±800kV換流變網(wǎng)側(cè)套管智能更換裝置研究

國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院 劉磊 李龍飛 周利兵 韓雪峰 張飛 杜兆廣

1 引言

直流輸電工程作為大規(guī)?？鐓^(qū)能源互聯(lián)的重要紐帶，在清潔能源輸送等方面發(fā)揮了重要作用。換流變壓器和換流閥共同作為交流和直流系統(tǒng)的接口設(shè)備[1]，在交流電網(wǎng)與直流線路之間起到連接和協(xié)調(diào)作用。換流變本體被布置在閥廳外，網(wǎng)側(cè)套管在閥廳外與交流系統(tǒng)連接；閥側(cè)套管穿過(guò)閥廳的防火封堵墻后與閥廳內(nèi)的閥組連接，換流變閥側(cè)套管升高座一般插入閥廳內(nèi)。閥廳防火墻進(jìn)換流變閥側(cè)套管位置預(yù)留有孔洞，便于換流變就位，換流變就位后對(duì)孔洞進(jìn)行封堵[2]。由此可見(jiàn)，換流變是直流工程中的關(guān)鍵設(shè)備，而網(wǎng)側(cè)套管更是設(shè)備中要求較為嚴(yán)苛的部件之一。

常規(guī)網(wǎng)側(cè)充油套管內(nèi)部故障會(huì)誘發(fā)瓷套炸裂、變壓器燒毀等嚴(yán)重事件，自直流系統(tǒng)發(fā)展以來(lái)，已發(fā)生多起事故。為消除充油套管安全隱患，2019年國(guó)網(wǎng)公司推行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗爆抗燃性能好的環(huán)氧樹(shù)脂浸紙?zhí)坠埽ǜ墒教坠埽┰趽Q流變網(wǎng)側(cè)的試點(diǎn)應(yīng)用[3-4]。干式套管與油式套管相比，在無(wú)燃燒及無(wú)爆炸無(wú)危險(xiǎn)等方面具有優(yōu)勢(shì)，還具有設(shè)計(jì)緊湊、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)；運(yùn)行中具有無(wú)局放、免維修（無(wú)氣體、無(wú)油）、適配性強(qiáng)、氣密性好、可以任意角度安裝等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)換流變油式套管進(jìn)行替換，安裝干式套管時(shí)，先將干式套管下拉桿與變壓器出線裝置連接，然后套管穿過(guò)拉桿與升高座上連接板連接[5]。在安裝過(guò)程中，拉桿底座和套管根部接觸段為過(guò)盈配合，如果直接安裝，套管的重量會(huì)通過(guò)拉桿底座將出線裝置壓壞，本文為解決這一問(wèn)題設(shè)計(jì)了換流變網(wǎng)側(cè)智能套管更換裝置。

2 智能套管更換裝置組成

智能套管更換裝置由四部分組成：上支撐工裝、下支撐工裝、工裝小車(chē)、電氣控制系統(tǒng)。

上支撐工裝由伺服電機(jī)、同步帶輪、滾珠絲杠、導(dǎo)軌滑塊及相應(yīng)的連接件組成。伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)同步帶傳動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠連接座通過(guò)連接板與導(dǎo)軌滑塊連接，帶動(dòng)夾具垂直方向移動(dòng)。由于上支撐工裝采用伺服電機(jī)，所以?shī)A具的位移、速度、位置以及扭矩大小可以實(shí)時(shí)顯示在控制屏上。上支撐工裝通過(guò)螺栓固定在套管頂部，過(guò)渡連桿組件一端與上支撐工裝通過(guò)兩個(gè)螺母連接，另一端與套管上拉桿通過(guò)螺紋連接。

下支撐工裝分左下支撐工裝和右下支撐工裝兩部分，左下支撐工裝和右下支撐工裝結(jié)構(gòu)一致，對(duì)稱安裝在變壓器升高座上連接板兩側(cè)，承托套管安裝法蘭下表面。左下支撐工裝和右下支撐工裝分別由伺服電機(jī)、同步帶輪、滾珠絲杠、導(dǎo)軌滑塊及相應(yīng)的連接件組成。伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)同步帶傳動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠連接座通過(guò)連接板與導(dǎo)軌滑塊連接，帶動(dòng)夾具垂直方向移動(dòng)。由于左下支撐工裝和右下支撐工裝共同承托套管，所以兩套工裝需要做同步控制，防止套管在安裝過(guò)程中發(fā)生側(cè)翻。

在套管安裝過(guò)程中，通過(guò)觸摸屏控制上下支撐工裝的同步動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)套管下移與拉桿上移在整個(gè)安裝過(guò)程中實(shí)現(xiàn)速度、位移的同步，在整個(gè)過(guò)程中，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上下工裝夾具扭矩大小，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部拉桿底座和套管根部的柔性裝配，減少工件磨損、變形，提高裝配效率，降低裝配難度。全程動(dòng)作可進(jìn)行自動(dòng)化/手動(dòng)模式切換，并且裝配全程安裝距離、安裝速度及扭矩大小可視化，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制。智能套管裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能套管裝置結(jié)構(gòu)

由圖1 可知，套管頂端為上支撐工裝，套管下部為下支撐工裝。上支撐工裝安裝于套管頂部，利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)一個(gè)帶有U 型開(kāi)口的提拉板上下運(yùn)動(dòng)。

提拉板開(kāi)口部分通過(guò)一套鎖緊螺母組件與一個(gè)過(guò)渡連桿相連，過(guò)渡連桿通過(guò)螺紋與上拉桿上端固定連接，當(dāng)下支撐工裝承托套管向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，工裝伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)拉桿向上運(yùn)動(dòng)，防止套管將拉桿壓下，造成相關(guān)部件損壞。

下支撐工裝安裝在升高座上連接板上，左下支撐工裝與右下支撐工裝同時(shí)使用，用于承托套管法蘭與拉桿進(jìn)行裝配。工裝利用一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)一個(gè)帶有弧形開(kāi)口的支撐支架上下運(yùn)動(dòng)。支撐支架初始位置（原點(diǎn)） 設(shè)置在上部，利用接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，上表面與套管下部法蘭下表面接觸，工作時(shí)，工裝與下支撐工裝和上支撐工裝同步動(dòng)作，下支撐工裝支撐支架托著套筒向下運(yùn)動(dòng)，上支撐牽引拉桿向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。

電控柜安裝在工裝小車(chē)的后部，用于控制各部分工裝動(dòng)作及程序調(diào)試?？刂乒袂懊姘鍨殚_(kāi)關(guān)門(mén)，門(mén)上嵌入安裝一塊操作屏，操作屏可以對(duì)工裝控制進(jìn)行操作，同時(shí)可以顯示各工裝實(shí)時(shí)動(dòng)作狀態(tài)，便于動(dòng)作監(jiān)控。電氣控制柜結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電氣控制柜結(jié)構(gòu)

工裝小車(chē)為上下支撐工裝和電氣控制柜的載體，隨工位變化拖動(dòng)。小車(chē)底部有四個(gè)行走輪，兩個(gè)為定向輪，兩個(gè)為萬(wàn)向輪并且?guī)в袆x車(chē)裝置。小車(chē)上面板開(kāi)有螺紋孔，用于工裝運(yùn)輸時(shí)的固定。小車(chē)四個(gè)角安裝有四個(gè)吊環(huán)螺釘，可以在現(xiàn)場(chǎng)用吊車(chē)吊置。小車(chē)底層四周用面板封閉，內(nèi)部可以放置線纜及工具等件，左右兩側(cè)設(shè)有開(kāi)關(guān)門(mén)，方便取件，前部帶拉手，后部帶開(kāi)關(guān)門(mén)，方便維護(hù)電氣控制柜。工裝小車(chē)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 工裝小車(chē)結(jié)構(gòu)

3 套管更換裝置使用工藝步驟

在進(jìn)行套管更換時(shí)，智能套管更換裝置使用步驟如下。

第一，在打開(kāi)套管包裝箱后，拆開(kāi)套管頭部部件，取出套管拉桿，將套管拉桿中間連接松開(kāi)，此時(shí)拉桿分成上拉桿和下拉桿兩部分。上拉桿頂部用直徑4mm 尼龍繩穿過(guò)銷孔固定，從套管頂部穿過(guò)套管。將下支撐工裝用吊車(chē)安裝于升高座上連接板處，兩工裝距離大于套管法蘭直徑。

第二，將下拉桿與均壓球相連，用扭矩扳手嚴(yán)格按照螺釘扭矩值進(jìn)行鎖緊，下拉桿與均壓環(huán)相連如圖4所示。

圖4 下拉桿與均壓環(huán)相連

第三，將套管吊裝板安裝于套管頂部，吊帶連接于套管法蘭吊裝孔處，穿過(guò)吊裝板與吊車(chē)吊鉤連接。

第四，將上支撐工裝用螺栓安裝于套管頂部，將過(guò)渡連桿用兩個(gè)螺母安裝于上支撐工裝夾具上，上支撐工裝安裝于套管頂部如圖5所示。

圖5 上支撐工裝安裝于套管頂部

第五，吊車(chē)吊起套管緩慢從升高座正上方緩緩放下，同時(shí)利用尼龍繩緩慢將上拉桿下放，注意二者配合，當(dāng)套管底部快接近升高座上表面時(shí)，吊車(chē)停止下放，連接上下拉桿。

第六，繼續(xù)用吊車(chē)將套管緩慢下移，當(dāng)套管底部距離下支撐工裝支撐板10mm 左右時(shí)停止，將左右下支撐工裝向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，拖住套管法蘭；繼續(xù)將套管緩慢下移，使套管法蘭接觸左右下支撐工裝支撐板，下支撐與法蘭接觸如圖6所示。

圖6 下支撐與法蘭接觸

第七，將過(guò)渡連桿與套管上拉桿連接。

第八，觸摸屏控制上下支撐工裝同時(shí)運(yùn)動(dòng)，其中上支撐工裝帶動(dòng)套管拉桿向上移動(dòng)，左下支撐工裝和右下支撐工裝同時(shí)帶動(dòng)套管向下移動(dòng)，二者速度一致。

第九，套管拉桿安裝到位后，將過(guò)渡連桿拆下，安裝尼龍墊、一個(gè)上拉桿螺母及螺母鎖緊工裝，然后再次將過(guò)渡連桿安裝。

第十，利用上支撐工裝再次提升拉桿，提至拉力700Kg，此時(shí)利用螺母鎖緊工裝將拉桿螺母鎖死。

第十一，將上支持工裝拆下，安裝第二個(gè)拉桿螺母，同時(shí)將尼龍繩拆下。

第十二，將上支撐工裝和下支撐工裝拆除，放于工裝小車(chē)上，用螺栓固定。

通過(guò)使用智能套管更換裝置，套管在更換過(guò)程中，既降低了套管由于過(guò)盈配合而損壞的可能性，又提高了替換過(guò)程中的精準(zhǔn)度，保證了套管下移和拉桿上升的速度、位移一致，在整個(gè)安裝過(guò)程中，出線裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，不受外力影響，實(shí)現(xiàn)了安全可靠的套管安裝作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合換流變網(wǎng)側(cè)環(huán)氧樹(shù)脂浸紙式套管替換油式套管方案，對(duì)套管的替換工程中的過(guò)盈配合問(wèn)題提出了一種新的裝置智能套管替換裝置。在安裝過(guò)程中，拉桿底座和套管根部接觸段為過(guò)盈配合，此裝置在套管安裝過(guò)程中，保證了套管下移和拉桿上升的速度、位移一致，在整個(gè)安裝過(guò)程中，出線裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，不受外力影響，實(shí)現(xiàn)了安全可靠的套管安裝作業(yè)，為各換流站開(kāi)展套管替換工作提供了參考依據(jù)。