交流耗能裝置安裝調(diào)試技術(shù)的研究與運(yùn)用

斯 輝 （安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

張北柔性直流電網(wǎng)工程建立了張北、康保、北京和豐寧四端互聯(lián)的換流站網(wǎng)絡(luò)，是目前世界上首個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)特性的直流電網(wǎng)工程。其中，張北和康保兩站交流測(cè)大規(guī)模接入了風(fēng)電、光伏等可再生能源，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，新能源電力運(yùn)行特性無法滿足快速切除的要求，為解決這一問題，首次采用交流耗能裝置作為柔性直流電網(wǎng)吸收盈余功率的控制投切設(shè)備。交流耗能裝置總體思路為當(dāng)發(fā)生孤島送端單極閉鎖或受端嚴(yán)重故障導(dǎo)致風(fēng)電功率無法外送時(shí)，通過電力電子器件將大功率電阻快速投入交流系統(tǒng)中將電網(wǎng)聚集的能量進(jìn)行耗散，以避免對(duì)換流閥造成損壞。

該項(xiàng)目也是世界上首套大容量交流耗能裝置。本文以康保換流站工程交流耗能裝置為例進(jìn)行介紹。耗能裝置包括TCR閥組、負(fù)荷電阻、取能阻抗等設(shè)備組成，主要有毫秒級(jí)瞬時(shí)和秒級(jí)長(zhǎng)時(shí)交流耗能策略。

其中TCR閥組、取能阻抗為戶內(nèi)安裝，負(fù)荷電阻采用戶外安裝，耗能設(shè)備均為支撐式安裝，層間采用絕緣子剛性連接，這也是耗能裝置安裝精度控制重點(diǎn)設(shè)備。康保站地處我國(guó)高寒，多風(fēng)沙地區(qū)，氣候條件增加了耗能閥安裝質(zhì)量的管控難度。且柔直換流站設(shè)備布局緊湊，作業(yè)空間狹小導(dǎo)致設(shè)備安裝效率低下，新能源及柔直故障多樣性、耗能策略不同使調(diào)試工作變得異常復(fù)雜。本文通過對(duì)大容量交流耗能裝置的安裝調(diào)試方法進(jìn)行研究與探討，總結(jié)出其安裝調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)以后類似電力設(shè)備安裝能有所幫助。

1 安裝環(huán)境控制

TCR閥組是柔性直流輸電的核心設(shè)備之一，主要是晶閘管元器件，內(nèi)部設(shè)置大量光板卡，其安裝和運(yùn)行對(duì)環(huán)境要求極高。在TCR閥組安裝之前，將耗能室設(shè)置人員和設(shè)備分離通道，在人員出入口除塵過渡間，除塵過渡間內(nèi)設(shè)置出入登記臺(tái)、閘機(jī)、衣柜、鞋柜、安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備，在設(shè)備入口設(shè)置除塵機(jī)等設(shè)備，用于阻止外界風(fēng)沙進(jìn)入。

圖1 除塵過渡間整體布局

在耗能室外側(cè)入口處設(shè)置專用拆箱區(qū)。設(shè)備開箱后需通過外部擦拭、清潔防護(hù)塑料薄膜再轉(zhuǎn)移到耗能室內(nèi)，保證設(shè)備的潔凈無塵。

在TCR閥組件安裝之前，對(duì)室內(nèi)的地面、墻體、屋面底板和鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行清潔，地面應(yīng)鋪設(shè)干凈、防塵防靜電地板革，每日開工前和工作完成后應(yīng)使用吸塵器、拖布清掃地面，不得使用壓縮空氣、掃帚等引起灰塵飛揚(yáng)的工具。

通過空調(diào)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)耗能室溫度，保持微正壓，設(shè)置設(shè)備安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和空氣顆粒物含量檢測(cè)裝置，可對(duì)耗能室安裝全過程實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄，同時(shí)監(jiān)測(cè)安裝環(huán)境空氣顆粒物含量情況，確保安裝環(huán)境達(dá)標(biāo)。

圖2 安裝環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2 應(yīng)用Creo軟件的三維可視化技術(shù)指導(dǎo)設(shè)備安裝

耗能閥塔零散部件眾多，組件編號(hào)繁瑣，施工環(huán)節(jié)繁多密集，依靠平面安裝圖無法直觀地理解物料使用部位，因此在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)交流時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多歧義。這個(gè)時(shí)候預(yù)先在Creo軟件上進(jìn)行三維安裝模擬，將安裝過程以三維圖的展示方式展現(xiàn)出來，安裝時(shí)可以直觀地看到各零件的使用部位，避免了錯(cuò)用或者混用零件的情況發(fā)生。

圖3 TCR閥組件組裝示意圖

圖4 閥塔部分零件模型

圖5 TCR閥塔整體圖

3 專用吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)工具的運(yùn)用

由于耗能閥組件和電阻箱吊點(diǎn)布置于設(shè)備四周的邊框上，如不采用框架式專用工具進(jìn)行吊裝，而采用吊索直接進(jìn)行設(shè)備吊裝，將使設(shè)備受到吊裝索具向設(shè)備中心的夾緊力，從而造成設(shè)備受力損壞。

專用吊裝工具含：一個(gè)吊裝框架，框架制作需用25號(hào)以上槽鋼或工字鋼二根疊加在一起構(gòu)成田字型框架，在矩形框架內(nèi)適當(dāng)加固，在四個(gè)拐角處各焊接3組吊點(diǎn)，根據(jù)不同設(shè)備尺寸，來選擇吊點(diǎn)。上部吊索與下部吊索在起吊時(shí)對(duì)吊裝橫梁同時(shí)產(chǎn)生數(shù)對(duì)平衡力，即大小相等、方向相反及均勻作用在橫梁上，達(dá)到最佳受力承重結(jié)構(gòu)。本現(xiàn)場(chǎng)制作的這套吊裝工具，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)省材料、制作工作量小、適用范圍廣和可回收利用，并易于推廣等優(yōu)點(diǎn)。

圖6 專用吊具安裝TCR組件

閥組件安裝單元重量重、尺寸大，如何將耗能閥組件快速地在耗能室內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，安全、精準(zhǔn)、高效地安裝于閥塔上。攻關(guān)小組針對(duì)閥組件自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，和廠家共同研制專用轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)，便于將開箱后的閥組件倒運(yùn)至安裝位置附近進(jìn)行地面組裝、吊裝等，同時(shí)也能夠?qū)㈤y段精準(zhǔn)就位于指定安裝位置，實(shí)現(xiàn)了工廠化精度裝配。

圖7 專用轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)倒運(yùn)組件

4 優(yōu)化流程提高安裝效率

本項(xiàng)目單臺(tái)耗能電阻器塔由3個(gè)電阻箱模塊支撐式固定方式采用自下而上依次疊層安裝。原作業(yè)指導(dǎo)書安裝流程為：

①安裝定位板及底部支撐絕緣子；

②吊裝電阻器安裝第一層，固定在底部支撐絕緣子上；

課程內(nèi)容不再以章節(jié)的形式出現(xiàn)，而是設(shè)計(jì)了四個(gè)大項(xiàng)目九個(gè)子項(xiàng)目作為載體承載本課程的教學(xué)內(nèi)容，在完成教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上兼顧了項(xiàng)目的職業(yè)性、趣味性和覆蓋性等。[2]

③在第一層箱體上固定層間絕緣子，如果層間絕緣子不平，需在底部增加馬蹄形墊片；

④吊裝電阻器安裝在第二及第三層，固定在層間支撐絕緣子上，吊裝方法同步驟②；

⑤電阻器連接管母，金具及管母線安裝。

圖8 整體安裝外形圖

通過去電阻箱廠內(nèi)考察，進(jìn)行電阻器箱體受力核算，電阻箱體受力滿足底部帶支撐絕緣子整體吊裝。待底部絕緣子安裝找平完成后，通過吊車將電阻箱起吊到合適位置，安裝人員在地面上依次完成層間絕緣子的組裝，之后將電阻箱和層間絕緣子整體進(jìn)行吊裝，按此順序依次自上而下完成所有電阻器設(shè)備安裝。此方案優(yōu)化后減少了吊裝次數(shù)，降低了作業(yè)人員安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 安裝流程圖優(yōu)化對(duì)比圖

5 試驗(yàn)與分系統(tǒng)調(diào)試

耗能裝置到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)與產(chǎn)品型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)結(jié)果或其規(guī)定值相符。

單體試驗(yàn)是交流耗能裝置帶電試驗(yàn)前對(duì)所有單個(gè)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢查和試驗(yàn)，單個(gè)設(shè)備包括電阻器、晶聞管閱等、VCE等。驗(yàn)證閥控裝置和晶閘管級(jí)的觸發(fā)、監(jiān)視功能正常。通過短接光纖設(shè)置閥控A系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試模式，解鎖運(yùn)行狀態(tài)；將測(cè)試手柄放置在晶閘管級(jí)的兩端，保持觸頭與散熱器之間良好接觸；使用HVTT806晶閘管級(jí)單元測(cè)試儀進(jìn)行觸發(fā)功能測(cè)試；完成A系統(tǒng)測(cè)試模式下所有晶閘管級(jí)觸發(fā)試驗(yàn)后，還應(yīng)進(jìn)行以下試驗(yàn)：A系統(tǒng)為主LE1板工作，每個(gè)閥組件抽檢2級(jí)；B系統(tǒng)為主，對(duì)閥組每個(gè)組件抽檢2級(jí)；B系統(tǒng)為主LE2板工作，每個(gè)組件抽檢2級(jí)。HVTT806晶閘管級(jí)單元測(cè)試儀合格指示燈亮；OWS后臺(tái)上報(bào)事件和晶閘管級(jí)測(cè)試位置對(duì)應(yīng)，無漏報(bào)，錯(cuò)報(bào)現(xiàn)象。

①根據(jù)變壓器容量、限流電阻數(shù)量初步核算，每相晶閘管閥參與試驗(yàn)的晶閘管為10級(jí)；

②按照?qǐng)D10完成一次試驗(yàn)回路的接線；

圖10 低壓加壓試驗(yàn)接線圖

③閥控VCE800為正常運(yùn)行模式；

④使用示波器監(jiān)視耗能電阻的電壓；

⑤閉合斷路器QF；

⑥站控下發(fā)耗能支路開關(guān)狀態(tài)有效、解鎖命令有效1.5秒；

⑦觀察并記錄示波器電壓波形。

試驗(yàn)用斷路器QF、變壓器T、串聯(lián)限流電阻 R1（R2、R3）、示波器如圖10布置。試驗(yàn)設(shè)備參數(shù)如下：

① T：三相變壓器，380/2000V，250kVA，短路阻抗4%。

② R1、R2、R3：限流電阻，1000Ω，電流 2A（通流 1.5s）。

系統(tǒng)調(diào)試是在AC Chopper帶電情況下對(duì)其規(guī)定性能進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。所有現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)按照單體試驗(yàn)、子系統(tǒng)試驗(yàn)、系統(tǒng)調(diào)試的次序完成。

6 結(jié)語

柔性直流輸電所具有的優(yōu)勢(shì)之一是能夠解決大規(guī)模的可再生能源的送出與消納。我國(guó)能源資源與負(fù)荷逆向分布的現(xiàn)實(shí)情況以及未來電力需求的巨大空間急切需要發(fā)展柔性直流輸電技術(shù)。柔性直流輸電對(duì)換流站的工程技術(shù)要求很高，耗能裝置是解決新能源功率盈余的核心設(shè)備。目前工程施工中針對(duì)耗能裝置的安裝難點(diǎn)已有相應(yīng)的控制方法，但并不完善。相信隨著柔性直流工程的發(fā)展，耗能裝置設(shè)備的安裝工法也就更加完善，將為未來柔性直流換流站的耗能裝置高質(zhì)量安裝發(fā)揮更多的作用。