特高壓直流輸電換流閥安裝過程控制

毛燦

（西安西電電力系統有限公司，陜西 西安 710000）

特高壓直流輸電系統以其更遠的輸送距離，更大的輸送功率，更大區域的非同步互聯，更低的功率損耗，靈活的功率調節，更低的線路造價等優勢而被越來越多的應用在電力傳輸領域。特高壓直流輸電換流閥的本體，作為關鍵設備，其運行穩定性、安全性、可靠性是通過設計、制造、安裝、調試的全過程質量控制才能得以實現的。特高壓直流輸電換流閥的安裝過程，是換流閥從圖紙和零部件完成到實體閥的最后關鍵階段，需要對整個安裝過程中影響特高壓換流閥性能的關鍵節點進行合理控制，才能徹底保證特高壓換流閥的優良品質，實現更好的長期穩定運行。本文結合特高壓直流輸電工程，介紹特高壓換流閥現場安裝過程控制。

1 特高壓直流輸電換流閥

特高壓直流輸電工程通常采用雙極十二脈動換流器單元系統，電壓等級在±800kV（±750kV）及以上，電流可以從4000A到最高6250A。例如，錫盟—泰州特高壓直流輸電工程，直流額定電壓±800kV，直流額定電流6250A。該特高壓雙極直流輸電系統包括2個完整的可獨立輸電的單極直流系統，即極1直流系統和極2直流系統。每個完整的單極系統包含2個單極換流器單元，分別安裝在整流換流站和逆變換流站。每個換流站（整流換流站或逆變換流站）內的單極換流器單元由2個12脈動閥組（12脈動高壓閥組和12脈動低壓閥組）串聯組成。一個閥廳僅包含一個12脈動閥組。因此每個換流站共分四個獨立閥廳，即極1高壓閥廳、極1低壓閥廳、極2高壓閥廳、極2低壓閥廳。兩端雙極特高壓流輸電系統示意圖見圖1。

錫盟站換流閥設備由西安西電電力系統有限公司自主制造，換流閥采用空氣絕緣、水冷卻的戶內懸吊式雙重閥結構。每個閥廳換流閥閥組由6個雙重閥閥塔組成。根據電流流向不同，雙重閥閥塔分為2種結構，即電流上結構和電流下結構。閥側星形接法的3相雙重閥閥塔是其中一種結構，閥側三角形接法的3相雙重閥閥塔是另一種結構。錫盟站換流閥閥組閥廳布局示意圖見圖2。

每個閥廳換流閥閥組通過冷卻水管、管母金具、光纖分別與換流閥冷卻系統、換流變壓器、換流閥控制單元對應連接。在換流閥整體設計中，綜合考慮了各種相關的復雜因素，如過電壓與絕緣配合、閥電子電路單元抗電磁干擾、主回路電氣件合理布局和散熱、換流閥的防火和抗震等要求、機械性能和電氣性能要求、安裝維護便捷要求等，按特定裝配工藝，將換流閥的各個組成部件通過標準化作業組裝在一起，具有安裝快捷，維護方便的特點，有效保證了換流閥和整個直流輸電系統的穩定性、可靠性及安全性。下面結合換流閥結構組成，介紹換流閥安裝過程的控制。

圖1 兩端雙極特高壓直流輸電系統示意圖

圖2 錫盟站換流閥閥組閥廳布局示意圖

2 特高壓直流輸電換流閥結構組成

2.1 術語和定義

2.1.1 換流器單元

由兩個相位互差30°的換流橋串聯組成的運行單元，也稱“12脈動閥組”。

2.1.2 雙重閥閥塔

由2個單閥串聯組裝而成，安裝在單相閥塔中。雙重閥閥塔分為A、B、C相。

閥塔填報缺陷方法：先分A、B、C相；再分閥塔結構Y /D；然后分閥層；最后再確定晶閘管組件中具體晶閘管級位置。

2.1.3 單閥

僅由一個閥（錫盟工程由12個晶閘管組件模塊串聯組裝）組成，能實現換流臂功能的單個結構。

2.1.4 晶閘管組件模塊

由6個晶閘管級串聯組成，每個晶閘管夾在兩個散熱器之間，通過碟彈單元沿晶閘管軸向施加一定的壓緊力將晶閘管元件夾緊，它的上部和下部用2個拉緊環夾緊。晶閘管元件兩端鋼軛固定在框架上，冷卻水流經散熱器，帶走器件產生的熱量。晶閘管組件模塊包括框架、晶閘管單元、電容單元、晶閘管控制單元（TCU）、導線連接、水管連接等。晶閘管組件模塊見圖3。

圖3 晶閘管組件模塊

2.1.5 晶閘管級

由晶閘管、RC阻尼回路、晶閘管控制單元（TCU）、導線連接等組成的電氣單元。

晶閘管級電氣原理圖見圖4, 晶閘管級電氣連接見圖5。

圖4 晶閘管級電氣原理圖

圖5 晶閘管級電氣連接

2.2 換流閥結構組成

2.2.1 換流閥結構參數

換流閥結構參數表見表1。

表1 換流閥參數表

2.2.2 雙重換流閥閥塔組成

錫盟換流站換流閥閥塔有6層，閥塔由懸吊部分、閥架、平臺、母線、晶閘管組件模塊、電抗器組件模塊、PVDF水管、層屏蔽、光纜槽、層裝配、閥避雷器組成。換流閥閥塔見圖6。

圖6 換流閥閥塔實體圖

懸吊部分采用標準的瓷絕緣子和花籃螺絲將閥體和避雷器懸掛于閥廳頂部的鋼梁上，閥體的懸吊高低位置可以通過花籃螺絲來調整。換流閥閥塔懸吊裝配見圖7和圖8。

圖7 低壓端懸吊裝配

圖8 高壓端懸吊裝配

閥架是通過鋁支架將絕緣螺桿串起并垂直安裝在頂部和底部的兩個鋁框架上。換流閥閥塔內閥架結構見圖9。

圖9 高壓換流閥閥塔內閥架結構

閥塔每2層高度處還設有維修平臺，用于檢修。晶閘管組件模塊和電抗器組件模塊安裝固定在鋁支架上。閥塔的外緣處是水管和屏蔽。閥層間有母線連接和水管連接。換流閥閥塔內的閥層裝配見圖10。

圖10 換流閥閥塔內的閥層裝配

觸發和回報光纜、進出水水管都是從閥頂部進入到閥塔內。閥避雷器通過懸吊絕緣子、管母和金具并聯在每個單閥兩端，吸收過高的能量，保護換流閥。

3 特高壓直流輸電換流閥現場安裝質量控制

3.1 特高壓直流輸電換流閥產品制造環節

特高壓直流輸電換流閥產品制造分為2個階段，前一階段的工作在西電電力系統公司完成，主要工作有特高壓換流閥設計、零部件加工與采購、廠內部件檢查和組件組裝、廠內組件例行試驗等；后一階段的工作在錫盟換流站完成，主要工作有4個閥廳換流閥閥塔的組裝和特高壓換流閥現場試驗等。不同階段各個環節的制造，對應各階段的工作和階段質量目標，在各個階段質量目標達到后，才能實現換流閥各項性能滿足用戶需求這個總質量目標。

特高壓直流輸電換流閥產品制造環節見圖11。

圖11 特高壓直流輸電換流閥產品制造環節

3.2 特高壓直流輸電換流閥產品制造依據

特高壓換流閥產品所具備的具體指標和特性包含在合同要求中，在設計階段通過設計輸入、設計輸出、設計評審等設計質量過程控制環節，將用戶的規定要求和潛在要求已量化到具體的設計圖紙和設計資料中，因此技術圖紙和技術文件是貫穿整個生產制造各個環節的重要線索。特高壓直流輸電換流閥安裝制定的質量目標、質量標準、技術方案、施工依據可通過量化的數據和執行的表格進行有效的管理控制，閥廠家所提供的技術資料和技術圖紙就是制定的依據。項目成員理解圖紙，知道技術資料所描述的技術的要求，工作時目標明確，工藝管理到位，施工標準化，可以減少失誤，提高效率，實現零偏差安裝。因此，按圖紙、按作業工序表、按技術標準施工，可有效達成各階段質量目標實現，為換流閥產品性能滿足用戶要求奠定基礎。

3.3 特高壓直流輸電換流閥現場安裝過程控制

換流閥閥塔裝配流程見圖12。

特高壓直流輸電換流閥現場安裝調試過程是產品制造過程中的最后一個環節，實物本體中能否很好體現其產品性能，現場安裝和現場調試是關鍵。這個時期現場的管理和施工人員是來自不同單位同事的臨時組合成的協作團隊，特高壓換流閥設計接口對接如何，對施工作業符合技術資料要求和圖紙要求的程度影響很大，為了實現特高壓直流輸電換流閥產品質量符合用戶要求這一質量目標，要對特高壓直流輸電換流閥現場安裝調試過程進行有效控制。

圖12 換流閥閥塔裝配流程

特高壓直流輸電換流閥現場安裝調試過程控制相關環節見圖13。

圖13 特高壓直流輸電換流閥現場安裝調試過程控制流程圖

4 特高壓換流閥現場安裝時需要注意的方面

4.1 換流閥結構組成及設計凍結接口

前面章節由整體到部分順序論述了換流閥結構組成，特高壓換流閥現場安裝與結構組成的順序相反，是由零部件組裝成雙重閥閥塔；雙重閥閥塔之間連接，雙重閥閥塔與一次設備和二次閥控設備連接，組裝成12脈動閥組；12脈動閥組之間連接，組成極1（2）直流輸電系統。與換流閥安裝有關的接口有以下幾方面。

（1）換流閥吊點及輔助吊梁。錫盟站換流閥閥塔懸吊點，在閥廳頂部的鋼梁上，安裝前需要確定頂部鋼梁吊點開孔位置及尺寸是否正確，安裝電動葫蘆的輔助吊梁位置和尺寸是否正確，電動葫蘆軌道處沒有其他干涉等。

（2）來自水冷卻系統，與換流閥閥塔對接的進出主水管位置及尺寸是否正確。水冷卻系統和換流閥閥塔水管對接前，水冷系統本體先進行調試，只有換流閥廠家確認水冷卻系統調試合格，具備與換流閥對接條件之后才能對接。

與換流閥閥塔對接的光纜接口。閥塔頂部之上的光纜橋架已檢查合格，光纜橋架至閥塔的光纜槽過渡已安裝，確定光纜接口位置尺寸等正確，具備對接條件。

閥廳條件。換流閥安裝前，閥廳已通過驗收，閥廳內所有建筑施工已結束，照明及動力設施已投入使用；廳的通風及空調系統安裝完畢，并投入使用；閥廳內微正壓力，溫度、相對濕度等均符合設計要求和產品的技術規定。閥廳雙層門，封閉良好，閥廳干凈整潔。

材料及安裝工器具。閥塔材料要室內分閥廳分類存放，用于安裝的升降平臺、閥塔安裝工具和試驗設備都已通過檢查校驗，并可以使用。準備好料架、轉運小車和閥廳清潔車等。

4.2 換流閥閥塔內的電氣線路連接

錫盟站換流閥閥塔內的電氣線路連接，主要是閥層之間的主通流母線連接及閥層內晶閘管組件模塊和電抗器模塊之間的主通流母線連接。4個電抗器模塊和4個晶閘管組件模塊串聯連接構成一個完整的閥層。在進行母線連接時,母線表面按操作工藝進行處理,確保接觸電阻在規定范圍內,避免發熱。所有安裝螺栓按圖紙規定力矩值擰緊，并做好螺栓緊固標識。

4.3 換流閥閥塔內的光纜回路的連接

換流閥閥塔內光纖來自閥控柜，光纖沿閥塔頂部光纜橋架，由閥塔頂部順著懸吊支架光纜槽進入閥塔內。閥塔內光纜回路分成4路，順著閥塔內光纜槽，進入到閥層的每個晶閘管控制單元內。

每個晶閘管級中的晶閘管控制單元的一端，接有2根光纖，1個是觸發控制信號紅標簽X11，1個是狀態回報信號藍標簽X12。在晶閘管控制單元的另一端接晶閘管門極，從閥控柜來的換流閥光控制信號，通過晶閘管控制單元變成電信號，送到晶閘管的門極，控制晶閘管導通，達到控制調節輸出直流電壓目的。

光纜安裝要防折、防壓、防火、防高壓老化，光纖的安裝要按安裝工藝，規范施工。在鋪設光纖前應對光纖進行檢測，確保光纖完好，在鋪設時應非常小心，不能強拉硬拽。鋪設光纖時應保證光纖彎曲半徑大于50mm，不允許給光纜施加大于5N的張應力。光纖敷設完畢，每層光纖電位都要固定好，光纜槽內的阻燃包與光纜支架保持足夠的絕緣距離。確定每個晶閘管級光纖檢測合格后蓋上光纜槽蓋。

4.4 換流閥閥塔內水冷回路的連接

換流閥與換流閥的水冷卻系統主進水管和主出水管的對接點在閥塔頂部懸吊鋼梁之上處，來自水冷卻系統的冷卻水沿閥塔懸吊水管，在閥塔內每個閥層分4路，分別進入每層內的4個電抗器內，每層的回水分4路從晶閘管組件模塊內的散熱器，流回到各層的主水管中，再從閥塔頂部懸吊主回水管，沿頂部鋼梁主回水管流回到水冷卻系統。閥層內每個電抗器模塊與相應的晶閘管組件模塊的水路串聯連接，其中晶閘管夾在兩個水冷散熱器之間，阻尼棒電阻嵌入散熱器體內，DC均壓電阻安裝在散熱器上下兩端，來自閥層主水管的冷卻水先進入電抗器，再流經晶閘管組件每級的散熱器，將電抗器、晶閘管、阻尼回路、均壓電阻等產生的熱量迅速散走，保護閥內電氣部件工作在安全溫度范圍內。電抗器組件模塊和晶閘管組件模塊內冷卻水流向示意圖見圖14。

圖14 電抗器組件和晶閘管組件內冷卻水流向示意圖

閥塔內主水管和閥層進出分水管、電抗器模塊和晶閘管組件模塊間的水管連接，均在現場安裝。安裝時要注意層間和層內水管電位一定要固定好，每個水管管接頭接口處，要按安裝工藝要求規范操作，保證換流閥冷卻回路連接可靠，沒有滲漏水，各層各段內均勻承受安全范圍內的規定電壓，各機械支撐件的安裝做到規范、牢靠、沒有松動等。所有安裝螺栓按圖紙規定力矩值擰緊，并做好螺栓緊固標識。

安裝后的閥組要進行水壓試驗，檢查換流閥水路是否達到換流閥進出水溫度、壓力、流量、電導率等的技術要求，檢查閥塔內各水管接頭沒有滲漏等。

4.5 換流閥的機械和絕緣結構

雙重閥閥塔組裝不但考慮閥塔內零部件的正確安裝，還要考慮到換流閥閥塔與一次設備和2次設備可靠連接。雙重閥閥塔高度、閥塔間距、閥塔內從上至下安裝的各段閥層的高度和閥層內部部件的間距，都要按圖紙嚴格控制。例如懸吊部分安裝時，鋼梁之下安裝的懸吊絕緣子下端的4個吊孔，要保證6個閥塔的吊孔，全部在同一平面；閥架安裝時，閥支架的分裝符合圖紙要求，確保閥層內的部件的間隔及閥層間的間隔滿足絕緣距離和爬電距離。杜絕錯裝、漏裝、安裝緊固不到位及不良安裝導致損壞部件的現象，準確地將換流閥性能，從設計資料的量化參數和技術要求上，物化到實際換流閥設備本體中，確保高可靠性和長期安全穩定運行的要求。

5 特高壓換流閥安裝質量控制措施

換流閥安裝常見問題有下幾個方面。

（1）電氣連接故障。如主通流回路母線連接表面處理不當，造成螺釘連接處發熱；RC回路螺釘沒有擰緊造成局部過熱和電弧。

（2）光路連接的故障。光纜安裝不當造成光纜損壞或光信號衰減不能觸發晶閘管。阻燃包安裝不合理造成著火。

（3）水路連接的故障。水管接頭安裝不當造成滲漏水，水管電極電位線漏裝等。

（4）換流閥結構部件裝錯。現場有部分地面絕緣固定支架分裝和閥塔上的部件安裝，錯裝返工延誤工期。

（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）其它原因引起的故障。換流閥現場安裝工期是已確定的，而換流閥里的要裝部件很多，許多部件在運到現場已做過檢查試驗，因此在起吊和轉運都要仔細小心，不要損壞部件。有些部件，短期內很難采購并完成相關試驗。

為實現特高壓換流閥安裝的高效、快捷、且保質保量，建議采用以下措施。制定換流閥安裝調試項目工程進度表。根據完工日期倒推，先制定好4個閥廳閥組安裝調試總進度表，再制定各個閥廳閥組換流閥安裝的分進度表，根據進度表，核算工作量和需要的人工，進行任務項目分工。

換流閥安裝施工方案交底。內容包含換流閥設備介紹；換流閥閥組整體布局和不同結構的閥塔分布；換流閥接口技術要求；換流閥安流程及工藝技術要求，換流閥試驗等。

換流閥安裝關鍵工序控制。結合換流閥圖紙和換流閥安裝作業指導書，細化換流閥安裝工序，化繁為簡，把多個安裝項目分解成專項工序，編制工序作業檢查卡，將作業內容、安裝工藝及技術標準、作業步驟、安全危險源控制防范等細化到具體施工中，根據施工人員的專項特長，進行安裝專項任務分工。專人僅做其中的某幾個工序，這樣熟練程度高，干得快且好，并且整體安裝質量和進度都易于保證。

換流閥設備本體檢查和調試。換流閥現場安裝結束之后，清潔檢查，施工人員先自檢、互檢，再由技術檢查人員檢查，確定已全部消缺后，進行水壓試驗和電氣試驗，試驗中新增故障和問題，要跟蹤處理，各項試驗全部通過后，才能將換流閥接入系統聯調。

6 結語

特高壓換流閥安裝過程控制主要針對安裝階段，從技術要求方面思考和執行換流閥制造的量化管理理念，目的是將合同需求質量、設計質量、制造質量建立相應有機聯系，最終實現換流閥產品全部性能目標。清楚地掌握好換流閥技術性能要求和結構組成特點，在進行換流閥安裝時，處理好關鍵工序，標準化作業，實現零誤差安裝，可以更好地實現高品質的換流閥產品。

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