±800kV換流變網側套管智能更換裝置研究

國網新疆電力有限公司電力科學研究院 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模跨區能源互聯的重要紐帶，在清潔能源輸送等方面發揮了重要作用。換流變壓器和換流閥共同作為交流和直流系統的接口設備[1]，在交流電網與直流線路之間起到連接和協調作用。換流變本體被布置在閥廳外，網側套管在閥廳外與交流系統連接；閥側套管穿過閥廳的防火封堵墻后與閥廳內的閥組連接，換流變閥側套管升高座一般插入閥廳內。閥廳防火墻進換流變閥側套管位置預留有孔洞，便于換流變就位，換流變就位后對孔洞進行封堵[2]。由此可見，換流變是直流工程中的關鍵設備，而網側套管更是設備中要求較為嚴苛的部件之一。

常規網側充油套管內部故障會誘發瓷套炸裂、變壓器燒毀等嚴重事件，自直流系統發展以來，已發生多起事故。為消除充油套管安全隱患，2019年國網公司推行結構強度高、抗爆抗燃性能好的環氧樹脂浸紙套管（干式套管）在換流變網側的試點應用[3-4]。干式套管與油式套管相比，在無燃燒及無爆炸無危險等方面具有優勢，還具有設計緊湊、體積小、重量輕的優點；運行中具有無局放、免維修（無氣體、無油）、適配性強、氣密性好、可以任意角度安裝等優點。在對換流變油式套管進行替換，安裝干式套管時，先將干式套管下拉桿與變壓器出線裝置連接，然后套管穿過拉桿與升高座上連接板連接[5]。在安裝過程中，拉桿底座和套管根部接觸段為過盈配合，如果直接安裝，套管的重量會通過拉桿底座將出線裝置壓壞，本文為解決這一問題設計了換流變網側智能套管更換裝置。

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、電氣控制系統。

上支撐工裝由伺服電機、同步帶輪、滾珠絲杠、導軌滑塊及相應的連接件組成。伺服電機作為驅動系統，通過同步帶傳動，帶動滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠連接座通過連接板與導軌滑塊連接，帶動夾具垂直方向移動。由于上支撐工裝采用伺服電機，所以夾具的位移、速度、位置以及扭矩大小可以實時顯示在控制屏上。上支撐工裝通過螺栓固定在套管頂部，過渡連桿組件一端與上支撐工裝通過兩個螺母連接，另一端與套管上拉桿通過螺紋連接。

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構一致，對稱安裝在變壓器升高座上連接板兩側，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、同步帶輪、滾珠絲杠、導軌滑塊及相應的連接件組成。伺服電機作為驅動系統，通過同步帶傳動，帶動滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠連接座通過連接板與導軌滑塊連接，帶動夾具垂直方向移動。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，防止套管在安裝過程中發生側翻。

在套管安裝過程中，通過觸摸屏控制上下支撐工裝的同步動作，實現套管下移與拉桿上移在整個安裝過程中實現速度、位移的同步，在整個過程中，可以實時監測上下工裝夾具扭矩大小，從而實現內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。全程動作可進行自動化/手動模式切換，并且裝配全程安裝距離、安裝速度及扭矩大小可視化，便于實時監控與控制。智能套管裝置結構如圖1所示。

圖1 智能套管裝置結構

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，利用伺服電機驅動，帶動一個帶有U 型開口的提拉板上下運動。

提拉板開口部分通過一套鎖緊螺母組件與一個過渡連桿相連，過渡連桿通過螺紋與上拉桿上端固定連接，當下支撐工裝承托套管向下運動時，工裝伺服電機同步驅動拉桿向上運動，防止套管將拉桿壓下，造成相關部件損壞。

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使用，用于承托套管法蘭與拉桿進行裝配。工裝利用一個伺服電機驅動，帶動一個帶有弧形開口的支撐支架上下運動。支撐支架初始位置（原點） 設置在上部，利用接近開關進行檢測，上表面與套管下部法蘭下表面接觸，工作時，工裝與下支撐工裝和上支撐工裝同步動作，下支撐工裝支撐支架托著套筒向下運動，上支撐牽引拉桿向上運動，實現三軸聯動。

電控柜安裝在工裝小車的后部，用于控制各部分工裝動作及程序調試。控制柜前面板為開關門，門上嵌入安裝一塊操作屏，操作屏可以對工裝控制進行操作，同時可以顯示各工裝實時動作狀態，便于動作監控。電氣控制柜結構如圖2所示。

圖2 電氣控制柜結構

工裝小車為上下支撐工裝和電氣控制柜的載體，隨工位變化拖動。小車底部有四個行走輪，兩個為定向輪，兩個為萬向輪并且帶有剎車裝置。小車上面板開有螺紋孔，用于工裝運輸時的固定。小車四個角安裝有四個吊環螺釘，可以在現場用吊車吊置。小車底層四周用面板封閉，內部可以放置線纜及工具等件，左右兩側設有開關門，方便取件，前部帶拉手，后部帶開關門，方便維護電氣控制柜。工裝小車結構如圖3所示。

圖3 工裝小車結構

3 套管更換裝置使用工藝步驟

在進行套管更換時，智能套管更換裝置使用步驟如下。

第一，在打開套管包裝箱后，拆開套管頭部部件，取出套管拉桿，將套管拉桿中間連接松開，此時拉桿分成上拉桿和下拉桿兩部分。上拉桿頂部用直徑4mm 尼龍繩穿過銷孔固定，從套管頂部穿過套管。將下支撐工裝用吊車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，用扭矩扳手嚴格按照螺釘扭矩值進行鎖緊，下拉桿與均壓環相連如圖4所示。

圖4 下拉桿與均壓環相連

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，穿過吊裝板與吊車吊鉤連接。

第四，將上支撐工裝用螺栓安裝于套管頂部，將過渡連桿用兩個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，吊車吊起套管緩慢從升高座正上方緩緩放下，同時利用尼龍繩緩慢將上拉桿下放，注意二者配合，當套管底部快接近升高座上表面時，吊車停止下放，連接上下拉桿。

第六，繼續用吊車將套管緩慢下移，當套管底部距離下支撐工裝支撐板10mm 左右時停止，將左右下支撐工裝向內側移動，拖住套管法蘭；繼續將套管緩慢下移，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運動，其中上支撐工裝帶動套管拉桿向上移動，左下支撐工裝和右下支撐工裝同時帶動套管向下移動，二者速度一致。

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

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，安裝第二個拉桿螺母，同時將尼龍繩拆下。

第十二，將上支撐工裝和下支撐工裝拆除，放于工裝小車上，用螺栓固定。

通過使用智能套管更換裝置，套管在更換過程中，既降低了套管由于過盈配合而損壞的可能性，又提高了替換過程中的精準度，保證了套管下移和拉桿上升的速度、位移一致，在整個安裝過程中，出線裝置處于靜止狀態，不受外力影響，實現了安全可靠的套管安裝作業。

4 結語

本文結合換流變網側環氧樹脂浸紙式套管替換油式套管方案，對套管的替換工程中的過盈配合問題提出了一種新的裝置智能套管替換裝置。在安裝過程中，拉桿底座和套管根部接觸段為過盈配合，此裝置在套管安裝過程中，保證了套管下移和拉桿上升的速度、位移一致，在整個安裝過程中，出線裝置處于靜止狀態，不受外力影響，實現了安全可靠的套管安裝作業，為各換流站開展套管替換工作提供了參考依據。