（特）高壓直流換流站閥冷通用型輔助起重裝置的研究

申 磊 魏 震 高 瑜

（國網河南省電力公司直流中心）

0 引言

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，主循環泵故障會直接影響閥內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1000kg左右，而國網公司多數換流站閥冷設備間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，作業風險大等問題，基于以上原因，作者研究設計并制造一種換流站閥冷通用型輔助起重檢修工裝，滿足主泵等重設備輔助檢修，降低電機墜落風險。材料為輕量化，工裝本體搬運和組裝快捷，提升檢修效率。通過完成換流站閥冷通用型輔助起重檢修工裝的研究，實現解決現場狹小空間內多人協同搬抬1000kg左右主泵易出現主泵磕碰、掉落、傷人的風險，降低主泵更換工作人力需求，大幅提高主泵電機更換速度，減少設備停運時間，提高直流運行穩定性。

1 原有作業方法介紹

1.1 （特）高壓直流換流站閥冷系統介紹

隨著我國經濟持續增長，對電力能源的需求也隨之增加，所以大力建設具備超遠距離、超大規模輸電能力的（特）高壓直流輸電工程。相對交流輸電來說，高壓直流輸電具有輸送靈活、損耗低、能夠節約輸電走廊、能夠實現快速控制等優點。具備點對點、超遠距離、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（特）高壓直流輸電設備中，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，均配置有全自動閥冷冷卻系統，進行循環冷卻散熱，據不完全統計由于閥冷系統故障導致直流系統停運故障占總故障率的34.3%。閥冷系統如圖1所示。

圖1 高壓直流換流站閥冷系統示意圖

1.2 原有作業方法

主泵是換流站閥冷系統的核心設備，換流站閥水冷設備主泵及電機總重量約為1～1.5t，當主泵出現故障或者進行維修工作時，需要進行拆卸安裝。拆卸作業時，需要4～6人采用人工撬動方式，緩慢撬移主泵至底座邊緣，再用叉車叉起進行更換，此種操作方法存在以下不足之處：

1）更換速度較慢，現場更換一臺主泵需6h左右，其間將只有一臺主泵運行，主泵失去冗余，導致單閥組、單極閉鎖的風險極大；

2）人工拆卸和恢復泵體過程中，施工人員距離運行主泵太近，極易造成人身傷害和誤碰誤撞內冷帶壓管道；

3）長時間的維修過程中不免會造成對周圍設備的誤觸，使維修范圍擴大；

4）經調研，國內多數換流站（如膠東站、寶雞站、德陽站、興仁站等）閥冷設備間也存在類似問題，未配置起重設備或起重設備無法垂直起吊主吊。

1.3 原作業方法效率低原因分析

為了便于快速地實現檢修時水冷電機更換，縮短水冷電機更換時間，針對當前電機更換時間長問題進行綜合分析考慮，得出以下幾個原因：

換流站閥冷主泵單臺泵組重達946kg，僅靠人力無法實現更換；

電機更換時，設備間無專用起重設備，需要臨時使用叉車；

內側電機更換時，受位置限制，叉車無法使用，無合適工器具，靠人工牽引，需要投入4～6人耗費長時間進行更換。

換流站存在長時間運行及設備的老化現象，檢修時更換電機頻率加大，為了提高更換電機的效率，讓團隊投入到更多的工作面上，也變得越來越重要，統計更換維護電機時間如下表所示。

表 2015～2021年電機更換維修時間統計

2 研究目標

作者通過對原作業方法的分析，確定研究目標：完成換流站閥冷通用型輔助起重檢修工裝的研究，實現解決現場狹小空間內多人協同搬抬1000kg左右主泵易出現主泵磕碰、掉落、傷人的風險，降低主泵更換工作人力需求，提高現場檢修質量。

2.1 主要技術目標

1）根據現場主泵電機安裝位置及尺寸重量，設計輕便的閥冷通用型輔助起重檢修工裝，并繪制三維模型圖；

2）根據現場實際情況，結合測繪三維模型，加工換流站閥冷通用型輔助起重檢修工裝1套；

3）裝置研制加工完成，并在靈寶站開展裝置功能驗證；

4）設計的裝置擬采用與現在截然不同的主泵電機更換方式，通過合理的設計更換工裝，能夠快捷地完成主泵電機的更換工作，避免對主泵電機造成二次損害；

5）閥冷通用型輔助起重檢修工裝進行輕量化設計，閥冷通用型輔助起重檢修工裝采用鋁合金進行設計制造，在使用過程中減少重量，保證使用過程中的輕便，提高搬運效率；

6）閥冷通用型輔助起重檢修工裝采用通用化設計理念，可調整設備部件以適用不同高度場景，不但可用于水冷電機更換，也可用于站內其他類似起重量小于1000kg的無起重工具作業場景。

2.2 主要經濟目標

1）閥冷通用型輔助起重檢修工裝提高更換效率項目研制成功后，可大幅提高主泵電機更換速度，減少設備停運時間，提高直流運行穩定性；

2）對成品能夠有效地保護，減少對設備的二次傷害；

3）通過該裝置的研制應用，能夠降低工作出現的主泵磕碰、掉落、傷人的風險；

4）該裝置具有推廣價值，不僅可應用于靈寶站主泵起重檢修，也可廣泛用于包括河南省在內的國內其他直流工程與其他行業的輔助起重。

2.3 主要技術難點

經調研分析，主要技術難點為閥冷通用型輔助起重檢修工裝測試模型必須能夠與現場實際相符，能夠輕便且快速更換閥冷主泵電機，同時保證主泵不磕碰、掉落。

3 設計開發

3.1 總體設計

根據設定目標，結合換流站閥冷設備實際情況，設計了一種柔性可調節的輔助起重裝置，結構采用多點穩定平衡式結構，確保使用穩固安全，材質采用輕量化航空鋁合金，達到便攜通用目的，總體設計如圖2所示。

圖2 總體方案圖

3.2 分體設計

裝置主驅動機構設計如圖3所示，其中1為橫向移動滾輪，2為滾輪吊桿，3為吊耳，4為防脫落擋桿，5為防護罩。

圖3 驅動機構設計圖

本裝置防鎖定機構設計如圖4所示，1為U形水平導軌，2為漲緊輪，3為漲緊輪軸，4為螺紋頂桿，5為漲緊擋板。

圖4 鎖定機構設計圖

裝置設計有水平方向伸縮，可適應不同大小的閥冷設備，縱向移動驅動器與上橫梁連接步進電機驅動輪組轉動與縱梁的相對運動，實現跨距離可變，可適用于更多的使用場景水平伸縮分體設計如圖5所示。

圖5 水平伸縮機構設計圖

裝置設計有垂直方向伸縮，可適應不同高低的閥冷設備，四根升高立柱內部裝有四組伺服電缸面對設備進行高度控制，可多種形式控制：同步控制，兩兩控制，單組控制，獨立升高，適用于各種起吊環境，垂直伸縮分體設計如圖6所示。

圖6 垂直伸縮機構設計圖

4 使用場景

4.1 臥式泵使用場景

如圖7所示，先將本裝置移動至待起重的臥式泵附近，電動調節水平方向，使裝置適應當前臥式泵水平距離。電動調節裝置垂直高度，使裝置整體處于平行狀態并適應臥式泵高度，根據待吊裝元件實際需要，選用對應的專用懸掛機構，將待吊裝元件懸掛好。開啟遙控操作器，進行提升和水平移動操作，完成吊裝工作。

圖7 臥式泵使用場景

4.2 立式泵使用場景

如圖8所示，先將本裝置移動至待起重的立式泵附近，電動調節水平方向，使裝置適應當前立式泵水平距離。電動調節裝置垂直高度，使裝置整體處于平行狀態并適應立式泵高度，根據待吊裝元件實際需要，選用對應的專用懸掛機構，將待吊裝元件懸掛好。開啟遙控操作器，進行提升和水平移動操作，完成吊裝工作。

圖8 立式泵使用場景

5 裝置試驗

工裝制造完成后，通過工藝試驗獲取實際時間數據，從試驗結果可以看出，本工裝作業時間遠遠下降，可降低約一半時間，大幅提高工作效率，保證作業人員安全，如圖9所示。

圖9 效果對比

6 結束語

本裝置設計方案符合現場安全工作要求，滿足主泵等重設備輔助檢修，不但可應用于靈寶換流站起重檢修，也可應用于其他換流站或其他行業的輔助起重，達到通用型目標，可有效提高檢修效率，降低電機墜落風險。

編制了標準操作方法對其他人員進行培訓，熟練掌握工具的使用方法。更新水冷電機更換作業指導書，對相關人員進行水冷電機更換的相關知識培訓，縮短電機更換時間