火电厂内1 000 kV升压站的现场安装技术

2021-10-21李健豪贺彦鹏易海波

电力勘测设计 2021年9期

李健豪，商政，贺彦鹏，易海波

（中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西西安 710075）

0 引言

特高压设备具有尺寸大、重量重、工艺要求高、现场施工难度大和质量管控严格等特点[1-3]。目前，我国火电厂内直接升压至1 000 kV的升压站工程实践，即采用1 000 kV气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated metalenclosed switchgear，GIS）及1 000 kV主变压器（以下简称“主变”）的火电工程经验较少。

火电工程建设中的升压站布置方式，受制于火电厂的总图布置以及施工工序，布置场地相对较小，工程协调复杂。火力发电厂中1 000 kV升压站的安装工作与常规特高压变电站的安装有所不同，除了需要与常规特高压变电站进行相同水平的质量管理外，施工过程中的制约因素更多。

某火电厂工程采用2机2变1线联合单元接线，以1 000 kV一级电压接入系统，出线一回，接入外侧1 000 kV变电站。该工程共设计有1台1 000 kV断路器，6台单相主变。该工程升压站布置紧凑，形式特殊，分支母线较长，防尘施工难度大；且预计的主变进场路线上设计有综合管架等障碍，需要通过现场安装管理过程控制，解决以上问题。

1 主变压器运输及卸车

该工程主变设计为单相变压器，每台机组各设置3台主变压器，共6台主变，单台变压器容量为250 MVA。大型变压器质量大、体积大，对运输过程要求比较严格[4]，本文仅讨论厂内运输部分。

该工程6台主变压器的运输尺寸均为7 323 mm× 5 119 mm×4 900 mm（长×宽×高），运输重量为227 t，因高度接近运输路线高速公路限高5 m，运输方案采用桥式框架运输，最终运输转弯半径约30 m，运输高度约5 m，主变桥式框架转弯半径如图1所示。转弯过程中，桥式框架置于转角内侧空地上空，需要转弯区域无其他障碍物阻隔。

图1 主变桥式框架转弯半径示意图

主变进场路线上有多处位置按照设计图纸无法满足车辆通行的限高以及转弯半径要求。鉴于上述情况，工程施工管理过程中需要提前考虑主变进场问题，调整厂内综合管架及连廊的施工时间，调整车辆转弯处部分设备的安装工序，使主变进场高度、宽度限制得到解决。主变进场时需要对现场转弯处部分道路进行了临时拓宽、排障、平整、回填夯实，保证车辆顺利到达卸车场地。其中，部分道路由原7 m宽临时拓宽至9 m，回填夯实要求路面压强达到10 t/m2并在车轮经过的轨迹路面铺设钢板。

主变卸车就位采用液压顶推方案，需要提前将路障、路基及沟渠回填夯实，路面压强达到10 t/m2。主变运输到位后，先拆除桥式框架主承载梁，将设备落至预先摆放的枕木上（如图2所示），然后牵引车和液压轴线车撤离就位作业区域，将卸在道木台上的变压器通过千斤顶提升，穿入钢轨和顶推装置将变压器平移至基础上，再利用千斤顶交叉提升降低高度直至落在基础台上。落地前需要对就位位置尺寸进行仔细检查，确保就位位置准确无误。

图2 主变就位

2 主变压器安装

2.1 主要附件的安装

安装主要附件时，冷却装置、储油柜等无需露空状态安装的附件应先行完成安装。其余附件安装按照制造商要求，每天安装附件时间不大于8 h，器身暴露于大气的总安装时间不超过24 h。

抽真空、真空注油、热油循环、静置等作业工序的技术要求均按照制造商的技术要求以及相关标准规范的要求编制了现场执行标准并严格执行。其中，真空度要求为小于13 Pa并计时维持48 h；真空注油温度控制在50～70 ℃；热油循环出口油温要达到60～70 ℃，循环时间不小于48 h；注油完毕后，变压器静置时间不小于168 h，过程中应多次排气直至残余气体排尽。

附件安装时一定要注意现场防尘措施，安装过程中禁止附近车辆通过，并调整易产生扬尘的工作的施工工序，避免灰尘干扰影响设备绝缘水平。

2.2 高压套管安装

高压套管安装前，应对起重机及吊具进行受力计算，明确吊车站位。吊装时采用两台汽车起重机先将套管水平吊起后一台掉钩缓缓上升使套管与地面垂直。最后按照对接工艺对套管法兰面进行对接，套管就位过程如图3所示。

图3 变压器高压套管就位过程

2.3 绝缘油样化验

绝缘油应在注入设备前和注入设备后、热油循环结束静置后48 h分别取油样进行试验。绝缘油的合格标准应按照相关规程规范以及制造厂要求中较高的标准执行，具体执行标准如表1所示。

表1 绝缘油样检测执行标准

值得注意的是，大型变压器油量较大，需要抽样化验次数较多。该工程每台主变需要三台油罐车进油，每台主变的残油、新油滤油后，进行耐压试验，运行24 h后均需要进行油样取样化验，如果没有合理安排抽样送检的时间，则会对总体施工工期有一定影响。因此，应在施工前确认各项油样送检的责任单位、检测项目和合格标准等内容，并确定送检单位的检测以及报告出具时间，保证施工过程中各项工作有条不紊地进行。

3 GIS安装

该工程采用2机2变1线联合单元接线方式，采用一台1 000 kV断路器，设一回1 000 kV出线。

3.1 基础验收

1 000 kV GIS基础对设备安装的影响较大，在基础施工后应及时对GIS基础进行检查验收。根据设计院图纸及GIS制造厂图纸，核对并查验地基预埋铁或钢架、电缆沟及接地点的位臵是否与地基的设计图一致，要求中心距离误差≤3 mm；预埋件水平度误差要求为±1 mm，预埋件尺寸误差≤3 mm。另外，将主母线的中心线和每个间隔的中心线用油漆标出，作为永久标志。

3.2 GIS本体安装

首先进行断路器的精确定位与安装，然后以断路器为定位基准，安装防尘房并进行GIS设备组装，进行放气、点检、涂润滑脂、对接和紧固螺栓等工作。其中，点检人员穿戴全套防尘服装且不允许携带金属物品，重点点检绝缘件、导体和筒体。

安装完成到一定程度后，开始配置SF6气体管路，并更换吸附剂，抽真空，充干燥SF6气体至额定压力。新充入的气体需要进行微水测试，并符合交接试验规程。最后进行气体检漏工作。

其中，严禁重复使用吸附剂，一旦气室重新暴露于空气中，气室内所有吸附剂必须全部予以更换。抽真空时，当真空度达133 Pa开始计时，维持真空泵运转0.5 h后停泵并与泵隔离，静观0.5 h后读取真空值A。再静观5 h后读取真空值B，要求B－A≤67 Pa（极限允许值133 Pa），则认为密封良好；否则，应检查气室的泄漏点，并处理泄漏缺陷。充入纯净的SF6气体前，需要检查气体配管工作已经合格完成；所有SF6气体出厂试验合格，且现场将抽样样品送相关检验单位试验合格后方可进行充气先充到0.2 MPa。当相邻气室也充气到0.2 MPa时，将本气室充到额定压力0.45 MPa。气体检漏需要用塑料袋罩住筒口，扎紧后保持24 h用检漏仪进行检漏。

安装过程中要注意人员不得私自进入GIS的密封室内。有必要进入时，应确定其内部环境通风良好，且至少含有18%的O2，并另有一人负责监护。

安装过程的全过程务必注意进行“四无”管理，即：无异物残留、无异物混入、无异物发生和无螺栓忘记紧固，以确保GIS内部清洁，带电后不会出现放电现象。

3.3 GIS施工责任界面划分

该工程GIS安装施工责任界面按照合同划分，现场安装工作由施工单位负责，GIS制造厂负责安装与调试的现场服务与技术指导。但是施工管理过程中发现，施工单位对特高压设备安装技术及人才储备不足，为了确保现场施工质量，最重要的对接施工工作改为生产厂家人员负责，施工单位进行配合，以确保工程的施工进度及质量。

工程实践认为，若有类似工程的施工工作，可以在合同签订时将主要的安装工作分给设备厂家，将配合工作分给施工单位，这样可以借助生产厂家的技术优势，高质量完成安装工作。实际上，工程安装费用仅占GIS设备费用的不足1%。综合考量下，安装工作分属设备厂家更为有利。

4 GIS防尘施工措施

1 000 kV GIS现场户外安装工作量大，持续时间长，施工环境对1 000 kV GIS的安装质量影响很大[5-6]。在GIS安装过程中，只要有一个气室灰尘处理不彻底，就有可能在耐压试验过程中造成击穿现象[7]。电厂建设过程中电气、土建专业交叉施工多，扬尘大，因此，防尘是现场施工管理需要重点解决的问题。

4.1 主要防尘施工方案比较

经笔者调研，GIS安装工程主要防尘施工方案有两种：

1）第一种是采用移动式装配车间（如图4所示）进行设备本体对接安装工作，再使用防尘房安装分支母线。上述方案适合用于升压站占地空间大且规整，可以布置移动式装配车间的现场，该方案容易满足安装工作的防尘要求。该方案施工场地外部防尘网无需很高，起到基本防尘效果即可，现场经验是仅需布置2 m高的防尘网即可达到防护要求；且覆盖范围大，工作进度快。但是缺点是需要升压站布置面积大且规整的现场，布置不够灵活，且分支母线的安装无法使用移动式装配车间作业。

图4 移动式装配车间现场图

2）第二种防尘施工方案是：采用全部移动式防尘房及小型防尘房进行设备本体对接工作。该方案现场如图5所示。全部采用防尘房的防尘施工方案布置灵活、方案投资低，但是随着工作的进行，要经常拆装防尘房，不利于连续工作，且防尘房外部防尘网等防护措施需要增加防护等级。

图5 防尘房和防尘网现场图

4.2 多级防尘施工措施

该工程面临的主要问题是升压站占地空间狭小，断路器与分支母线布置不规整，无法布设移动式装配车间进行装配工作，升压站布置如图6所示。该工程主要安装工期处于春、夏两季，工程所在地区春季风沙较大，不利于设备防尘安装工作；升压站附近的交叉施工也有可能造成扬尘等问题。

图6 该工程升压站布置图

鉴于上述原因，工程采用了多级防尘管理及利用移动式防尘房进行本体安装对接作业的防尘施工方案。该工程调整了升压站外面的土建施工工作顺序及时间，进行GIS安装对接的时间不允许周围土建有扬尘的工作进行施工，且对裸露的区域用防尘网进行铺盖及遮挡。在风力较大的时间段，停止对接工作并将施工工作安排给附近的土建施工。每天作业前，作业区域外的道路应定期进行洒水降尘工作。GIS作业区域布置防尘围护墙，利用脚手架管、防尘布搭设6 m高防护墙，在2 m以下的高度增加彩条布防护，并合理布置斜撑用来防风加固。考虑到作业区域狭长，防尘围护墙布置采用分区域布置方案，将作业区域分为两个部分，根据施工工序分别进行搭设。防护墙内每日进行人工清扫及清尘工作。

施工时，实时监控作业区域内外的空气粉尘度及温湿度数据，以数据为依据控制施工作业；工作时，防尘房内要求保证粉尘度相对质量浓度≤20 CPM，湿度≤80%，温度在5～25 ℃范围内，现场每两个小时对温度、湿度和洁净度进行测量并记录。

最后，在核心安装区域，布设了防尘房进行无尘作业。采取管理技术措施：进入防尘房工作前要穿戴防尘服、防尘帽及防尘鞋，准备移入移动式防尘房的设备及物品、工具、工装，需预先做清洁处理，防止异物混入。不允许与产品对接无关人员随意进入防尘房，没有特殊情况，产品对接人员在产品对接完成之前要一直在防尘房内部。地面铺设防尘垫，并每日定时清洁，提前将空调、除湿设备及照明灯打开，确保在无尘状态下进行安装作业。

因布置条件限制，在防尘房也无法进行安装的区域，采用图5所示的小型临时防尘房方案进行安装。