電網換流站中的閥廳頂部及引下避雷線卡具的成套優化

張 毅， 張國強

（1.國家電網公司直流工程建設分公司，江蘇常州213003；2.華東送變電工程公司，上海201803）

電網直流換流站是電力系統中的樞紐，一旦發生雷擊損壞事故，就有可能造成大面積停電，導致巨大的經濟損失，影響十分嚴重[1]。換流站主回路很多設備都是電子設備[2－3]，對雷電的耐受能力比交流系統的一次設備要弱得多，若采用傳統的避雷針保護，小的雷電流躲開避雷針的攔截進入換流站的概率仍然較大[1]；因此，必須采用密集的避雷線才能有效攔截小電流的雷電直擊[4]。閥廳是換流站的心臟部位，很小的直擊雷傳入閥廳都會造成換流閥的破壞；因此，換流站在閥廳頂部除布置有避雷針外，一般還設計有銅絞避雷線網。

在不同電壓等級換流站閥廳頂部銅絞避雷線施工圖上，各設計院均設計了銅絞避雷線的固定卡具，一般都在施工圖上注明根據示意圖的形式由現場施工單位自行加工，所以各換流站銅絞線避雷線支架的固定方式稍有不同。本文依托位于上海市楓涇鎮的葛滬直流綜合改造±500 k V楓涇換流站工程建設，重點對閥廳避雷線的固定方法進行研究，設計加工萬向式固定卡具，簡化閥廳頂部多種固定卡具為一種形式，減少卡具對閥廳彩鋼板屋面可能的損傷問題。

1 支架自攻螺釘固定式缺陷分析

閥廳設備對運行環境有較高要求，通常運行在經空調系統調控出的恒溫恒濕環境。閥廳也是一個全封閉的大尺度屏蔽室，通常具有高達40 dB的電磁屏蔽效能，可確保閥廳內部換流系統因晶閘管導通和關斷產生的輻射電磁場被限制在閥廳內部，而不造成對閥廳外部敏感設備的電磁干擾。

閥廳頂部是在鋼結構的上面覆蓋了有隔熱層的彩鋼瓦結構，面層有間距相等的彩鋼板瓦楞，瓦楞即是屋頂彩鋼板面層的連接點。換流站閥廳屋面的彩鋼板比較薄，表層的防護油漆非常容易受傷脫落。如施工單位未經充分考慮，采用自攻螺絲在金屬板、接縫或龍骨上直接打孔固定銅絞避雷線支架，由于材料的熱脹冷縮系數不同，雖采用防水密封膠等措施，經過數月之后，仍然會在固定部位出現連接縫隙，將會造成閥廳頂部彩鋼板的滲漏缺陷，影響閥廳濕度和電磁屏蔽效能，留下重大隱患。

2 銅絞避雷線固定卡具設計

該工程利用彩鋼板連接形成的瓦楞，設計了閥廳頂部銅絞避雷線連接卡具，如圖1、2所示。連接卡具分為上、下兩部分，下半部分為卡具式支架，采用－4鋼板制作，由2套螺栓、1塊墊鐵和1套夾板組成，夾板的底部彎制1個“L形”頂角，依靠螺栓緊固時墊鐵及“L形”頂角的壓力將支架固定在瓦楞上，墊鐵起壓力加強作用。支架上平面設計有3個固定螺栓孔，作為連接卡具的上半部分使用，設計3個固定螺栓孔是考慮在多線安裝時，可以減少連接卡具的使用數量。上半部分設計為獨立的“L形”支架抱箍，采用－40×4扁鋼制作，支架抱箍通過螺栓緊固在支架卡具上平面選定的連接螺栓孔處（下半部分有3個上、下部分連接的固定螺栓孔，1根銅絞避雷線統一選擇1個）。抱箍可根據安裝需要進行平面360°調整，實現萬向式固定需求。

圖1 支架側視示意圖

圖2 支架正視示意圖

該銅絞避雷線固定卡具主要利用現場材料加工制成，主要包括－4鋼板、－40×4扁鋼、M12×30螺栓等。支架抱箍采用扁鋼，按照直徑φ20 mm彎成近1／3圓周制成。－4鋼板、－40×4扁鋼、M12×30螺栓采用Q235鋼材質，表面做熱鍍鋅防腐處理。

瓦楞通過2塊屋面彩鋼板重疊卷制而成，銅絞避雷線固定卡具是通過其支架卡具固定在瓦楞上。經現場測量，卷板形成的瓦楞厚度均在8 mm以上，滿足卡具的緊固要求。通過螺栓將支架卡具的角鋼、鍍鋅扁鋼和中間的調整墊鐵緊固，即可將支架卡具緊緊固定在瓦楞上，解決了單個支架的穩定性問題。銅絞線通過一長串支架連接成1條直線，當多線安裝時，再增加－60×5鍍鋅扁鋼在兩個卡具之間做連接，再將上半部分的“L形”抱箍安裝到－60×5鍍鋅扁鋼上，利用支架互相之間的作用力，使整條銅絞線的連接更加牢固。由于銅絞避雷線安裝在閥廳頂面15 cm高度，長細比很小，所承受的風載非常小，完全可以忽略閥廳頂部風壓對支架的作用力，不會由于長期運行而損傷彩鋼板瓦楞。

3 加工、安裝說明和注意問題

加工前，必須派專業人員登上閥廳頂部實際測量彩鋼板卷板形成的瓦楞寬度、高度，這些參數將直接影響支架墊鐵厚度、“L形”頂角的設計尺寸。

夾板的底部必須打磨成圓弧角，防止在安裝過程對彩鋼板卷板成的瓦楞造成損傷。

TJ－120以上銅絞線有一定的硬度，安裝過程中可能有沿線支架不整齊等現象，可采取先臨時安裝，不完全緊固固定螺栓，待銅絞線全部用抱箍卡住后，再統一調整的施工方案，確保工藝美觀。

閥廳頂部彩鋼板比較薄，表層的防腐漆容易受損傷而脫落，在閥廳頂部安裝時嚴禁將支架、工具隨意拋擲、傾倒，必須輕拿輕放，防止損傷彩鋼板。銅絞線的運輸必須采用人力分段肩扛，嚴禁在頂部拖拉銅絞線，確保彩鋼板無損傷。

銅絞避雷線根據其引入雷電流時的通流能力而選型的，銅絞線表層一般采用鍍錫層保護，而錫與支架的鍍鋅層容易起化學反應，進而加速銅絞線的氧化速度；因此，安裝支架抱箍時，在銅絞線的安裝位置上采用鋁包帶包裹，可以在防止鍍鋅扁鋼彎制的抱箍因長期夾緊銅絞線從而影響銅絞線的鍍層造成氧化腐蝕的同時，提高抱箍對銅絞線的夾力。

圖3～圖6為該固定卡具在葛滬直流綜合改造±500 k V楓涇換流站中的應用。

圖3 雙線支架安裝方法

圖4 三線支架安裝方法

圖5 五線支架安裝方法

圖6 五線支架俯視

此銅絞避雷線支架抱箍在閥廳側面墻上也可通用，減少了支架樣式，如圖6所示。

4 實施效果

安裝前，在現場業主和監理的現場監督下，進行了整套支架的零配件加工工藝、質量驗收以及實物試安裝。確認安裝完畢后，整套支架牢固可靠，無損傷彩鋼板因素，完全滿足現場使用條件。

安裝過程中，現場監理項目部進行了全過程跟蹤管理。安裝完畢后，屋頂彩鋼瓦未見任何損傷，銅絞線整齊一致，完全符合安裝工藝標準。

2010年12 月，通過了山東誠信現場監理部的初驗收，通過了國家電網公司直流建設分公司常州工程部的竣工預驗收，2011年2月通過上海市超高壓運行的竣工驗收。工程于2011－03－05投運。截止2011年10月，累計運行7個月，運行單位未發現任何閥廳頂部避雷線支架加工、安裝問題，未發現因安裝避雷線支架引起的閥廳滲漏問題。

本工程設計加工的閥廳頂部銅絞避雷線卡具得到了現場業主、監理及其他兄弟單位的好評，在2011年1月榮獲《國家電網直流工程建設分公司群眾性創新成果二等獎》。

[1] 胡 軍，李 偉，何金良，等.±800 k V特高壓直流開關場內避雷線的參數選擇[J].高電壓技術，2010，36（1）：136－143.

[2] 中國南方電網公司.±800 k V直流輸電技術研究[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 趙畹君.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 張翠霞，葛 棟，殷 禹.直流輸電系統的防雷保護[J].高電壓技術，2008，34（10）：2070－2076.