混流式机组以及以深溪沟、银盘、安谷、桐子林、枕头坝等水电站大型轴流转桨式机组的高质量、高水平安装投产。

通过以上各时段持续的实践锻炼和不断的攻坚克难，我国水电机电安装建设者，已经掌握了极其丰富、成熟的水电站成套机电设备的安装、调试和试运行试验技术，可归纳为：

（1）能安装单机容量达800MW的大型混流式水轮发电机组；在三峡水利枢纽工程左岸水电站创造了一年投产7台700MW机组的工程业绩和在溪洛渡水电站一年投产12台770MW机组的业绩。

（2）能安装单机容量达200MW轴流转桨式水轮机组、单机容量达57MW的灯泡贯流式水轮发电机组和单机容量达180MW的6喷嘴冲击式水轮发电机组。

（3）能安装大容量、高扬程的可逆式抽水蓄能水泵水轮机组及其配套设备和可控硅静止式变频装置，完善了蓄能机组的各种启动方式和工况转换的技术和标准。

（4）能实现由计算机监控系统管理和操作的水电站各种自动装置和自动化设备的安装，调整和操作世界上一流的电器制造商生产的各种机电一体化控制设备，如微机调速器、励磁系统、智能化在线监测装置等。

（5）具备年安装投产大中型水电机组30000MW以上的能力；流程化作业、均衡生产和连续投产的概念和实践已作为网络计划编制的原则，并形成施工管理软件，单项工程年内投产机组间隔可缩短至2个月。

（6）能现场组装、焊接直径大于8m的全不锈钢（马氏体）混流式水轮机偏心或对称分瓣的转轮，其工艺技术已达到世界先进水平；实施并完善了包括小浪底、龙滩、小湾、三峡水利枢纽工程右岸、官地等水电站在内的现场散件组装焊接直径超过8m的全不锈钢（马氏体）混流式水轮机转轮工艺，质量完全符合国际标准。

（7）能现场组装、焊接直径大于10m的水轮发电机转子圆盘式支架，包括具有斜向支臂非对称焊接收缩结构的圆盘支架，焊接技术、变形控制技术、组装质量达到或超过在工厂制造的要求。

（8）能现场装配铁芯外径大于16m、铁芯高度大于3.5m的全空冷水轮发电机定子和铁芯外径大于19m的水内冷水轮发电机定子，其工艺技术成熟，装配水平在世界领先。水轮发电机定子现场装配在我国已成为规范性的机组设备制造原则。

（9）能安装调整各种形式的高速、重载推力轴承、高速可逆式推力轴承和重载推力导轴承，其中包括轴向负荷达4100t的双支点单弹性梁推力轴承、5000吨级单支点多支柱销支撑的推力轴承和弹簧簇多支点支撑的推力轴承，其推力轴瓦运行温度差可调整控制在要求的范围内（一般控制在5K以内）。

（10）能现场制造各种类型水轮机的埋设部件，包括座环、蜗壳、尾水肘管、锥管、基础环、机坑里衬等，其制造质量和供货保证率已得到国际认可，我国在建水电工程水轮机埋件的制造绝大部分采用现场制造方式，典型工程包括五强溪、三峡、龙滩、小湾等一系列大型巨型水电站。

（11）安装了世界上首台400MW定子蒸发冷却的水轮发电机，并于1999年12月投入商业运行；继巴西伊泰普水电站之后，在我国已安装投运了22台单机容量840MVA，定子水冷、转子强迫空冷的水轮发电机，其安装工艺和技术在世界水电大型内冷电机的技术领域里又有新的突破。2012年又成功安装投运了2台单机容量为840MVA，完全具有我国自主知识产权的定子蒸发冷却的水轮发电机，安装工艺在世界领先。

（12）能制造和安装直径达14.4m的目前世界上最大的压力钢管、水头达600～700m大直径的高压输水钢管、水电站船闸和升船机的超大型金属结构；掌握了抗拉强度达600～1000MPa级高强钢材的各种加工、焊接和安装工艺。

（13）能安装容量800MVA级、电压等级在500kV及以上的整体式或三相组合式电力变压器、500kV及以上高压电力电缆、气体绝缘金属封闭线路（GIL）以及气体绝缘金属封闭组合电器（GIS），并在我国西南地区初步实践了现场组装壳式三相组合电力变压器的工艺。

丰富的工程经验和高强度的施工管理，造就了上述施工技术和施工能力的形成，充分彰显了我国水电机电安装企业的实力和经验。世界上没有任何一个国家的水电专业施工队伍或工程公司能像我国水电机电安装企业一样在半个多世纪的时间内经历过这么多的工程，完成过这么多台各式机组设备的安装，处理和解决过这么多复杂的施工技术难题，我国的水电机电安装企业的技术实力和施工能力在全世界已无可否认地处于了领先地位。

1.1.3　新中国成立60年多来带变革性的重大技术创新

（1）发电机定子现场整体叠片组装、嵌装全部绕组的现场装配工艺和定子整体吊装技术，使得定子装配质量发生了质的改变。20世纪80年代以后的大中型水轮发电机定子已经如同发电机转子一样，被确定为在现场整体装配，实现了定子运输、制造装配质量的技术进步，机组设备的整体质量和运行可靠性显著提高。

（2）大型混流式水轮机转轮（直径大于5.5m）由分瓣（半）结构现场组装焊接发展到以散件运输至现场、在现场整体组焊、加工的制造工艺，对我国西南地区的大型水电站建设具有重大现实意义。

（3）大型水轮发电机圆盘式转子支架（直径大于6m）结构的采用取代了支臂式（工字形或盒形）转子支架，现场装配以焊接代替了传统的螺栓连接，结构和装配工艺的改变增加了发电机转子的径向刚度和轴向刚度。

（4）发电机推力轴承的推力轴瓦以及导轴承的导轴瓦由单一的巴氏合金瓦面材料改为增加了弹性金属塑料瓦面的新材料、新结构、新工艺。推力轴瓦采用弹性金属塑料瓦技术和巴氏合金瓦先进支撑方式的应用已从根本上解决了大型推力轴承运行可靠性的问题。

（5）超大型水轮机埋件（如尾水管的肘管、锥管、基础环、蜗壳、座环、机坑里衬、接力器里衬等）在现场下料、卷板制造的生产方式有效解决了大型结构件运输困难和电力装机快速增长下设备制造能力不足的问题，制造成本显著降低，设备交货进度和投产速度显著加快。

（6）通过对发电机结构设计原理和通风冷却过程中热交换机理的理解和工艺措施保证，提升安装技术与相应操作水平，使700MW级以上全空冷水轮发电机安装与投运顺利成功，国产700MW级全空冷水轮发电机的运行指标全面达到国际先进水平，并可与进口水内冷水轮发电机定子绕组的相应温升指标相比美。

（7）新型发电机内冷技术用于水电工程，定子绕组直接水冷却水轮发电机安装工艺和试验调整技术成熟，444MVA和840MVA定子绕组蒸发冷却水轮发电机技术在我国已获得成功。

（8）用于压力钢管、高压岔管和蜗壳的600MPa和800MPa级高强度钢的焊接和应力消除技术、无损检测技术已经成熟。高强度钢压力钢管焊接采用80%氩气和20%二氧化碳混合气体保护的脉冲电源全位置自动焊接新技术已推广使用；振动时效技术、爆炸消除焊缝残余应力技术和智能超声波检测（衍射时差——TOFD探伤）技术在大型钢闸门制造中应用成功，使我国又具备了一种高效的应力消除和无损检测手段，并具有环保、健康和节能的综合效果。

（9）采用调心定轮的平面钢闸门、支撑滑道为减磨自润滑材料的平面滑动闸门及大型链轮平面闸门、面板经机加工的偏心铰弧形闸门以及人字闸门采用支撑与止水合为一体的刚性支撑及底枢轴瓦自润滑轴承等技术的不断进步，在三峡水利枢纽工程船闸人字门和小湾水电站放空底孔事故平板链轮门等大型闸门的制造中得到充分的考验和检验，小湾水电站平板链轮门160m的设计挡水水头和远高于国标制造精度的技术条件将我国水工闸门制造技术提升到了世界领先的水平。

（10）高电压等级（500kV及以上）封闭组合电器设备GIS、GIL（含高落差式）的安装、调试技术，超大容量三相整体变压器、三相组合式变压器和新型大容量壳式组合变压器现场安装技术已经成熟，安装质量达国际先进水平。

（11）可逆式抽水蓄能机组启动试运行试验技术不断完善，在世界上第一次对可逆式抽水蓄能机组启动试验程序、试验要求及启动试验、验收的技术阶段作了明确的界定，大大缩短了我国抽水蓄能电站机组启动调试的必要时间。

（12）大型灯泡贯流式水轮发电机组、大型冲击式机组安装技术已经成熟。安装工艺进一步熟练，成熟的安装工艺已编制形成了行业技术标准和相应的工艺规范。

（13）掌握了以新型自动化监测元件和装置为基础的水电站计算机监控系统和状态监测系统的安装和调试技术，对判断机组运行稳定性和发电设备的运行状况起着重要的作用，为机组运行诊断专家系统的建立和使用提供了相对真实的信息数据。

（14）依托成熟的施工经验，制定发布了大量工艺导则、技术规范、质量标准和启动试验规程等标准，形成了当今世界上最丰富、最全面、最合理、最系统的机电安装施工标准化体系，为确保我国机电安装工程质量提供了最重要的技术支撑，也是这个行业达到世界先进水平的重要标志。

半个多世纪以来，尤其是得益于改革开放以来大量进口的机组设备，通过我国水电建设者和工程技术人员不断实践和技术创新，我国水电机电安装行业完成了由工艺性安装转变为研究性安装、由从动操作转变为主动操作、由粗放型经营转变为集约型管理的蜕变，实现了与国际全面接轨，我国水电机电安装施工技术已整体达到国际领先水平。

1.1.4　安装技术发展与展望

“十二五”期间，在建水电工程规模达85000MW，投产装机容量将达71000MW，而到2020年年底，我国的水电装机规模将达到420000MW，完成绝大部分的经济可开发水电工程的建设。

第十三个五年计划将建设多座抽水蓄能电站和高水头长距离送电的巨型常规水电站，总体可分成如下几类：

（1）以金沙江、雅砻江、澜沧江流域一批新建大型水电站项目为代表的600～1000MW巨型水轮发电机组和相应机电设备的安装。

（2）以呼蓄、仙游、清原、洪屏、仙居、敦化、丰宁等新建抽水蓄能电站为代表的300～400MW级高扬程可逆式蓄能机组及启动设备的安装以及在不同上下水库蓄水条件下，机组不同启动方式和调试、试验。后期的交流励磁可变速发电电动机的安装。

（3）以蜀河、沙坪、黄丰、峡江、岳州、岷江下游等水利水电工程为代表的一大批30～60MW低水头灯泡贯流式机组的安装。

（4）以吉牛、那邦、鸭嘴河、玛依纳、厄瓜多尔—科卡科多辛克雷等中外国家特殊水电工程为代表的一批高水头（600m以上）大容量（120MW以上）多喷嘴冲击式水轮机组的安装。

（5）以桐子林、安谷、枕头坝、大藤峡等为代表的150～250MW级低水头大型轴流转桨式水轮机组的安装。

上述在建工程基本构成了2015年以后我国水电机电设备的安装格局，相应的机电安装技术也必将围绕着这些工程的建设和投产而继续展开，它们将是：

（1）1000MW级超大型水电机组定、转子装配中的结构刚强度及装配应力控制技术、超大型转子磁轭加温热套技术；散件转轮在现场组装、焊接、消应、加工和静平衡验收技术及相关标准。降低大型、超大型发电机定子机座及铁芯运行振动、提高其稳定性的安装工艺技术和结构优化研究。

（2）大型机组埋件现场制作工艺流程的规范化与制造方式的产业化，埋件制造技术的进一步革新。

（3）内冷电机绕组的安装与试验（包括检漏、水力和电气试验）技术，水处理系统或冷却介质参数与机组联合启动调试技术。

（4）超大容量、高铁芯全空冷电机的安装技术和工艺，定子、转子绕组的温升、温差控制技术。

（5）超大型机组整体装配中的同心度控制技术、总装配技术研究（联轴工艺、轴线垂直度、同心度、径、轴向间隙、受力、高程等调整工艺）。

（6）800MVA及以上各种形式大容量变压器的运输、安装和试验，其中包括局放试验的要求和试验方法。

（7）750kV及以上超高压电气设备的安装试验技术和相关试验设备的应用。

（8）研究从安装调整工艺上保证高转速可逆式抽水蓄能机组转动部件运行安全和稳定性的措施。使可逆式机组启动试验、调试技术进一步成熟，工况转换智能化程度和转换成功率的进一步提高；着手研究交流励磁可变速发电电动机及其励磁、调速系统的安装、调试技术。

（9）积极做好水头为2000m级、单机容量达400MW以上的冲击式水轮机组的安装技术准备。

（10）大型灯泡贯流式发电机冷却系统的改进和安装技术，灯泡机组轴线调整标准的进一步规范、灯泡机组振动标准的确定与振动现场监测技术的研究。

（11）水电站与电力系统之间长距离线路条件下调试和送出试验的研究与操作技术。

（12）机组运行状态在线监测技术进一步实用化和标准化，其中包括对机组稳定性监测和故障诊断技术，促使在水电站计算机监控系统的安装、调试中将这部分相对独立的系统包括进去，掌握其工作原理和智能软件。

（13）水电机组安装技术标准体系的最终建成和技术标准的国际化输出。