換流站狹小作業空間內免吊裝水泵及電機檢修平臺的研制

張祥虎 宗 斌

（國網江蘇省電力有限公司超高壓分公司）

0 引言

超高壓直流換流站均配置有換流閥冷卻系統，其作用是通過循環水和散熱設備對換流閥進行冷卻，防止閥體溫度過高導致元件損壞。主泵為閥內水冷系統提供循環動力，是閥內水冷系統的心臟，是換流閥內水冷系統的動力來源，擔負著整個換流閥降溫的重任，主循環泵故障會直接影響閥內水冷系統對換流閥的冷卻效果，甚至導致直流系統強迫性停運。由于主泵重達約800kg左右，而國網南網多數換流站閥冷設備間周圍空間狹小且未配置相應起重設備，主泵檢修更換時極為不便，需要4～6人完成相應檢修更換工作，存在工作效率低，設備易損壞的風險。

特高壓直流換流站作為新能源西電東送的重要樞紐，其安全穩定運行是保障跨省電能輸送的重中之重。而每年直流換流站需要對站內設備進行年度檢修作業，其間存在工作任務重、安全壓力大、檢修工期短等諸多挑戰。換流閥作為換流站交直流轉換的“大腦”，其中閥冷卻檢修作業工作量大，檢修效率低，且過程中存在諸多安全風險。針對換流閥內水冷系統主泵更換過程中出現的問題，如何高效、安全地完成主泵更換工作成為亟須解決的現場問題。作者針對換流閥內水冷系統主泵更換過程中出現的問題進行分析研究，通過完成換流站狹小作業空間內免吊裝水泵及電機檢修平臺的研制，解決了主泵更換過程中人工抬卸不便、磕碰其他設備、作業效率低問題，最大限度地保證內水冷系統的穩定運行，實現了較大的經濟效益和安全效益。

1 原因分析

1.1 背景調研

近年來，隨著我國經濟持續高速增長，電力能源需求也持續增長，我國特高壓電網發展迅速，特高壓直流輸電因其在遠距離、大容量輸電線路上的明顯優勢更是重中之重。所以大力建設了一批具備遠距離大規模輸電能力的（特）高壓直流輸電工程。

超高壓直流輸電具有送電靈活、損耗低、節約成本、精準控制等優點。具備點對點遠距離大容量送電能力，主要定位于我國西南大水電基地和西北大煤電基地的超遠距離、超大容量外送。在換流站建設中，換流閥是交直流電換流的核心關鍵部件，設備運行時產生大量熱量，若不及時散熱將可能燒毀換流閥。因此換流站配置專用水冷卻系統，進行24h不間斷循環散熱冷卻，閥冷系統三維示意如圖1所示。

圖1 換流站閥冷三維示意圖

1.2 作業方法調研

換流站內各類水泵、油泵設備眾多，閥內水冷系統主泵、調相機內水冷系統主泵、潤滑油系統主泵、外水冷系統主泵等均是相關系統核心設備，各類主泵的檢修也是換流站及調相機年度檢修、搶修工作的重點，但由于各換流站水冷設備間普遍存在空間小、無行車的缺點，部分設備間有行車但僅安裝在主泵電機正上方，只適用于主循環泵電機的檢修、吊裝，起吊主泵時存在嚴重的傾斜角，無法滿足主循環泵的檢修工作，導致主泵檢修、更換工作難度非常大。

主泵因檢修、更換難度大而導致的主泵二次損壞在國網南網各換流站內也時有發生，嚴重影響了檢修質量和效率。為解決這一問題，亟需研制一套狹小作業空間內免吊裝水泵及電機檢修、更換平臺，便于換流站內主泵及電機檢修、更換工作，提升作業效率，降低設備及人員安全隱患，適合于各換流站閥冷設備間、調相機廠房內、工業水泵房等特殊布局方式下的水泵和電機的檢修、更換作業。水泵檢修作業三維示意如圖2所示。

圖2 主泵檢修作業示意圖

1.3 原因分析

當主泵出現問題更換時，由于主泵重量較重且給主泵的更換工作帶來不便。在更換過程中主要面臨以下問題：

1）主泵重量較重：主泵重量在800kg，不便人工抬卸；

2）更換空間狹小：主機底座空間狹小，容易磕碰其他設備，如下表所示；

表 2014～2021年主泵更換時間統計

3）作業時間較長：更換主泵所需時間需要6～8h，作業效率較低。

4）直流需要停運：為了降低運行風險，主泵更換工作需要直流停運。

2 確定目標

狹小作業空間內免吊裝水泵及電機檢修、更換平臺的研制，將改變傳統主泵檢修的吊裝方法，通過滑移方式將主泵從主機基礎上移動至平臺上，徹底解決作業空間小、人工搬運困難以及行車起吊泵體時吊帶傾斜有將主泵本體甩出風險等問題，并大量減少現場施工人員，保證運行主泵和管道安全運行。該平臺具有便于安裝、通用性強、可靠性高等特點，適合于各換流站閥冷設備間、調相機廠房內、工業水泵房等特殊布局方式下的水泵和電機的檢修、更換作業，具有極高的實用價值和推廣意義。經調研得出目標如下：

1）通過項目實施，可以解決主泵更換過程中人工抬卸不便、磕碰其他設備、作業效率低問題，最大限度地保證閥內水冷系統的穩定運行，本項目的開展將具有較大的經濟效益和安全效益。

2）研制狹小作業空間內免吊裝水泵及電機檢修、更換平臺裝置：裝置主要由固定底座、頂升裝置、滑動裝置等組成。

3）更換主泵時，將主泵通過頂升裝置抬高，由滑動裝置將主泵滑動到固定底座，然后將主泵通過拖車轉移到非工作區域。

3 遵循的標準和規范

經調研及查閱相關技術資料、標準、規范，確定本課題應遵循的標準和規范如下：

1）國家電網設備〔2018〕979號 國家電網有限公司關于印發十八項電網重大反事故措施（修訂版）的通知。

2）國家電網有限公司防止換流站事故措施（征求意見稿）。

3）GB／T 14285—2016《繼電保護和安全自動裝置技術規程》。

4）直流換流站五項管理規定（印發版）。

5）國家和行業標準、企業標準中已有明確要求的技術規定均應滿足電網公司最新建議要求。

4 設計開發

4.1 平臺總體設計

根據課題目標，結合標準和規范并參考作業實際狀況，進行總體設計，總體設計內容如下：平臺底座結構設計；頂升裝置設計；滑動裝置設計。經設計并進行三維設計圖繪制，平臺總體設計如圖3所示。

圖3 平臺總體設計三維圖

4.2 平臺底座結構設計

平臺底座結構設計采用分體式組合結構，由分段式軌道和支撐架組合而成，方便使用，平臺底座結構三維設計如圖4所示。

圖4 平臺總底座結構三維圖

4.3 頂升裝置設計

頂升裝置設計借鑒杠桿機械千斤頂原理，采用結構簡單的機械式頂升，自重輕，頂升能力強，可滿足主泵頂升要求，平臺底座結構三維設計如圖5所示。

圖5 頂升裝置設計三維圖

4.4 滑動裝置設計

滑動裝置設計借鑒絲杠原理，具備承重能力強、滑動絲滑、運行省力的特點，滑動裝置設計有縱方向滑動、橫方向伸縮，實現了X／Y／Z三軸滑動，滑動裝置設計如圖6所示。

圖6 滑動裝置設計三維圖

5 裝置試驗

根據課題設計圖紙進行平臺加工制造和試驗，平臺通過操作試驗，記錄了采用平臺進行狹小空間主泵和電機的更換實際時間，從試驗結果可以看出，采用本課題研究成果——換流站狹小作業空間內免吊裝水泵及電機檢修平臺，可降低約一半時間，大幅提高工作效率，同時保證作業人員安全，課題研究目標達成，如圖7所示。

圖7 效果對比

6 結束語

狹小作業空間內免吊裝水泵及電機檢修、更換平臺的研制，將改變傳統主泵檢修的吊裝方法，通過滑移方式將主泵從主機基礎上移動至平臺上，徹底解決作業空間小、人工搬運困難以及行車起吊泵體時吊帶傾斜有將主泵本體甩出風險等問題，并大量減少現場施工人員，保證運行主泵和管道安全運行。該平臺具有便于安裝、通用性強、可靠性高等特點，適合于各換流站閥冷設備間、調相機廠房內、工業水泵房等特殊布局方式下的水泵和電機的檢修、更換作業，具有極高的實用價值和推廣意義。