换流站狭小作业空间内免吊装水泵及电机检修平台的研制

张祥虎 宗 斌

（国网江苏省电力有限公司超高压分公司）

0 引言

超高压直流换流站均配置有换流阀冷却系统，其作用是通过循环水和散热设备对换流阀进行冷却，防止阀体温度过高导致元件损坏。主泵为阀内水冷系统提供循环动力，是阀内水冷系统的心脏，是换流阀内水冷系统的动力来源，担负着整个换流阀降温的重任，主循环泵故障会直接影响阀内水冷系统对换流阀的冷却效果，甚至导致直流系统强迫性停运。由于主泵重达约800kg左右，而国网南网多数换流站阀冷设备间周围空间狭小且未配置相应起重设备，主泵检修更换时极为不便，需要4～6人完成相应检修更换工作，存在工作效率低，设备易损坏的风险。

特高压直流换流站作为新能源西电东送的重要枢纽，其安全稳定运行是保障跨省电能输送的重中之重。而每年直流换流站需要对站内设备进行年度检修作业，其间存在工作任务重、安全压力大、检修工期短等诸多挑战。换流阀作为换流站交直流转换的“大脑”，其中阀冷却检修作业工作量大，检修效率低，且过程中存在诸多安全风险。针对换流阀内水冷系统主泵更换过程中出现的问题，如何高效、安全地完成主泵更换工作成为亟须解决的现场问题。作者针对换流阀内水冷系统主泵更换过程中出现的问题进行分析研究，通过完成换流站狭小作业空间内免吊装水泵及电机检修平台的研制，解决了主泵更换过程中人工抬卸不便、磕碰其他设备、作业效率低问题，最大限度地保证内水冷系统的稳定运行，实现了较大的经济效益和安全效益。

1 原因分析

1.1 背景调研

近年来，随着我国经济持续高速增长，电力能源需求也持续增长，我国特高压电网发展迅速，特高压直流输电因其在远距离、大容量输电线路上的明显优势更是重中之重。所以大力建设了一批具备远距离大规模输电能力的（特）高压直流输电工程。

超高压直流输电具有送电灵活、损耗低、节约成本、精准控制等优点。具备点对点远距离大容量送电能力，主要定位于我国西南大水电基地和西北大煤电基地的超远距离、超大容量外送。在换流站建设中，换流阀是交直流电换流的核心关键部件，设备运行时产生大量热量，若不及时散热将可能烧毁换流阀。因此换流站配置专用水冷却系统，进行24h不间断循环散热冷却，阀冷系统三维示意如图1所示。

图1 换流站阀冷三维示意图

1.2 作业方法调研

换流站内各类水泵、油泵设备众多，阀内水冷系统主泵、调相机内水冷系统主泵、润滑油系统主泵、外水冷系统主泵等均是相关系统核心设备，各类主泵的检修也是换流站及调相机年度检修、抢修工作的重点，但由于各换流站水冷设备间普遍存在空间小、无行车的缺点，部分设备间有行车但仅安装在主泵电机正上方，只适用于主循环泵电机的检修、吊装，起吊主泵时存在严重的倾斜角，无法满足主循环泵的检修工作，导致主泵检修、更换工作难度非常大。

主泵因检修、更换难度大而导致的主泵二次损坏在国网南网各换流站内也时有发生，严重影响了检修质量和效率。为解决这一问题，亟需研制一套狭小作业空间内免吊装水泵及电机检修、更换平台，便于换流站内主泵及电机检修、更换工作，提升作业效率，降低设备及人员安全隐患，适合于各换流站阀冷设备间、调相机厂房内、工业水泵房等特殊布局方式下的水泵和电机的检修、更换作业。水泵检修作业三维示意如图2所示。

图2 主泵检修作业示意图

1.3 原因分析

当主泵出现问题更换时，由于主泵重量较重且给主泵的更换工作带来不便。在更换过程中主要面临以下问题：

1）主泵重量较重：主泵重量在800kg，不便人工抬卸；

2）更换空间狭小：主机底座空间狭小，容易磕碰其他设备，如下表所示；

表 2014～2021年主泵更换时间统计

3）作业时间较长：更换主泵所需时间需要6～8h，作业效率较低。

4）直流需要停运：为了降低运行风险，主泵更换工作需要直流停运。

2 确定目标

狭小作业空间内免吊装水泵及电机检修、更换平台的研制，将改变传统主泵检修的吊装方法，通过滑移方式将主泵从主机基础上移动至平台上，彻底解决作业空间小、人工搬运困难以及行车起吊泵体时吊带倾斜有将主泵本体甩出风险等问题，并大量减少现场施工人员，保证运行主泵和管道安全运行。该平台具有便于安装、通用性强、可靠性高等特点，适合于各换流站阀冷设备间、调相机厂房内、工业水泵房等特殊布局方式下的水泵和电机的检修、更换作业，具有极高的实用价值和推广意义。经调研得出目标如下：

1）通过项目实施，可以解决主泵更换过程中人工抬卸不便、磕碰其他设备、作业效率低问题，最大限度地保证阀内水冷系统的稳定运行，本项目的开展将具有较大的经济效益和安全效益。

2）研制狭小作业空间内免吊装水泵及电机检修、更换平台装置：装置主要由固定底座、顶升装置、滑动装置等组成。

3）更换主泵时，将主泵通过顶升装置抬高，由滑动装置将主泵滑动到固定底座，然后将主泵通过拖车转移到非工作区域。

3 遵循的标准和规范

经调研及查阅相关技术资料、标准、规范，确定本课题应遵循的标准和规范如下：

1）国家电网设备〔2018〕979号 国家电网有限公司关于印发十八项电网重大反事故措施（修订版）的通知。

2）国家电网有限公司防止换流站事故措施（征求意见稿）。

3）GB／T 14285—2016《继电保护和安全自动装置技术规程》。

4）直流换流站五项管理规定（印发版）。

5）国家和行业标准、企业标准中已有明确要求的技术规定均应满足电网公司最新建议要求。

4 设计开发

4.1 平台总体设计

根据课题目标，结合标准和规范并参考作业实际状况，进行总体设计，总体设计内容如下：平台底座结构设计；顶升装置设计；滑动装置设计。经设计并进行三维设计图绘制，平台总体设计如图3所示。

图3 平台总体设计三维图

4.2 平台底座结构设计

平台底座结构设计采用分体式组合结构，由分段式轨道和支撑架组合而成，方便使用，平台底座结构三维设计如图4所示。

图4 平台总底座结构三维图

4.3 顶升装置设计

顶升装置设计借鉴杠杆机械千斤顶原理，采用结构简单的机械式顶升，自重轻，顶升能力强，可满足主泵顶升要求，平台底座结构三维设计如图5所示。

图5 顶升装置设计三维图

4.4 滑动装置设计

滑动装置设计借鉴丝杠原理，具备承重能力强、滑动丝滑、运行省力的特点，滑动装置设计有纵方向滑动、横方向伸缩，实现了X／Y／Z三轴滑动，滑动装置设计如图6所示。

图6 滑动装置设计三维图

5 装置试验

根据课题设计图纸进行平台加工制造和试验，平台通过操作试验，记录了采用平台进行狭小空间主泵和电机的更换实际时间，从试验结果可以看出，采用本课题研究成果——换流站狭小作业空间内免吊装水泵及电机检修平台，可降低约一半时间，大幅提高工作效率，同时保证作业人员安全，课题研究目标达成，如图7所示。

图7 效果对比

6 结束语

狭小作业空间内免吊装水泵及电机检修、更换平台的研制，将改变传统主泵检修的吊装方法，通过滑移方式将主泵从主机基础上移动至平台上，彻底解决作业空间小、人工搬运困难以及行车起吊泵体时吊带倾斜有将主泵本体甩出风险等问题，并大量减少现场施工人员，保证运行主泵和管道安全运行。该平台具有便于安装、通用性强、可靠性高等特点，适合于各换流站阀冷设备间、调相机厂房内、工业水泵房等特殊布局方式下的水泵和电机的检修、更换作业，具有极高的实用价值和推广意义。