（特）高压直流换流站阀冷通用型辅助起重装置的研究

申 磊 魏 震 高 瑜

（国网河南省电力公司直流中心）

0 引言

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，主循环泵故障会直接影响阀内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1000kg左右，而国网公司多数换流站阀冷设备间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，作业风险大等问题，基于以上原因，作者研究设计并制造一种换流站阀冷通用型辅助起重检修工装，满足主泵等重设备辅助检修，降低电机坠落风险。材料为轻量化，工装本体搬运和组装快捷，提升检修效率。通过完成换流站阀冷通用型辅助起重检修工装的研究，实现解决现场狭小空间内多人协同搬抬1000kg左右主泵易出现主泵磕碰、掉落、伤人的风险，降低主泵更换工作人力需求，大幅提高主泵电机更换速度，减少设备停运时间，提高直流运行稳定性。

1 原有作业方法介绍

1.1 （特）高压直流换流站阀冷系统介绍

随着我国经济持续增长，对电力能源的需求也随之增加，所以大力建设具备超远距离、超大规模输电能力的（特）高压直流输电工程。相对交流输电来说，高压直流输电具有输送灵活、损耗低、能够节约输电走廊、能够实现快速控制等优点。具备点对点、超远距离、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（特）高压直流输电设备中，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，均配置有全自动阀冷冷却系统，进行循环冷却散热，据不完全统计由于阀冷系统故障导致直流系统停运故障占总故障率的34.3%。阀冷系统如图1所示。

图1 高压直流换流站阀冷系统示意图

1.2 原有作业方法

主泵是换流站阀冷系统的核心设备，换流站阀水冷设备主泵及电机总重量约为1～1.5t，当主泵出现故障或者进行维修工作时，需要进行拆卸安装。拆卸作业时，需要4～6人采用人工撬动方式，缓慢撬移主泵至底座边缘，再用叉车叉起进行更换，此种操作方法存在以下不足之处：

1）更换速度较慢，现场更换一台主泵需6h左右，其间将只有一台主泵运行，主泵失去冗余，导致单阀组、单极闭锁的风险极大；

2）人工拆卸和恢复泵体过程中，施工人员距离运行主泵太近，极易造成人身伤害和误碰误撞内冷带压管道；

3）长时间的维修过程中不免会造成对周围设备的误触，使维修范围扩大；

4）经调研，国内多数换流站（如胶东站、宝鸡站、德阳站、兴仁站等）阀冷设备间也存在类似问题，未配置起重设备或起重设备无法垂直起吊主吊。

1.3 原作业方法效率低原因分析

为了便于快速地实现检修时水冷电机更换，缩短水冷电机更换时间，针对当前电机更换时间长问题进行综合分析考虑，得出以下几个原因：

换流站阀冷主泵单台泵组重达946kg，仅靠人力无法实现更换；

电机更换时，设备间无专用起重设备，需要临时使用叉车；

内侧电机更换时，受位置限制，叉车无法使用，无合适工器具，靠人工牵引，需要投入4～6人耗费长时间进行更换。

换流站存在长时间运行及设备的老化现象，检修时更换电机频率加大，为了提高更换电机的效率，让团队投入到更多的工作面上，也变得越来越重要，统计更换维护电机时间如下表所示。

表 2015～2021年电机更换维修时间统计

2 研究目标

作者通过对原作业方法的分析，确定研究目标：完成换流站阀冷通用型辅助起重检修工装的研究，实现解决现场狭小空间内多人协同搬抬1000kg左右主泵易出现主泵磕碰、掉落、伤人的风险，降低主泵更换工作人力需求，提高现场检修质量。

2.1 主要技术目标

1）根据现场主泵电机安装位置及尺寸重量，设计轻便的阀冷通用型辅助起重检修工装，并绘制三维模型图；

2）根据现场实际情况，结合测绘三维模型，加工换流站阀冷通用型辅助起重检修工装1套；

3）装置研制加工完成，并在灵宝站开展装置功能验证；

4）设计的装置拟采用与现在截然不同的主泵电机更换方式，通过合理的设计更换工装，能够快捷地完成主泵电机的更换工作，避免对主泵电机造成二次损害；

5）阀冷通用型辅助起重检修工装进行轻量化设计，阀冷通用型辅助起重检修工装采用铝合金进行设计制造，在使用过程中减少重量，保证使用过程中的轻便，提高搬运效率；

6）阀冷通用型辅助起重检修工装采用通用化设计理念，可调整设备部件以适用不同高度场景，不但可用于水冷电机更换，也可用于站内其他类似起重量小于1000kg的无起重工具作业场景。

2.2 主要经济目标

1）阀冷通用型辅助起重检修工装提高更换效率项目研制成功后，可大幅提高主泵电机更换速度，减少设备停运时间，提高直流运行稳定性；

2）对成品能够有效地保护，减少对设备的二次伤害；

3）通过该装置的研制应用，能够降低工作出现的主泵磕碰、掉落、伤人的风险；

4）该装置具有推广价值，不仅可应用于灵宝站主泵起重检修，也可广泛用于包括河南省在内的国内其他直流工程与其他行业的辅助起重。

2.3 主要技术难点

经调研分析，主要技术难点为阀冷通用型辅助起重检修工装测试模型必须能够与现场实际相符，能够轻便且快速更换阀冷主泵电机，同时保证主泵不磕碰、掉落。

3 设计开发

3.1 总体设计

根据设定目标，结合换流站阀冷设备实际情况，设计了一种柔性可调节的辅助起重装置，结构采用多点稳定平衡式结构，确保使用稳固安全，材质采用轻量化航空铝合金，达到便携通用目的，总体设计如图2所示。

图2 总体方案图

3.2 分体设计

装置主驱动机构设计如图3所示，其中1为横向移动滚轮，2为滚轮吊杆，3为吊耳，4为防脱落挡杆，5为防护罩。

图3 驱动机构设计图

本装置防锁定机构设计如图4所示，1为U形水平导轨，2为涨紧轮，3为涨紧轮轴，4为螺纹顶杆，5为涨紧挡板。

图4 锁定机构设计图

装置设计有水平方向伸缩，可适应不同大小的阀冷设备，纵向移动驱动器与上横梁连接步进电机驱动轮组转动与纵梁的相对运动，实现跨距离可变，可适用于更多的使用场景水平伸缩分体设计如图5所示。

图5 水平伸缩机构设计图

装置设计有垂直方向伸缩，可适应不同高低的阀冷设备，四根升高立柱内部装有四组伺服电缸面对设备进行高度控制，可多种形式控制：同步控制，两两控制，单组控制，独立升高，适用于各种起吊环境，垂直伸缩分体设计如图6所示。

图6 垂直伸缩机构设计图

4 使用场景

4.1 卧式泵使用场景

如图7所示，先将本装置移动至待起重的卧式泵附近，电动调节水平方向，使装置适应当前卧式泵水平距离。电动调节装置垂直高度，使装置整体处于平行状态并适应卧式泵高度，根据待吊装元件实际需要，选用对应的专用悬挂机构，将待吊装元件悬挂好。开启遥控操作器，进行提升和水平移动操作，完成吊装工作。

图7 卧式泵使用场景

4.2 立式泵使用场景

如图8所示，先将本装置移动至待起重的立式泵附近，电动调节水平方向，使装置适应当前立式泵水平距离。电动调节装置垂直高度，使装置整体处于平行状态并适应立式泵高度，根据待吊装元件实际需要，选用对应的专用悬挂机构，将待吊装元件悬挂好。开启遥控操作器，进行提升和水平移动操作，完成吊装工作。

图8 立式泵使用场景

5 装置试验

工装制造完成后，通过工艺试验获取实际时间数据，从试验结果可以看出，本工装作业时间远远下降，可降低约一半时间，大幅提高工作效率，保证作业人员安全，如图9所示。

图9 效果对比

6 结束语

本装置设计方案符合现场安全工作要求，满足主泵等重设备辅助检修，不但可应用于灵宝换流站起重检修，也可应用于其他换流站或其他行业的辅助起重，达到通用型目标，可有效提高检修效率，降低电机坠落风险。

编制了标准操作方法对其他人员进行培训，熟练掌握工具的使用方法。更新水冷电机更换作业指导书，对相关人员进行水冷电机更换的相关知识培训，缩短电机更换时间