一种新型换流阀阀塔现场安装技术

王　艳，肖　晋，姚志国，毛志云，祝达康

(1.许继集团有限公司，河南 许昌 461002；2.国网上海市电力公司，上海 200122)

一种新型换流阀阀塔现场安装技术

王艳1，肖晋1，姚志国1，毛志云1，祝达康2

(1.许继集团有限公司，河南 许昌 461002；2.国网上海市电力公司，上海 200122)

摘要：随着特高压直流输电的大力发展，换流阀作为输电系统的核心设备，受到越来越广泛的关注。换流阀阀塔现场安装是换流阀投运的关键环节。目前，换流阀现场固定方式主要包括支撑式和悬吊式等2种。针对现有悬吊式阀塔安装方式的弊端，研究提出了一种新型的换流阀阀塔安装技术，该方法使大部分安装工作都从高空转移到地面上完成，安装人员不需要长时间进行大量的高空作业，从而大大降低了安装难度，提高了现场安装效率和质量。

关键词：特高压直流输电；换流阀阀塔安装；传统安装技术；新型安装技术

随着“特高压治霾”理论的提出，“十三五”规划纲要强调要进一步扩大西电东输的规模，发展特高压、大容量、高效率和远距离输电技术。直流输电技术以其独具的特点将在我国未来电网的发展中发挥重要作用[1-3]。

换流阀是高压直流输电过程中实现电能整流和逆变转换的核心设备。换流阀对提升直流输电系统可靠、稳定运行起着重要的作用，是国家大力提倡发展、鼓励创新的技术。换流阀阀塔现场安装技术是换流阀设备顺利投运的关键环节，其直接决定了换流阀设备乃至整个直流输电线路能否长期、安全和可靠运行。本文主要分析现有换流阀2种不同的安装方式和适用范围，并根据现有换流阀安装方式存在的不足和弊端，研究提出了一种新型的换流阀阀塔现场安装技术。

1换流阀现场固定方式

目前，常规直流输电换流阀主要采用晶闸管串联方式，轻型柔性直流输电主要采用IGBT串联方式。为了实现输送容量的要求，需要将大量的晶闸管或IGBT进行串联连接。为了便于现场安装、试验和运输，换流阀采用模块化设计，不同模块采用一定顺序连接起来，构成一个完整的电气单元。换流阀主要采用户内安装，换流阀在阀厅固定方式主要包括支撑式和悬吊式等2种。

1.1支撑式固定方式

支撑式固定方式主要用于输送容量较小的直流输电工程领域，其是借助支撑式绝缘子实现结构支撑。在早期的常规低功率直流输电工程中，换流阀阀塔主要采用支撑式的现场固定方式(见图1)。目前，投运的轻型柔性直流输电由于其输送容量较小，电流、电压等级较低，普遍采用支撑式方式(见图2)。

图1　支撑式常规直流输电换流阀　　　　图2　支撑式柔性直流输电换流阀

支撑式固定方式特点如下。

1)支撑式安装简便，对阀厅屋架强度要求不高；但是对阀厅地面基础强度及平整度要求较高。

2)不适合用在地震活动区或抗震要求高的场合。

3)为了增加结构整体稳定性，需要增添更多支柱型绝缘构件，使支撑结构复杂化，阀整体质量增加。

4)支撑式固定方式采用自下而上依次叠层安装，阀塔整体高度相对较低，现场施工作用高度相对悬吊式较低，安装方便；但是随着特高压直流输电的发展，电压等级越来越高，工程需要的模块越来越多，换流阀的高度也逐渐增加，采用该安装方式将不能够满足安装现场对抗震等级的要求。

支撑式固定方式以其自身的优点，在电压等级相对较低的轻型柔性直流输电中仍占据主导地位。

1.2悬吊式固定方式

目前，国际上先进的换流阀技术在结构上都是采用户内柔性悬吊式结构设计(见图3)。换流阀悬吊部分的作用主要是将阀塔通过绝缘子连接，组成一个水平方向可任意摆动的柔性结构，以满足抗震要求。

图3　户内悬吊式阀塔结构

该固定方式的特点是阀层间采用具有足够强度的层间悬吊绝缘子，由于连接部分设计有铰链机构，可以有效降低地震波作用下阀塔的内部应力，提高阀塔整体抗震性能，因此，该种安装方式是当前高压直流输电工程主流的固定方式。

2换流阀传统安装技术

户内悬吊式阀塔结构设计简单，而且具有良好的抗震性能。换流阀阀塔通过具有柔性结构的悬吊式绝缘子固定在阀厅顶部钢梁处，自上而下依次悬挂屏蔽罩、阀层组件等设备，整个安装过程需要借助电动葫芦和升降平台完成。传统的安装方式如图4所示，安装过程主要依赖升降平台把技术人员送至高空中，借助固定在阀厅顶部钢梁上的电动葫芦，吊起地面相关组件，安装人员需在高空中完成阀塔的一系列装配工作。

图4　换流阀传统的安装方式

传统的安装方式主要有如下特点。

1)由于现场阀厅高度的限制，导致阀塔安装的主要工作均为高空作业(见图5)。

图5　阀塔高空作业

2)安装人员大多是借助升降平台，在升降平台上或者阀塔上进行高空作业，这样大大增加了现场施工的难度和强度。

3)现场安装过程需要将升降平台频繁升降，对升降平台的性能要求很高。

目前，换流阀阀塔主要采用传统的安装方式，几乎所有工作均为高空作业，不仅现场安装效率较低，而且施工难度较大，对升降平台的性能要求很高，经常出现由于升降平台连续工作出现故障而导致安装中断。针对上述情况，本文开展了对换流阀新型安装技术的研究。

3换流阀新型安装技术

针对换流阀阀塔传统安装技术的弊端，新型安装技术对换流阀整个安装过程进行了优化。几乎所有的阀塔安装工作均不需要高空作业，操作人员只需站在地面上或者离地面很近的高度便可进行。阀塔的主体安装工作结束后，通过悬挂在钢梁上的4台同步联动式电动葫芦，整体起吊，上升到达悬挂点，完成阀塔的悬挂安装。

3.1施工准备

换流阀阀塔安装前应充分做好施工准备，包括技术准备、人员准备、工具准备和场地准备等。

1)技术准备。换流阀阀塔安装应指定1～2名技术人员在现场进行技术指导。施工前工程技术部门应组织技术人员充分熟悉厂家资料、施工图样，编制并报批换流阀施工方案，对安装人员进行换流阀安装培训及施工方案的交底。

2)人员准备。设备厂家和项目部均应组织有丰富安装施工经验、技术熟练的安装人员进行换流阀的安装。升降平台操作、起重指挥、施工临时电源使用、高空作业及其他机械使用等人员应经专门培训，考核合格后持证才能上岗。

3)工具准备。阀厅需要准备的安装工具主要包括升降平台、同步联动式电动葫芦、尼龙吊带以及其他小型工具等，工具投入使用前应做好性能测试及保养，确保使用安全。

4)场地准备。换流阀安装对现场施工环境要求较高，故换流阀阀塔设备安装前，阀厅土建施工完毕且进行了全封闭，空调系统投入运行，换流阀设备厂家对阀厅环境检查确认后方可安装施工。

3.2阀塔安装

1)阀塔吊装准备。利用升降平台，首先确定阀塔顶部钢梁上的吊点，将电动葫芦固定在阀厅顶部钢梁合适的位置上。

2)安装顶部柔性铰链机构和悬吊绝缘子。按照图样，先安装顶部柔性铰链机构，在安装铰链机构时，需仔细核对并保证设备安装位置及预留孔位置正确，然后安装阀厅顶部悬吊绝缘子和避雷器绝缘子，绝缘子通过U型螺栓悬挂(见图6)。绝缘子安装前用一层塑料薄膜包裹绝缘子，以防止灰尘，在阀塔电气试验前除去。悬吊绝缘子安装完毕后，通过U型螺栓调整绝缘子底部连接孔到阀厅钢梁下表面的距离。阀塔安装绝缘子处的安装长度待整体安装完成后再进行调整。悬吊绝缘子安装时应注意不能划伤硅胶绝缘子伞裙。

图6　悬吊绝缘子安装

阀塔是由顶部柔性铰链机构和绝缘子共同提供悬挂支撑，顶部柔性铰链机构可根据实际情况进行转动，能保证阀塔整体吊点处于同一水平上，保证各绝缘子所受载荷一致，具体示意图如图7所示。

图7　悬吊绝缘子安装示意图

3)阀塔本体安装。

a.顶部框架安装。借用专用工装托起顶部框架，顶部框架上预装好顶部屏蔽罩，通过4台同步联动式电动葫芦吊装，把顶部框架从地面起吊，升高到方便安装人员在地面上进行下一步操作的高度停止，安装人员在地面上完成顶部框架的安装。

b.阀层设备安装。待顶部框架安装完成后，通过4台同步联动式电动葫芦起吊到合适位置，安装人员在地面上依次完成阀层设备的组装，具体步骤是：首先安装第1层阀层设备，然后通过4台同步联动式电动葫芦起吊到合适高度，再开始第2层阀层设备安装，按此顺序依次自上而下完成所有阀层设备安装，具体安装步骤示意图如图8所示。

c.阀塔底部框架安装。阀层设备安装完毕后，地面安装人员安装阀塔底部框架，底部框架主要包括底部铝排、维护平台和底部屏蔽罩。

图8　安装步骤示意图

3.3吊装设备移除

阀塔安装工作结束后，拆除顶部的专用工装和4台同步联动式电动葫芦，阀塔安装完成示意图如图9所示。

图9　阀塔安装完成示意图

4结语

新型换流阀安装技术主要特点是将传统的高空作业内容转移到地面上，不仅提高了安装效率，降低了安装难度，而且还不会出现由于升降平台发生故障而导致安装中断现象。由于现场施工作业主要在地面上进行，有利于现场安装工艺的执行和监督，现场安装过程可控，安装质量大大提升，为换流阀安全、可靠运行提供了有利保障。

参考文献

[1] 刘振亚.全球能源互联网[M].北京：中国电力出版社，2015.

[2] 刘振亚，舒印彪，张文亮，等.直流输电系统电压等级序列研究[J].中国电机工程学报，2008,2(10)：1-8.

[3] 程颖菲，吴桂良，王东阳.横块化多电平换流器型高压直流输电的非线性解耦控制[J].新技术新工艺，2015(5)：21-25.

责任编辑彭光宇

A New Type of Converter Valve Tower Installation Technology

WANG Yan1，XIAO Jin1，YAO Zhiguo1，MAO Zhiyun1，ZHU Dakang2

(1.Xuji Group Corporation, Xuchang 461002, China;

2.State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122,China)

Abstract：With the developing of UHVDC high voltage direct current transmission, converter valve as the core equipment of transmission system is absorbing more and more attention, and its installation plays a key role in operation of the converter valve. Now, the converter valve fixed method includes the supporting and suspension type, and this paper is aimed at the disadvantages of the existing suspension type, put forward a new technology of converter valve tower installation. This technology can make the most of the installation work on the ground, the installers don’t need to do a lot of long time aerial work, which can greatly reduce installation difficulty and improve work efficiency and quality.

Key words:UHVDC transmission， converter valve tower installation， traditional installation technology， new installation technology

收稿日期：2015-06-23

作者简介：王艳(1989-)，女，硕士，主要从事电力设备结构、热设计等方面的研究。

中图分类号：TB 21

文献标志码:A