特高壓換流站換流閥安裝關鍵施工技術

楊松

國網四川電力建設工程咨詢有限公司 四川成都 610056

特高壓直流輸電工程項目電壓提升的同時其輸送容量也在不斷增加，由此導致對換流閥的要求也在不斷增加。鑒于此，一定要做好新設計和新工藝研發工作。尤其是在安裝換流閥的過程中，需要針對影響特高壓直流輸電換流閥產品的各項因素展開分析和質量控制，這樣可以保障換流閥的穩定性[1]。本文以特高壓直流輸電工程項目為例，對特高壓直流輸電換流閥的安裝控制過程展開分析和研究。

1 特高壓直流輸電工程及換流閥介紹

1.1 換流閥主要設備組成

一般情況下，特高壓直流輸電工程項目的電壓等級可分為±800kV和±1100kV。其電流值域為4000安倍到6250安倍不等，其額定的容量在6400MW～12000MW之間。舉例來說，以某直流輸電工程項目為例，該項目的電壓為±800kV，額定容量為6400MW。該閥組內含有一個閥廳。由此導致不同的換流站可分為四個獨立的閥廳：極1高端閥廳和極2低端閥廳、極1低端閥廳、極2高端閥廳、極2低端閥廳。

換流閥設備主要采用空氣絕緣和水冷卻結構為主的戶內懸吊式雙重閥結構構成。不同的閥廳換流閥閥組分別借助冷卻水管系統、管母金具以及換流閥冷卻系統、變壓器設備連接，不同的閥組對應不同的單元。在針對換流閥進行設計的過程中，在計入各類因素如電壓和絕緣配合、閥電子電路單元的抗電磁干擾等等情況下，為了確保設備的電氣性能要求和安裝要求，需要嚴格根據特定的裝配工藝來對換流閥的各個組件部分進行專業化組裝。下文將依據換流閥的結構組成對換流閥安裝過程中控制流程進行分析。

1.2 換流閥工作原理

換流器的主要連接方式均采用12脈動換流器。12脈動換流器的工作原理是利用交流系統的兩相短路電流來進行換相。為降低諧波，將兩組三相橋6脈動串聯形成12脈動閥組，其交流側通過換流變壓器地網側繞組而并聯。換流變壓器的閥側繞組一個為星形接線，而另外一個為三角形接線，從而使兩個6脈動換流器的交流側得到相差30°的換相電壓。給出了當采用兩組雙繞組變壓器時的12脈動換流器原理接線圖。隨著換流器負荷的增大，換相角μ也增大，其結果使6個閥同時導通的時間延長，相應的5個閥同時導通的時間縮短。當μ=60°時，“5-6”工況即結束。在正常運行時，μ＜30°時不會出現“5-6”工況，只有在換流器過負荷或交流側電壓過低時，才可能出現μ＞30°的情況。

2 特高壓直流輸電換流閥現場安裝質量控制

2.1 特高壓直流輸電換流閥產品制造環節

一般情況下，特高壓直流輸電換流閥產品的制造流程可以分為兩大階段：第一階段的核心工作就是在廠內開展特高壓換流閥的設計、相關零部件加工、采購以及廠內部件檢查和組裝等工作，第二階段的工作地點主要集中在現場的換流站內，核心內容為針對4個閥廳換流閥閥塔進行組裝以及開展系列的特高壓換流閥現場試驗工作等等。由于不同的階段制造目標均不相同，所以需要在確保質量的前提下保障產品的性能[2]。

2.2 特高壓直流輸電換流閥產品制造依據

就特高壓換流閥產品的相關指標和特性來說，均包含在相應的合同條款內部。即要求在設計階段要借助設計輸入、輸出以及評審和質量控制等將產品標準和用戶的各項需要量化到設計圖紙和資料中。由此可知，該產品的技術圖紙和技術文件將成為生產環節的重要線索。為了針對特高壓直流輸電換流閥相關的入技術方案、質量標準等表格數據展開有效管理，需要秉承閥組廠商給出的技術資料和圖紙進行質量條款的制定[3]。

2.3 特高壓直流輸電換流閥現場安裝過程控制

特高壓直流輸電換流閥的現場安裝調試工作作為該產品生產制造的關鍵環節，同時也是重點環節，對檢驗實體產品的性能具有重要的作用。鑒于此，要求對該階段進行控制。但是考慮到該時期現場管理人員和施工人員均來自不同的單位，會對特高壓換流閥設計接口的對接以及施工作業要求產生一定的影響，所以需要結合實際情況做好現場控制工作[4]。

3 換流閥安裝易發生的故障及處理措施

換流閥安裝常見問題有下幾個方面：①電氣連接故障。在特高壓換流閥安裝的過程中，如果不針對位于主通流回路的母線連接表面進行有效處理，極有可能導致該部分的螺釘處發熱。同時，位于RC回路的螺釘如果擰得不緊，可能也會導致部分區域過熱嚴重的還會產生電弧。②光路連接的故障。在特高壓換流閥安裝的過程中，光纜安裝不到位會導致光纜被損壞，甚至還會導致光信號減弱，對后期觸發晶閘管會產生一定的影響。此外，相應的阻燃包如果沒有被安裝在合適的位置，也可能會埋下一些火災隱患。③水路連接的故障。在該工程項目中，水管接頭安裝位置不正確，也可能會導致水滲漏，進而對水管和電極管產生一定的影響。④在工程項目中，技術人員沒有做好換流閥結構部件的安裝工作也可能導致換流閥質量降低。鑒于此，在實際的工程項目之中，可能存在一部分地面絕緣固定支架和閥塔上的部件被人為的安裝錯誤的情況，如果此時進行重新安裝，可能會導致后期的工期被延誤。⑤換流閥接口故障。與換流閥接口的水冷系統的主進出水管位置不對，造成無法對接等。⑥其他原因引起的故障。在實際的安裝過程中，換流閥接口和水冷卻系統的位置如果不正確，可能會對后期的安裝工作產生影響。鑒于此，在起吊和轉運的過程中一定要格外認真，避免對部件產生損壞。一旦部分部件損害，短期內會對工期產生影響[5]。

4 換流閥安裝過程中質量的管控措施

為了確保特高壓換流閥的安裝質量和效果，可以采取以下措施：①強化設計圖紙的審核力度。設計圖紙是后期施工的重要參考依據，設計圖紙的合理與否直接關系著后期施工質量的高低。因此，做好設計圖紙的全面審核工作則顯得尤為重要。監理項目部應做好設計圖紙的審核工作，特別重視施工中的一些關鍵環節，對在審核中發現的不合理之處應及時指出，請設計師及時修改。②可以通過制定相應的換流閥安裝調試項目工程進度表然后根據完工日期進行倒推，這樣可以確保工程質量，同時還可通過制定4個閥廳和閥組的安裝調試進度表和不同閥廳閥組的安裝進度表進行人員和項目的分工。除此之外，還要做好換流閥安裝施工方案交底工作。主要的交底內容包括換流閥設備的介紹、換流閥閥組整體的布局以及不同結構閥塔的分布情況以及相關的換流閥接口技術要去等等。③換流閥安裝關鍵工序控制。還需結合換流閥圖紙和換流閥安裝操作的相關說明書來做好換流閥安裝工作，盡量減少不必要的工序，將較多的安裝項目進行細化。同時，還要做好工序作業檢查卡的編寫工作，針對作業內容、安裝工藝以及相關的技術標準來進行工程項目施工。④監理實施細則編制。監理部門還應結合設計圖紙等相關要求，編制監理實施細則，細則中應對監理工作質量控制流程、監理工作方法等作出明確的說明。所制定的監理細則應由總監理工程師簽字確認后方可正式實施。⑤換流閥設備本體檢查和調試。在針對換流閥設備進行檢查和調試的過程中，在現場安裝工作結束后，需要及時進行清洗和檢查，并要同時做好施工人員自檢和互檢工作。還要做好水壓實驗和電氣實驗工作，針對一些新產生的問題，要及時進行跟蹤處理，然后由技術員檢查，確認換流閥全部消缺[1]。

5 案例分析

5.1 工程概述

該工程案例屬于我國大氣防污染計劃“四交四直”特高壓輸電工程中的一部分，其輸電線路總長度為1238千米，是目前世界上第二個輸送容量符合超過1000×104kW.±800kV且受端分層直接接入到交流電網的特高壓直流工程項目。

5.2 設施安裝

（1）頂屏蔽罩安裝。①頂部架的安裝。在安裝頂部架的工程項目中，需要嚴格按照以下步驟來進行安裝：首先，需要針對框架結構中間的橫梁連接體進行連接，然后借助型號為M12×50不銹鋼內六角將其螺栓連接在一起，共同穿過頂層屏蔽罩的外側部分。其次，需要針對頂層的屏蔽罩的支撐件進行安裝，需要借助型號為8×40不銹鋼內六角螺栓并采用由下往上的方式穿過，直到頂層屏蔽罩安裝結束后，再將頂屏蔽罩支撐腿和框架擰緊，安裝相應的頂部光纜槽用于支撐。要確保型號為M10×40不銹鋼內六角螺栓呈從下往上的方式穿過并擰緊。需要采用型號為用M10×20、M10×40、M8×20不銹鋼內六角螺栓光纖分線槽用于支撐頂部的框架、支撐件以及框架橫梁結構。最后還需要安裝主水管固定塊，要采用型號為M10×40不銹鋼內六角和螺栓連接在一起，并和水管固定塊連接。并要根據圖紙上的安裝要求，將分支路水管安裝在固定塊上方，上面固定塊與下固定塊用M10×55不銹鋼連接螺栓連接；安裝上母排支承，用M10×40不銹鋼的內六角連接螺栓緊固，將頂部母排支承與頂部的框架。②頂屏蔽罩安裝。在安裝頂層屏蔽罩的過程中，要將頂層屏蔽罩外側的四個吊耳用兩根型號為3t×4m的吊繩進行吊裝。需要采用型號為M8×30不銹鋼螺栓連接頂層屏蔽罩的八個支撐腿和屏蔽罩殼，然后按照力矩要求擰緊。要確保頂部的軛板連接在懸吊部分的絕緣子上面。

（2）底層部件安裝。在安裝底部絕緣螺桿的過程中，需要依靠鋁支架將絕緣螺桿的上部和下部連接在一起，然后做好底部架和底部屏蔽設備的安裝工作。除此之外，需要嚴格根據圖紙的相關要求做好鋁型材板和鋁條的安裝工作，要確保至少有一個角鋁位于長絕緣螺桿的一側。此外，要保障安裝好的底部支架和底部屏蔽設備和絕緣螺桿連接在一起，同時也可以用水平儀進行測量，確保其呈現水平狀態。還要根據圖紙的要求對鋁條和支架的距離進行調整，使用扭矩扳手緊固M30螺母，擰緊力矩為75N·m。用M12×80螺栓，將角鋁與層間母線連接，并用平墊、六角螺母、彈墊緊固，擰緊力矩79N·m。

（3）模塊安裝。在進行模塊安裝的過程中，需要應用專業的起吊設備在閥塔內安裝相應的電抗器組件和晶閘管設備。在安裝模塊的過程中，需要采用交替安裝的方式來確保閥架呈現垂直態勢。需要嚴格按照安裝順序進行安裝，如需要先安裝相應的電抗器組件、晶閘管組件，然后在鋁支架的中間安裝相應的電抗器組件，最后將晶閘管組件安裝在電抗器組件兩側即可，然后借助螺釘以及法蘭鎖等工具進行加固。

（4）平臺安裝。4個絕緣軸采用尼龍螺栓、尼龍螺母安裝在平臺上；每個雙閥閥塔的2、4層分別安裝兩個絕緣平臺，并用絕緣螺母緊固。

（5）閥層框架安裝。按照圖紙要求，安裝層間絕緣螺桿與鋁制支架，調整螺母使閥頂架與鋁支架之間的距離以及鋁制支架之間的距離，然后按圖紙要求將套筒和螺母擰緊。

（6）通流回路接頭端子發熱控制。①必須對主通流回路上的設備及金屬等連接點完成直阻測試，然后對測試數據進行記錄，然后對比質量標準作出測試結果判定，及時整改不能滿足連接需求的點，并形成相應的整改記錄檔案。②在連接設備之前，需對表面的氧化層進行打磨，可以選用400目細砂紙完成，打磨完成后用丙酮對打磨面進行清洗，清洗完成后用衛生紙或白棉布將打磨面擦干，完成上述工作后才可以進行安裝連接[2]。③在緊固螺栓時，必須按照力矩要求進行，緊固力矩應采用100%標準螺栓緊固力，緊固自檢后劃線。④閥廳的連接所采用的是：1螺母、1螺栓、2彈墊、2平墊。⑤必須對主通流回路接線端子各個設備的螺母、螺栓、等電位線進行防腐處理。⑥必須均勻涂抹電膏，避免過多涂抹而出現結塊，并對電膏型號進行記錄。

6 結語

特高壓換流閥安裝過程控制主要針對安裝階段，對換流閥制造的量化管理從技術要求方面進行思考和落實，旨在建立合同質量、設計質量、制造質量的相應有機聯系，最終實現換流閥產品全部性能目標。理解換流閥的技術性能要求和結構組成特點，在安裝換流閥時，要正確處理關鍵工序，標準化作業，實現零誤差的安裝，可以很好地實現高品質換流閥產品。