大型水輪發電機組A級檢修(改造)本質安全設施的探索與實踐

唐婷婷，王 烜

(國能大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

瀑布溝水電站是國家能源集團目前裝機最大的水電廠，該電站裝設6臺混流式機組，其中3臺GE機組、3臺東電機組，單機容量600 MW，多年平均發電量147.9億kWh。電站機組運行年限已超10年，機組各部件性能有所疲勞損傷，需A修對機組固定部件、中心、轉輪室空蝕、磁極、線棒絕緣、定子轉子圓度等進行維護檢修。但多處作業位置無人身安全防護系統或專用檢修平臺，導致人員作業風險、作業難度增加，作業效率無法保證。根據現場實際情況，針對大型機組檢修特性，結合各高處墜落風險區域、人員作業位置展開排查，結合本質安全和新材料、新工藝，以及國家能源集團大渡河流域各電站安全設施的探索實踐，目前形成一套安全高效的水輪發電機組A級檢修(改造)本質安全設施[1]。且該套本質安全設施均可滿足瀑布溝水電站GE機組和東電機組兩種機型通用共享。

1 目前瀑布溝水電站水輪發電機組檢修安全設施現狀

瀑布溝水電站機組運行年限已超10年，雖每年各臺機組都要進行常規性B修、C修，但機組各部件性能有所疲勞損傷，設備急需A修(改造)。而用于預防生產安全事故的安全設施仍為建設時期所配備，機組A修(改造)缺乏各種專用檢修平臺和個人安全防護系統。

1)工字鋼型尾水檢修平臺。電站建設時期配備的尾水檢修平臺[2]為工字鋼結構，重量大，搭設平臺需要投入大量的人力、物力，人員安裝難度、強度、安全風險較大，且平臺面板為單層鋁防滑板螺釘把合，強度不夠、受力不均，長期使用已出現變形、翹板等金屬疲勞現象。

2)腳手架式臨時檢修平臺。機組A修(改造)拆、裝機中以及大部件檢修時，需要搭設大量的腳手架形成臨時檢修平臺。按國標搭拆腳手架需要花費大量的人力、物力和時間，且腳手架鋼管各端部均需做好安全防護措施和安全文明標識，鋼管、木質腳手板長時間沾染油、水使得作業環境臟污易造成人員滑倒，且檢修人員上下攀爬腳手架存在一定的墜落風險。

3)移動式臨時安全圍欄。機組A修(改造)拆機后，出現了很多設備孔洞。這些孔洞大多采用移動式安全圍欄作為臨時遮欄，雖有警告標識，但圍欄基礎未固定、易移動，無法承受國標要求的沖擊力，故未能將電站現場參觀和作業人員完全隔離在實際危險區域以外。

4)高處作業風繩式固定掛點。機組檢修中多處無專用安全帶系繩固定掛點，為避免人員高空作業時發生墜落事故，常采用安全風繩作為安全帶系繩臨時掛點。但安全風繩設置凌亂、長短不一且無緩沖裝置，易造成作業人員行走磕絆，且一旦發生墜落無法保證作業人員的安全下降空間，使作用在人體的沖擊力將超出人體可承受范圍易造成人員傷亡。

2 瀑布溝水電站水輪發電機組A修(改造)本質安全設施的實踐

2.1 主廠房橋機兩邊人行通道和橋機本體水平防墜系統

瀑站主廠房有3臺橋機，橋機兩端人行通道和橋機本體箱梁、端梁四周通道及作業區域空間狹窄、臨空近20 m，增設安裝的橋機兩端人行通道和橋機本體水平防墜系統主要用于人員在橋機兩端人行通道和橋機本體箱梁四周通道及作業區域搬運物資、行走和作業。

水平防墜系統為單根不銹鋼鋼絲繩形式，沿橋機兩端人行通道和橋機本體四周水平布置[3]。該水平防墜系統無需他人協助、單人操作即可使用，其配備的開口滑塊能夠在鋼絲繩上實現無障礙順暢滑動到達各作業地點，并能夠在防墜系統鋼絲繩上任意位置點安裝或取下。另開口滑塊具備只有在兩個連續明確的動作才能打開的特點，確保在非故意條件下誤開，提高了系統的安全性。若人員發生墜落通過系統緩沖器使作用于人體的沖擊力不超過6 kN，有效起到緩沖作用確保人員安全。

2.2 發電機機坑專用可拆卸固定式安全圍欄

瀑布溝水電站機組上機架和轉子吊出后，機坑深約5 m，直徑約17.45 m，增設安裝的機坑專用可拆卸固定式安全圍欄用于防范外賓參觀和檢修人員作業高處墜落安全隱患。

該安全圍欄基礎預埋件從機組機坑內開挖、預埋、澆筑、封焊、引出，基礎預埋件與機坑地坪無縫連接，不影響機組發電機層地坪表面。圍欄立柱與基礎預埋件通過過渡板采用螺栓連接。附欄下端加裝踢腳板并根據現場檢修電源位置預留1個電纜孔洞，另附欄上安裝激光掃描的安全文明標示美觀大方。圍欄立柱、附欄、過渡板可通用互換。圍欄安裝完成后各部位欄桿頂部每一點都能承受水平方向不小于890 N靜載荷，滿足國標要求，牢固可靠。該套固定式安全圍欄為可拆卸式，瀑站6臺機組檢修可通用共享。

2.3 發電機轉子水平防墜系統

拆機后轉子磁極、風斗等檢修處理均需在轉子上方邊緣處進行，臨空約5 m，增設的轉子水平防墜系統為轉子上作業人員提供有效的安全防護。

通過計算轉子邊緣作業位置和安全帶系繩長度確定水平防墜系統弦長，將轉子水平防墜系統布置成正九邊形，作業人員利用該系統開口滑塊懸掛安全帶系繩后即可順暢通行并可達到轉子邊緣各作業部位，確保了作業人員有一個合理的工作空間。9個支撐點底座法蘭進行了減重優化，重量不大于2 kg，通過轉子動平衡校核計算滿足動平衡要求。若人員在作業中發生墜落通過系統緩沖器使作用于人體的沖擊力不超過6 kN，有效起到緩沖作用確保人員安全。此外，該套轉子水平防墜系統可滿足6臺機組轉子檢修通用共享。

2.4 發電機定子可拆卸鋼絲繩式安全護欄

轉子吊出后，定子上部兩邊臨空約6 m且空間狹窄，檢修人員對定子上部槽楔、線棒、匯流排絕緣處理時缺失專用安全防護設施，存在高處墜落安全隱患，增設的定子可拆卸鋼絲繩式安全護欄確保了定子上檢修人員人身安全。

定子可拆卸鋼絲繩式安全護欄由16根高1.8 m的支撐柱沿機組定子外殼圓周布置，支撐柱與上機架支墩基礎法蘭連接，相鄰支撐點弦長不超過3 m。每支撐柱頂部兩端各安1個M30吊環，通過φ16不銹鋼軟鋼絲繩、繩卡、缷扣和緊線器串連成兩環狀安全護欄，便于人員懸掛安全帶系繩順暢到達定子上部各作業位置。每支撐柱頂部能承受水平方向不小于30 kN靜載荷，滿足定子上部槽楔、線棒、匯流排絕緣處理等多人同時使用需求。

2.5 發電機下機架定子檢修平臺

機組下機架上表面至定子上表面約4 m高且下機架上布滿設備孔洞、無人員作業和設備工裝擺放空間，增設的下機架定子檢修平臺可保證定子槽楔、線棒檢修工作安全高效的進行。

下機架定子檢修平臺直徑為φ13.5 m，平臺框架材料采用16號工字鋼，平臺蓋板采用δ5的Q235B花紋板。因機組推力軸承擋油管不能拆卸，故定子檢修平臺設計成階梯式。平臺采用8瓣組合方式，通過16根可調節式支撐柱，用把合螺栓連接為同一高程整體作業平面，便于設備工裝和快裝外凸內凹扇形鋁合金移動式檢修平臺的擺放和使用。另下機架定子檢修平臺隱藏了測圓架基礎和機組中心測量孔洞，便于后期機組中心測量和定子圓度處理。

2.6 發電機定、轉子共用的快裝外凸內凹扇形鋁合金移動式檢修平臺

為保證定、轉子檢修作業的高效安全，創造性的將檢修平臺面板設計成外凸內凹的扇形結構形式使平臺更貼合定、轉子檢修作業面，方便安全高效作業。

定、轉子共用的快裝外凸內凹扇形鋁合金移動式檢修平臺利用新型航空級鋁合金制作而成，平臺面板采用框架閉鎖結構，單個平臺面板承重可達到600 kg。扇形面板可180°旋轉，使得內凹面貼合轉子檢修、外凸面貼合定子檢修，最大程度利用平臺外形特點來保障定子和轉子通用。當檢修作業面較大時，可隨機連接多個快裝式檢修平臺形成環狀作業平臺面，平臺面板連接處順暢、無孔洞，方便人員直接在多個平臺面板上安全行走、作業。

此外，帶滾輪的調整腳可方便作業人員移動平臺至所需檢修位置后鎖止，通過延伸架和連接桿的不同組合方式以及調整平臺板在延伸架橫桿上的搭設位置、或者調整調整腳的高度，可在0.7～4 m之間的任意高度搭設作業面，便于檢修人員靈活使用。

2.7 機組下導懸掛式檢修平臺

拆裝大型混流式水輪發電機組下導軸承或機組A修拆裝水發聯結螺栓時搭設的傳統腳手架導致下方水導部分無法開展作業，增設的機組下導快裝懸掛式鋁合金檢修平臺可同時滿足下導和水導開展作業。

為達到懸掛式檢修平臺設計荷重，機組下導懸掛式檢修平臺主體結構采用高強度航空級鋁合金并通過梯形構架加內三角結構將平臺荷重受力傳遞到大軸上。平臺踏板采用高強度鋁合金型材焊接，外側安裝高強度鋁合金爬梯用于人員上下。該平臺首次采用懸掛式搭接方式，通過壁撐將平臺受力傳遞到大軸上，懸掛方式克服了常規腳手架搭設模式下時間和空間的局限性，可同時滿足檢修人員進行下導和水導檢修工作，不影響調速環動作試驗。該平臺具有搭拆簡單、結構穩固、干凈衛生、平整防滑、安全實用等優點，不僅減輕了人員搭設平臺的勞動強度，還大幅度提高了檢修效率，保障了作業安全。

2.8 高強度鋁合金型尾水檢修平臺

尾水檢修平臺主要用于轉輪體、轉輪室水流沖刷、空蝕等修復處理以及機組擴大性檢修中心測量，增設的新型航空級鋁合金尾水檢修平臺[4]便于人員安全高效作業。尾水檢修平臺主要材料采用6082T6高強度鋁合金材質制造，最大單件重量不超過50 kg，平臺總重量不超過1 000 kg，便于運輸和安裝。主梁和次梁采用矩形桁架結構，優于常用的單片桁架結構或工字鋼結構；平臺面板采用型材一體成型，且采用插接方式安裝，表面平整、美觀耐磨、防滑防火。新尾水檢修平臺主梁搭設完畢后，作業人員可直接從人孔側鋪設插銷式平臺面板，消除了舊平臺安裝人員必須騎在工字鋼主梁上懸空搭設的作業風險。平臺安裝完成后與尾水錐管間隙不大于50 mm，保證了平臺上檢修人員的安全。尾水檢修平臺采用新材料、新工藝，總體強度高、荷載大、重量輕，極大地縮短了搭設時間、減輕了作業人員勞動強度。

3 結 語

通過多年不斷的探索改進，認真研究和分析在大型混流式水輪發電機組A級檢修(改造)作業中有哪些潛在危險，推測發生各種潛在危險的因素，從本質安全上提出防止各種潛在危險性及防范這些危險的方法，實際運用了該套本質安全設施。該套本質安全防護設施的設計、制造和使用等都考慮了其安全可靠性、實用性，以科技手段滿足了大型水輪發電機組A級檢修(改造)人員的作業安全需求。該套本質安全設施采用的快速搭設方式節省了大量的人力、物力，美觀、簡潔、實用，有效防范化解重大風險，為安全高效進行設備檢修打好作業基礎，值得在大型水輪發電機組A級檢修(改造)的水電站中推廣應用。