火電廠內1 000 kV升壓站的現場安裝技術

李健豪，商 政，賀彥鵬，易海波

（中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

特高壓設備具有尺寸大、重量重、工藝要求高、現場施工難度大和質量管控嚴格等特點[1-3]。目前，我國火電廠內直接升壓至1 000 kV的升壓站工程實踐，即采用1 000 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated metalenclosed switchgear，GIS）及1 000 kV主變壓器（以下簡稱“主變”）的火電工程經驗較少。

火電工程建設中的升壓站布置方式，受制于火電廠的總圖布置以及施工工序，布置場地相對較小，工程協調復雜。火力發電廠中1 000 kV升壓站的安裝工作與常規特高壓變電站的安裝有所不同，除了需要與常規特高壓變電站進行相同水平的質量管理外，施工過程中的制約因素更多。

某火電廠工程采用2機2變1線聯合單元接線，以1 000 kV一級電壓接入系統，出線一回，接入外側1 000 kV變電站。該工程共設計有1臺1 000 kV斷路器，6臺單相主變。該工程升壓站布置緊湊，形式特殊，分支母線較長，防塵施工難度大；且預計的主變進場路線上設計有綜合管架等障礙，需要通過現場安裝管理過程控制，解決以上問題。

1 主變壓器運輸及卸車

該工程主變設計為單相變壓器，每臺機組各設置3臺主變壓器，共6臺主變，單臺變壓器容量為250 MVA。大型變壓器質量大、體積大，對運輸過程要求比較嚴格[4]，本文僅討論廠內運輸部分。

該工程6臺主變壓器的運輸尺寸均為7 323 mm× 5 119 mm×4 900 mm（長×寬×高），運輸重量為227 t，因高度接近運輸路線高速公路限高5 m，運輸方案采用橋式框架運輸，最終運輸轉彎半徑約30 m，運輸高度約5 m，主變橋式框架轉彎半徑如圖1所示。轉彎過程中，橋式框架置于轉角內側空地上空，需要轉彎區域無其他障礙物阻隔。

圖1 主變橋式框架轉彎半徑示意圖

主變進場路線上有多處位置按照設計圖紙無法滿足車輛通行的限高以及轉彎半徑要求。鑒于上述情況，工程施工管理過程中需要提前考慮主變進場問題，調整廠內綜合管架及連廊的施工時間，調整車輛轉彎處部分設備的安裝工序，使主變進場高度、寬度限制得到解決。主變進場時需要對現場轉彎處部分道路進行了臨時拓寬、排障、平整、回填夯實，保證車輛順利到達卸車場地。其中，部分道路由原7 m寬臨時拓寬至9 m，回填夯實要求路面壓強達到10 t/m2并在車輪經過的軌跡路面鋪設鋼板。

主變卸車就位采用液壓頂推方案，需要提前將路障、路基及溝渠回填夯實，路面壓強達到10 t/m2。主變運輸到位后，先拆除橋式框架主承載梁，將設備落至預先擺放的枕木上（如圖2所示），然后牽引車和液壓軸線車撤離就位作業區域，將卸在道木臺上的變壓器通過千斤頂提升，穿入鋼軌和頂推裝置將變壓器平移至基礎上，再利用千斤頂交叉提升降低高度直至落在基礎臺上。落地前需要對就位位置尺寸進行仔細檢查，確保就位位置準確無誤。

圖2 主變就位

2 主變壓器安裝

2.1 主要附件的安裝

安裝主要附件時，冷卻裝置、儲油柜等無需露空狀態安裝的附件應先行完成安裝。其余附件安裝按照制造商要求，每天安裝附件時間不大于8 h，器身暴露于大氣的總安裝時間不超過24 h。

抽真空、真空注油、熱油循環、靜置等作業工序的技術要求均按照制造商的技術要求以及相關標準規范的要求編制了現場執行標準并嚴格執行。其中，真空度要求為小于13 Pa并計時維持48 h；真空注油溫度控制在50～70 ℃；熱油循環出口油溫要達到60～70 ℃，循環時間不小于48 h；注油完畢后，變壓器靜置時間不小于168 h，過程中應多次排氣直至殘余氣體排盡。

附件安裝時一定要注意現場防塵措施，安裝過程中禁止附近車輛通過，并調整易產生揚塵的工作的施工工序，避免灰塵干擾影響設備絕緣水平。

2.2 高壓套管安裝

高壓套管安裝前，應對起重機及吊具進行受力計算，明確吊車站位。吊裝時采用兩臺汽車起重機先將套管水平吊起后一臺掉鉤緩緩上升使套管與地面垂直。最后按照對接工藝對套管法蘭面進行對接，套管就位過程如圖3所示。

圖3 變壓器高壓套管就位過程

2.3 絕緣油樣化驗

絕緣油應在注入設備前和注入設備后、熱油循環結束靜置后48 h分別取油樣進行試驗。絕緣油的合格標準應按照相關規程規范以及制造廠要求中較高的標準執行，具體執行標準如表1所示。

表1 絕緣油樣檢測執行標準

值得注意的是，大型變壓器油量較大，需要抽樣化驗次數較多。該工程每臺主變需要三臺油罐車進油，每臺主變的殘油、新油濾油后，進行耐壓試驗，運行24 h后均需要進行油樣取樣化驗，如果沒有合理安排抽樣送檢的時間，則會對總體施工工期有一定影響。因此，應在施工前確認各項油樣送檢的責任單位、檢測項目和合格標準等內容，并確定送檢單位的檢測以及報告出具時間，保證施工過程中各項工作有條不紊地進行。

3 GIS安裝

該工程采用2機2變1線聯合單元接線方式，采用一臺1 000 kV斷路器，設一回1 000 kV出線。

3.1 基礎驗收

1 000 kV GIS基礎對設備安裝的影響較大，在基礎施工后應及時對GIS基礎進行檢查驗收。根據設計院圖紙及GIS制造廠圖紙，核對并查驗地基預埋鐵或鋼架、電纜溝及接地點的位臵是否與地基的設計圖一致，要求中心距離誤差≤3 mm；預埋件水平度誤差要求為±1 mm，預埋件尺寸誤差≤3 mm。另外，將主母線的中心線和每個間隔的中心線用油漆標出，作為永久標志。

3.2 GIS本體安裝

首先進行斷路器的精確定位與安裝，然后以斷路器為定位基準，安裝防塵房并進行GIS設備組裝，進行放氣、點檢、涂潤滑脂、對接和緊固螺栓等工作。其中，點檢人員穿戴全套防塵服裝且不允許攜帶金屬物品，重點點檢絕緣件、導體和筒體。

安裝完成到一定程度后，開始配置SF6氣體管路，并更換吸附劑，抽真空，充干燥SF6氣體至額定壓力。新充入的氣體需要進行微水測試，并符合交接試驗規程。最后進行氣體檢漏工作。

其中，嚴禁重復使用吸附劑，一旦氣室重新暴露于空氣中，氣室內所有吸附劑必須全部予以更換。抽真空時，當真空度達133 Pa開始計時，維持真空泵運轉0.5 h后停泵并與泵隔離，靜觀0.5 h后讀取真空值A。再靜觀5 h后讀取真空值B，要求B－A≤67 Pa（極限允許值133 Pa），則認為密封良好；否則，應檢查氣室的泄漏點，并處理泄漏缺陷。充入純凈的SF6氣體前，需要檢查氣體配管工作已經合格完成；所有SF6氣體出廠試驗合格，且現場將抽樣樣品送相關檢驗單位試驗合格后方可進行充氣先充到0.2 MPa。當相鄰氣室也充氣到0.2 MPa時，將本氣室充到額定壓力0.45 MPa。氣體檢漏需要用塑料袋罩住筒口，扎緊后保持24 h用檢漏儀進行檢漏。

安裝過程中要注意人員不得私自進入GIS的密封室內。有必要進入時，應確定其內部環境通風良好，且至少含有18%的O2，并另有一人負責監護。

安裝過程的全過程務必注意進行“四無”管理，即：無異物殘留、無異物混入、無異物發生和無螺栓忘記緊固，以確保GIS內部清潔，帶電后不會出現放電現象。

3.3 GIS施工責任界面劃分

該工程GIS安裝施工責任界面按照合同劃分，現場安裝工作由施工單位負責，GIS制造廠負責安裝與調試的現場服務與技術指導。但是施工管理過程中發現，施工單位對特高壓設備安裝技術及人才儲備不足，為了確保現場施工質量，最重要的對接施工工作改為生產廠家人員負責，施工單位進行配合，以確保工程的施工進度及質量。

工程實踐認為，若有類似工程的施工工作，可以在合同簽訂時將主要的安裝工作分給設備廠家，將配合工作分給施工單位，這樣可以借助生產廠家的技術優勢，高質量完成安裝工作。實際上，工程安裝費用僅占GIS設備費用的不足1%。綜合考量下，安裝工作分屬設備廠家更為有利。

4 GIS防塵施工措施

1 000 kV GIS現場戶外安裝工作量大，持續時間長，施工環境對1 000 kV GIS的安裝質量影響很大[5-6]。在GIS安裝過程中，只要有一個氣室灰塵處理不徹底，就有可能在耐壓試驗過程中造成擊穿現象[7]。電廠建設過程中電氣、土建專業交叉施工多，揚塵大，因此，防塵是現場施工管理需要重點解決的問題。

4.1 主要防塵施工方案比較

經筆者調研，GIS安裝工程主要防塵施工方案有兩種：

1）第一種是采用移動式裝配車間（如圖4所示）進行設備本體對接安裝工作，再使用防塵房安裝分支母線。上述方案適合用于升壓站占地空間大且規整，可以布置移動式裝配車間的現場，該方案容易滿足安裝工作的防塵要求。該方案施工場地外部防塵網無需很高，起到基本防塵效果即可，現場經驗是僅需布置2 m高的防塵網即可達到防護要求；且覆蓋范圍大，工作進度快。但是缺點是需要升壓站布置面積大且規整的現場，布置不夠靈活，且分支母線的安裝無法使用移動式裝配車間作業。

圖4 移動式裝配車間現場圖

2）第二種防塵施工方案是：采用全部移動式防塵房及小型防塵房進行設備本體對接工作。該方案現場如圖5所示。全部采用防塵房的防塵施工方案布置靈活、方案投資低，但是隨著工作的進行，要經常拆裝防塵房，不利于連續工作，且防塵房外部防塵網等防護措施需要增加防護等級。

圖5 防塵房和防塵網現場圖

4.2 多級防塵施工措施

該工程面臨的主要問題是升壓站占地空間狹小，斷路器與分支母線布置不規整，無法布設移動式裝配車間進行裝配工作，升壓站布置如圖6所示。該工程主要安裝工期處于春、夏兩季，工程所在地區春季風沙較大，不利于設備防塵安裝工作；升壓站附近的交叉施工也有可能造成揚塵等問題。

圖6 該工程升壓站布置圖

鑒于上述原因，工程采用了多級防塵管理及利用移動式防塵房進行本體安裝對接作業的防塵施工方案。該工程調整了升壓站外面的土建施工工作順序及時間，進行GIS安裝對接的時間不允許周圍土建有揚塵的工作進行施工，且對裸露的區域用防塵網進行鋪蓋及遮擋。在風力較大的時間段，停止對接工作并將施工工作安排給附近的土建施工。每天作業前，作業區域外的道路應定期進行灑水降塵工作。GIS作業區域布置防塵圍護墻，利用腳手架管、防塵布搭設6 m高防護墻，在2 m以下的高度增加彩條布防護，并合理布置斜撐用來防風加固。考慮到作業區域狹長，防塵圍護墻布置采用分區域布置方案，將作業區域分為兩個部分，根據施工工序分別進行搭設。防護墻內每日進行人工清掃及清塵工作。

施工時，實時監控作業區域內外的空氣粉塵度及溫濕度數據，以數據為依據控制施工作業；工作時，防塵房內要求保證粉塵度相對質量濃度≤20 CPM，濕度≤80%，溫度在5～25 ℃范圍內，現場每兩個小時對溫度、濕度和潔凈度進行測量并記錄。

最后，在核心安裝區域，布設了防塵房進行無塵作業。采取管理技術措施：進入防塵房工作前要穿戴防塵服、防塵帽及防塵鞋，準備移入移動式防塵房的設備及物品、工具、工裝，需預先做清潔處理，防止異物混入。不允許與產品對接無關人員隨意進入防塵房，沒有特殊情況，產品對接人員在產品對接完成之前要一直在防塵房內部。地面鋪設防塵墊，并每日定時清潔，提前將空調、除濕設備及照明燈打開，確保在無塵狀態下進行安裝作業。

因布置條件限制，在防塵房也無法進行安裝的區域，采用圖5所示的小型臨時防塵房方案進行安裝。

5 結語

該工程1 000 kV GIS及主變的耐壓試驗、局部放電試驗、正式帶電、帶負荷測試均一次性試驗成功，說明其安裝管理工作到位。其中，與工程其它區域施工工作的統籌協調、主變的運輸及卸車管理、GIS安裝防塵管理工作等均為安裝管理中的重點環節，建議同類工程施工時重點關注。

同時，如果項目前期規劃階段條件允許，可以預留足夠的GIS組裝空間，預留移動式裝配車間的軌道及布置位置，對主變進場道路有更細致的早期規劃，那么對特高壓升壓站安裝工作會更為有利。