王　艷，肖　晉，姚志國，毛志云，祝達(dá)康

(1.許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌 461002；2.國網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122)

一種新型換流閥閥塔現(xiàn)場安裝技術(shù)

王艷1，肖晉1，姚志國1，毛志云1，祝達(dá)康2

(1.許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌 461002；2.國網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122)

摘要：隨著特高壓直流輸電的大力發(fā)展，換流閥作為輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，受到越來越廣泛的關(guān)注。換流閥閥塔現(xiàn)場安裝是換流閥投運(yùn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，換流閥現(xiàn)場固定方式主要包括支撐式和懸吊式等2種。針對現(xiàn)有懸吊式閥塔安裝方式的弊端，研究提出了一種新型的換流閥閥塔安裝技術(shù)，該方法使大部分安裝工作都從高空轉(zhuǎn)移到地面上完成，安裝人員不需要長時(shí)間進(jìn)行大量的高空作業(yè)，從而大大降低了安裝難度，提高了現(xiàn)場安裝效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電；換流閥閥塔安裝；傳統(tǒng)安裝技術(shù)；新型安裝技術(shù)

隨著“特高壓治霾”理論的提出，“十三五”規(guī)劃綱要強(qiáng)調(diào)要進(jìn)一步擴(kuò)大西電東輸?shù)囊?guī)模，發(fā)展特高壓、大容量、高效率和遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)。直流輸電技術(shù)以其獨(dú)具的特點(diǎn)將在我國未來電網(wǎng)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用[1-3]。

換流閥是高壓直流輸電過程中實(shí)現(xiàn)電能整流和逆變轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備。換流閥對提升直流輸電系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用，是國家大力提倡發(fā)展、鼓勵(lì)創(chuàng)新的技術(shù)。換流閥閥塔現(xiàn)場安裝技術(shù)是換流閥設(shè)備順利投運(yùn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其直接決定了換流閥設(shè)備乃至整個(gè)直流輸電線路能否長期、安全和可靠運(yùn)行。本文主要分析現(xiàn)有換流閥2種不同的安裝方式和適用范圍，并根據(jù)現(xiàn)有換流閥安裝方式存在的不足和弊端，研究提出了一種新型的換流閥閥塔現(xiàn)場安裝技術(shù)。

1換流閥現(xiàn)場固定方式

目前，常規(guī)直流輸電換流閥主要采用晶閘管串聯(lián)方式，輕型柔性直流輸電主要采用IGBT串聯(lián)方式。為了實(shí)現(xiàn)輸送容量的要求，需要將大量的晶閘管或IGBT進(jìn)行串聯(lián)連接。為了便于現(xiàn)場安裝、試驗(yàn)和運(yùn)輸，換流閥采用模塊化設(shè)計(jì)，不同模塊采用一定順序連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的電氣單元。換流閥主要采用戶內(nèi)安裝，換流閥在閥廳固定方式主要包括支撐式和懸吊式等2種。

1.1支撐式固定方式

支撐式固定方式主要用于輸送容量較小的直流輸電工程領(lǐng)域，其是借助支撐式絕緣子實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)支撐。在早期的常規(guī)低功率直流輸電工程中，換流閥閥塔主要采用支撐式的現(xiàn)場固定方式(見圖1)。目前，投運(yùn)的輕型柔性直流輸電由于其輸送容量較小，電流、電壓等級(jí)較低，普遍采用支撐式方式(見圖2)。

圖1　支撐式常規(guī)直流輸電換流閥　　　　圖2　支撐式柔性直流輸電換流閥

支撐式固定方式特點(diǎn)如下。

1)支撐式安裝簡便，對閥廳屋架強(qiáng)度要求不高；但是對閥廳地面基礎(chǔ)強(qiáng)度及平整度要求較高。

2)不適合用在地震活動(dòng)區(qū)或抗震要求高的場合。

3)為了增加結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，需要增添更多支柱型絕緣構(gòu)件，使支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，閥整體質(zhì)量增加。

4)支撐式固定方式采用自下而上依次疊層安裝，閥塔整體高度相對較低，現(xiàn)場施工作用高度相對懸吊式較低，安裝方便；但是隨著特高壓直流輸電的發(fā)展，電壓等級(jí)越來越高，工程需要的模塊越來越多，換流閥的高度也逐漸增加，采用該安裝方式將不能夠滿足安裝現(xiàn)場對抗震等級(jí)的要求。

支撐式固定方式以其自身的優(yōu)點(diǎn)，在電壓等級(jí)相對較低的輕型柔性直流輸電中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。

1.2懸吊式固定方式

目前，國際上先進(jìn)的換流閥技術(shù)在結(jié)構(gòu)上都是采用戶內(nèi)柔性懸吊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見圖3)。換流閥懸吊部分的作用主要是將閥塔通過絕緣子連接，組成一個(gè)水平方向可任意擺動(dòng)的柔性結(jié)構(gòu)，以滿足抗震要求。

圖3　戶內(nèi)懸吊式閥塔結(jié)構(gòu)

該固定方式的特點(diǎn)是閥層間采用具有足夠強(qiáng)度的層間懸吊絕緣子，由于連接部分設(shè)計(jì)有鉸鏈機(jī)構(gòu)，可以有效降低地震波作用下閥塔的內(nèi)部應(yīng)力，提高閥塔整體抗震性能，因此，該種安裝方式是當(dāng)前高壓直流輸電工程主流的固定方式。

2換流閥傳統(tǒng)安裝技術(shù)

戶內(nèi)懸吊式閥塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，而且具有良好的抗震性能。換流閥閥塔通過具有柔性結(jié)構(gòu)的懸吊式絕緣子固定在閥廳頂部鋼梁處，自上而下依次懸掛屏蔽罩、閥層組件等設(shè)備，整個(gè)安裝過程需要借助電動(dòng)葫蘆和升降平臺(tái)完成。傳統(tǒng)的安裝方式如圖4所示，安裝過程主要依賴升降平臺(tái)把技術(shù)人員送至高空中，借助固定在閥廳頂部鋼梁上的電動(dòng)葫蘆，吊起地面相關(guān)組件，安裝人員需在高空中完成閥塔的一系列裝配工作。

圖4　換流閥傳統(tǒng)的安裝方式

傳統(tǒng)的安裝方式主要有如下特點(diǎn)。

1)由于現(xiàn)場閥廳高度的限制，導(dǎo)致閥塔安裝的主要工作均為高空作業(yè)(見圖5)。

圖5　閥塔高空作業(yè)

2)安裝人員大多是借助升降平臺(tái)，在升降平臺(tái)上或者閥塔上進(jìn)行高空作業(yè)，這樣大大增加了現(xiàn)場施工的難度和強(qiáng)度。

3)現(xiàn)場安裝過程需要將升降平臺(tái)頻繁升降，對升降平臺(tái)的性能要求很高。

目前，換流閥閥塔主要采用傳統(tǒng)的安裝方式，幾乎所有工作均為高空作業(yè)，不僅現(xiàn)場安裝效率較低，而且施工難度較大，對升降平臺(tái)的性能要求很高，經(jīng)常出現(xiàn)由于升降平臺(tái)連續(xù)工作出現(xiàn)故障而導(dǎo)致安裝中斷。針對上述情況，本文開展了對換流閥新型安裝技術(shù)的研究。

3換流閥新型安裝技術(shù)

針對換流閥閥塔傳統(tǒng)安裝技術(shù)的弊端，新型安裝技術(shù)對換流閥整個(gè)安裝過程進(jìn)行了優(yōu)化。幾乎所有的閥塔安裝工作均不需要高空作業(yè)，操作人員只需站在地面上或者離地面很近的高度便可進(jìn)行。閥塔的主體安裝工作結(jié)束后，通過懸掛在鋼梁上的4臺(tái)同步聯(lián)動(dòng)式電動(dòng)葫蘆，整體起吊，上升到達(dá)懸掛點(diǎn)，完成閥塔的懸掛安裝。

3.1施工準(zhǔn)備

換流閥閥塔安裝前應(yīng)充分做好施工準(zhǔn)備，包括技術(shù)準(zhǔn)備、人員準(zhǔn)備、工具準(zhǔn)備和場地準(zhǔn)備等。

1)技術(shù)準(zhǔn)備。換流閥閥塔安裝應(yīng)指定1～2名技術(shù)人員在現(xiàn)場進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。施工前工程技術(shù)部門應(yīng)組織技術(shù)人員充分熟悉廠家資料、施工圖樣，編制并報(bào)批換流閥施工方案，對安裝人員進(jìn)行換流閥安裝培訓(xùn)及施工方案的交底。

2)人員準(zhǔn)備。設(shè)備廠家和項(xiàng)目部均應(yīng)組織有豐富安裝施工經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)熟練的安裝人員進(jìn)行換流閥的安裝。升降平臺(tái)操作、起重指揮、施工臨時(shí)電源使用、高空作業(yè)及其他機(jī)械使用等人員應(yīng)經(jīng)專門培訓(xùn)，考核合格后持證才能上崗。

3)工具準(zhǔn)備。閥廳需要準(zhǔn)備的安裝工具主要包括升降平臺(tái)、同步聯(lián)動(dòng)式電動(dòng)葫蘆、尼龍吊帶以及其他小型工具等，工具投入使用前應(yīng)做好性能測試及保養(yǎng)，確保使用安全。

4)場地準(zhǔn)備。換流閥安裝對現(xiàn)場施工環(huán)境要求較高，故換流閥閥塔設(shè)備安裝前，閥廳土建施工完畢且進(jìn)行了全封閉，空調(diào)系統(tǒng)投入運(yùn)行，換流閥設(shè)備廠家對閥廳環(huán)境檢查確認(rèn)后方可安裝施工。

3.2閥塔安裝

1)閥塔吊裝準(zhǔn)備。利用升降平臺(tái)，首先確定閥塔頂部鋼梁上的吊點(diǎn)，將電動(dòng)葫蘆固定在閥廳頂部鋼梁合適的位置上。

2)安裝頂部柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)和懸吊絕緣子。按照圖樣，先安裝頂部柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，在安裝鉸鏈機(jī)構(gòu)時(shí)，需仔細(xì)核對并保證設(shè)備安裝位置及預(yù)留孔位置正確，然后安裝閥廳頂部懸吊絕緣子和避雷器絕緣子，絕緣子通過U型螺栓懸掛(見圖6)。絕緣子安裝前用一層塑料薄膜包裹絕緣子，以防止灰塵，在閥塔電氣試驗(yàn)前除去。懸吊絕緣子安裝完畢后，通過U型螺栓調(diào)整絕緣子底部連接孔到閥廳鋼梁下表面的距離。閥塔安裝絕緣子處的安裝長度待整體安裝完成后再進(jìn)行調(diào)整。懸吊絕緣子安裝時(shí)應(yīng)注意不能劃傷硅膠絕緣子傘裙。

圖6　懸吊絕緣子安裝

閥塔是由頂部柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)和絕緣子共同提供懸掛支撐，頂部柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，能保證閥塔整體吊點(diǎn)處于同一水平上，保證各絕緣子所受載荷一致，具體示意圖如圖7所示。

圖7　懸吊絕緣子安裝示意圖

3)閥塔本體安裝。

a.頂部框架安裝。借用專用工裝托起頂部框架，頂部框架上預(yù)裝好頂部屏蔽罩，通過4臺(tái)同步聯(lián)動(dòng)式電動(dòng)葫蘆吊裝，把頂部框架從地面起吊，升高到方便安裝人員在地面上進(jìn)行下一步操作的高度停止，安裝人員在地面上完成頂部框架的安裝。

b.閥層設(shè)備安裝。待頂部框架安裝完成后，通過4臺(tái)同步聯(lián)動(dòng)式電動(dòng)葫蘆起吊到合適位置，安裝人員在地面上依次完成閥層設(shè)備的組裝，具體步驟是：首先安裝第1層閥層設(shè)備，然后通過4臺(tái)同步聯(lián)動(dòng)式電動(dòng)葫蘆起吊到合適高度，再開始第2層閥層設(shè)備安裝，按此順序依次自上而下完成所有閥層設(shè)備安裝，具體安裝步驟示意圖如圖8所示。

c.閥塔底部框架安裝。閥層設(shè)備安裝完畢后，地面安裝人員安裝閥塔底部框架，底部框架主要包括底部鋁排、維護(hù)平臺(tái)和底部屏蔽罩。

圖8　安裝步驟示意圖

3.3吊裝設(shè)備移除

閥塔安裝工作結(jié)束后，拆除頂部的專用工裝和4臺(tái)同步聯(lián)動(dòng)式電動(dòng)葫蘆，閥塔安裝完成示意圖如圖9所示。

圖9　閥塔安裝完成示意圖

4結(jié)語

新型換流閥安裝技術(shù)主要特點(diǎn)是將傳統(tǒng)的高空作業(yè)內(nèi)容轉(zhuǎn)移到地面上，不僅提高了安裝效率，降低了安裝難度，而且還不會(huì)出現(xiàn)由于升降平臺(tái)發(fā)生故障而導(dǎo)致安裝中斷現(xiàn)象。由于現(xiàn)場施工作業(yè)主要在地面上進(jìn)行，有利于現(xiàn)場安裝工藝的執(zhí)行和監(jiān)督，現(xiàn)場安裝過程可控，安裝質(zhì)量大大提升，為換流閥安全、可靠運(yùn)行提供了有利保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉振亞.全球能源互聯(lián)網(wǎng)[M].北京：中國電力出版社，2015.

[2] 劉振亞，舒印彪，張文亮，等.直流輸電系統(tǒng)電壓等級(jí)序列研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008,2(10)：1-8.

[3] 程穎菲，吳桂良，王東陽.橫塊化多電平換流器型高壓直流輸電的非線性解耦控制[J].新技術(shù)新工藝，2015(5)：21-25.

責(zé)任編輯彭光宇

A New Type of Converter Valve Tower Installation Technology

WANG Yan1，XIAO Jin1，YAO Zhiguo1，MAO Zhiyun1，ZHU Dakang2

(1.Xuji Group Corporation, Xuchang 461002, China;

2.State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122,China)

Abstract：With the developing of UHVDC high voltage direct current transmission, converter valve as the core equipment of transmission system is absorbing more and more attention, and its installation plays a key role in operation of the converter valve. Now, the converter valve fixed method includes the supporting and suspension type, and this paper is aimed at the disadvantages of the existing suspension type, put forward a new technology of converter valve tower installation. This technology can make the most of the installation work on the ground, the installers don’t need to do a lot of long time aerial work, which can greatly reduce installation difficulty and improve work efficiency and quality.

Key words:UHVDC transmission， converter valve tower installation， traditional installation technology， new installation technology

收稿日期：2015-06-23

作者簡介：王艷(1989-)，女，碩士，主要從事電力設(shè)備結(jié)構(gòu)、熱設(shè)計(jì)等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TB 21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A