段昊，宋明，解曉東

（1.國(guó)家電網(wǎng)公司直流建設(shè)分公司，北京100052；2.國(guó)家電網(wǎng)北京市電力公司檢修公司，北京100068）

換流站換流閥外冷設(shè)備安裝方法

段昊1，宋明1，解曉東2

（1.國(guó)家電網(wǎng)公司直流建設(shè)分公司，北京100052；2.國(guó)家電網(wǎng)北京市電力公司檢修公司，北京100068）

閥冷卻系統(tǒng)是特高壓換流站最重要的輔助系統(tǒng)，閥外冷系統(tǒng)起著降低內(nèi)冷水溫度以滿足下一次冷卻循環(huán)要求的作用，是實(shí)現(xiàn)換流閥設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要一環(huán)。哈密南換流站自然環(huán)境惡劣，為滿足該站換流閥換熱容量的要求，閥外冷系統(tǒng)首次采用以空冷為主，閉式蒸發(fā)冷卻塔輔助水冷的布置方案，對(duì)該種冷卻方案及設(shè)備配置進(jìn)行詳細(xì)介紹，并對(duì)閥外冷設(shè)備安裝流程、工藝及調(diào)試方法進(jìn)行研究，形成一套實(shí)用價(jià)值較高的安裝方法，為以后北方寒冷地區(qū)特高壓換流站的閥外冷系統(tǒng)的安裝調(diào)試提供借鑒。

特高壓；直流換流站；換流閥；空冷器；冷卻塔

0 引言

哈密南—鄭州±800 kV特高壓直流輸電工程是繼向家壩—上海、錦屏—蘇南工程后，國(guó)家電網(wǎng)公司自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的世界上第三個(gè)特高壓直流工程，是國(guó)家實(shí)施“疆電外送”戰(zhàn)略和西北地區(qū)大型火電、風(fēng)電基地電力打捆送出的首個(gè)特高壓工程。該工程直流線路全長(zhǎng)2 200 km，額定電壓±800 kV，額定電流5000A，直流雙極額定輸送功率8000MW。

哈密南換流站地處亞歐大陸腹地，屬溫帶大陸性干旱氣候，干燥少雨，年平均降水量不足40 mm，夏季炎熱，極端最高氣溫曾達(dá)43.9℃，冬季寒冷，極端最低氣溫曾達(dá)-32℃。在這種條件下，常規(guī)的閥外冷系統(tǒng)（缺水地區(qū)一般采用風(fēng)冷）已無(wú)法滿足換流閥全年正常運(yùn)行換熱容量的需求。經(jīng)過(guò)一系列的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)，哈密南換流站換流閥的外冷系統(tǒng)首次采用了空冷器與冷卻塔串聯(lián)的冷卻方案。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，有必要對(duì)閥外冷設(shè)備的安裝進(jìn)行優(yōu)化研究。

1 空冷與水冷串聯(lián)冷卻系統(tǒng)

換流閥在運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部可控硅元件運(yùn)行產(chǎn)生大量熱量，需要配置冷卻系統(tǒng)保證元件的正常使用,保證換流站正常運(yùn)行。閥外冷卻系統(tǒng)的作用是將內(nèi)冷系統(tǒng)送來(lái)的高溫冷卻水（稱為“內(nèi)冷水”，處于封閉管道內(nèi)）進(jìn)行冷卻，降低內(nèi)冷水的溫度，重新形成低溫內(nèi)冷水，使之滿足進(jìn)行下一次冷卻循環(huán)的要求。換流站閥外冷卻方式有水冷卻方式和空氣冷卻方式，水冷卻方式一般采用蒸發(fā)式冷卻塔，空氣冷卻一般采用空氣冷卻器。

哈密南換流站共設(shè)計(jì)有4個(gè)閥廳，每個(gè)閥廳的換流閥配置一套獨(dú)立的閥冷系統(tǒng)。閥外冷采用空冷器與閉式冷卻塔串聯(lián)組合的冷卻模式，閉式蒸發(fā)冷卻塔輔助空冷器進(jìn)行散熱。在一年中的大部分時(shí)間，主要指春、秋、冬三季及夏季的大部分時(shí)間內(nèi)閥外冷系統(tǒng)均以空冷運(yùn)行，僅當(dāng)夏季氣象條件超過(guò)一定值時(shí)，啟動(dòng)閉式蒸發(fā)冷卻塔輔助空冷器運(yùn)行，將換流閥進(jìn)水溫度降至正常。在夏季高溫期間，換流閥流出的高溫水首先經(jīng)過(guò)空氣冷卻器進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入閉式冷卻塔進(jìn)行二級(jí)冷卻后進(jìn)入換流閥組［1－3］，具體工藝流程如圖1所示。

當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，閥門(mén)V01打開(kāi)，閥門(mén)V02、V03關(guān)閉，僅空冷器投入運(yùn)行，作為輔助冷卻設(shè)備的冷卻塔退出，換流閥出水口的內(nèi)冷水僅通過(guò)空冷器散熱后流回入水口；當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，空冷器的冷卻能力不能滿足冷卻的需求，需啟動(dòng)冷卻塔，此時(shí)閥門(mén)V01關(guān)閉，閥門(mén)V02、V03打開(kāi)，內(nèi)冷水通過(guò)空冷器和冷卻塔散熱后流回。

圖1 空冷器與冷卻塔串聯(lián)冷卻系統(tǒng)流程

閥外冷空氣冷卻器配置及參數(shù)。

空氣冷卻器冷卻容量：550 kW／組

空氣冷卻器數(shù)量：7組

冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量（每臺(tái)）：37 000 m3／h

空氣冷卻器進(jìn)水溫度：≤58.2℃

空氣冷卻器出水溫度：≤48℃

設(shè)計(jì)壓力：1.6 MPa

測(cè)試壓力：2.0 MPa

噪聲等級(jí)：≤80 dB（A）

冷卻塔配置及參數(shù)。

冷卻塔換熱容量：1 072 kW／臺(tái)

冷卻塔數(shù)量：2臺(tái)

盤(pán)管排數(shù)：6排

噴淋水流量：155 m3／h

噴淋泵數(shù)量：2臺(tái)

冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量：56 880 m3／h

補(bǔ)充水量：3.5 m3／h

2 閥外冷設(shè)備安裝及調(diào)試

2.1 施工難點(diǎn)

我國(guó)絕大多數(shù)換流站采用空冷器冷卻或者閉式冷卻塔冷卻的單一方式，哈密南換流站是首次采用空冷器與冷卻塔串聯(lián)系統(tǒng)，無(wú)相關(guān)安裝和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，給施工帶來(lái)一定程度的困難。

環(huán)境惡劣。哈密南換流站屬溫帶大陸性干旱氣候，夏季炎熱，沙塵暴時(shí)常侵襲，冬季寒冷，零下幾十?dāng)z氏度的低溫對(duì)水冷施工提出了更高的要求，也更需要對(duì)施工進(jìn)行更好地優(yōu)化。

土建、電氣交叉作業(yè)及配合問(wèn)題。為了保證工程如期完成，電氣土建存在不同程度的交叉問(wèn)題。且作為首次采用“空冷器與冷卻塔串聯(lián)系統(tǒng)”，設(shè)計(jì)接口問(wèn)題較多，也會(huì)給工程的進(jìn)展帶來(lái)很大困難。

系統(tǒng)復(fù)雜程度高，管道種類及管道連接部位、螺栓種類、空冷支架型號(hào)等較多，區(qū)分難度較大。

成品管道均經(jīng)廠內(nèi)試壓完成后送到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)不允許自行切割，要求土建施工尺寸精確。

空冷水冷聯(lián)動(dòng)多，調(diào)試工作復(fù)雜。

可見(jiàn)，哈密南換流站閥外冷施工過(guò)程復(fù)雜，要保證閥外冷安裝一次打壓成功，需要施工單位前期準(zhǔn)備充足，精心布置，合理安排［4－7］。

2.2 安裝準(zhǔn)備工作

2.2.1 施工準(zhǔn)備

工程前期，提前讓生產(chǎn)廠家到場(chǎng)，與廠家進(jìn)行技術(shù)溝通，核對(duì)設(shè)計(jì)圖紙與廠家圖紙，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中的問(wèn)題。

對(duì)照?qǐng)D紙做好土建交接安裝工作?？绽渲Ъ茉O(shè)備基礎(chǔ)軸線及預(yù)埋鋼板平整度、冷卻塔軸線、泵坑深度及預(yù)埋管道與圖紙偏差、基礎(chǔ)水平度、土建預(yù)埋管道及預(yù)埋件（槽鋼、鋼板）是否齊全，設(shè)備間尺寸是否滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)未包裝廠家設(shè)備，驗(yàn)收設(shè)備底座平整度、彎曲度、高度。包括設(shè)備管道支架、冷卻塔、設(shè)備管道。對(duì)帶包裝來(lái)設(shè)備，首先檢查設(shè)備包裝是否完好，拆箱后檢查所有元件、附件及專用工具是否齊全。

2.2.2 設(shè)備存放

由于現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)沙較大，且春夏季節(jié)經(jīng)常有沙塵暴天氣，要求做好防風(fēng)沙措施，開(kāi)箱檢查后若不立即安裝，需把箱體重新封閉，以免風(fēng)沙進(jìn)入設(shè)備，影響設(shè)備使用壽命。

設(shè)備開(kāi)箱后如不能馬上進(jìn)行安裝，現(xiàn)場(chǎng)保管時(shí)必須采取防潮措施，嚴(yán)防主泵單元、離子交換單元、反滲透單元和噴淋泵受潮。閥冷水管以及附件箱等小型安裝材料應(yīng)放置于臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)或閥廳內(nèi)，并做防塵處理。開(kāi)完箱的設(shè)備必須用干凈的彩條布蓋好，需密封的部分用塑料布進(jìn)行包扎。

存放位置合理排布。大件設(shè)備盡量靠近設(shè)備基礎(chǔ)。

設(shè)備臨時(shí)存放區(qū)采用雙排腳手架管搭設(shè)圍欄進(jìn)行維護(hù)，并懸掛醒目標(biāo)示牌，刷紅白相間漆。

2.3 設(shè)備安裝

2.3.1 空冷器安裝

因空冷支架種類、數(shù)量較多，需要仔細(xì)與圖紙核對(duì)并與廠家進(jìn)行溝通。對(duì)照?qǐng)D紙，把支架分類并擺放好，找出相對(duì)應(yīng)的螺栓，給施工人員配備好相應(yīng)的工具袋，以便空冷支架組裝。

在第一軸兩個(gè)邊角處立好兩個(gè)支架，按照縱橫軸線中心位置把支架校準(zhǔn)好，并校準(zhǔn)垂直度。把第一軸剩余兩個(gè)支架安裝并校準(zhǔn)好位置，最后把頂部橫梁固定。

為提高效率，后續(xù)9軸支架，按照?qǐng)D紙尺寸在地面完成組裝，最后整體起吊。剩余斜拉支撐件、平臺(tái)、圍欄、布道依次組裝完成，并矯正固定牢固。用電焊把空冷支架固定在土建預(yù)埋鋼板上，并使之牢固?？绽淦麂摌?gòu)架示意如圖2所示。

完成以上工作后，拆掉空冷器的包裝并檢查外觀確定空冷器下方細(xì)水管及風(fēng)扇完好無(wú)損后，對(duì)空冷器進(jìn)行吊裝。

圖2 空冷器鋼構(gòu)架示意圖

2.3.2 水冷設(shè)備安裝

檢查冷卻塔外觀是否完好，氣體壓力表是否正常，確保沒(méi)有問(wèn)題后進(jìn)行吊裝。根據(jù)縱橫軸線，按照?qǐng)D紙選擇支架型號(hào)對(duì)管道支架進(jìn)行吊裝，并按照垂直度校正。

對(duì)于泵坑中的設(shè)備，如噴淋泵、輔助泵及排水泵等同樣需要確保無(wú)問(wèn)題后按照?qǐng)D紙進(jìn)行安裝。

2.3.3 管道安裝

檢查水管彎曲度，連接口處法蘭平整度。清理管道外表及內(nèi)部，按照?qǐng)D紙派專人把不同位置管道挑出并擺好位置。吊裝人員按照管道挑選出的順序從空冷到閥內(nèi)冷設(shè)備主機(jī)處依次進(jìn)行吊裝。對(duì)接過(guò)程中注意法蘭密封圈是否在正確位置，法蘭對(duì)接面是否平整，螺栓穿向是否一致。用抱箍固定好管道，并調(diào)整管道整體水平度。安裝好反滲透裝置，并與主管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工對(duì)接。

2.3.4 外冷系統(tǒng)沖洗

檢查主循環(huán)泵電機(jī)及回路，調(diào)節(jié)相關(guān)閥門(mén)，手動(dòng)啟動(dòng)主循環(huán)泵，使主循環(huán)泵電機(jī)電流控制在額定電流值。系統(tǒng)運(yùn)行1 h后，打開(kāi)過(guò)濾器，檢查過(guò)濾網(wǎng)并沖洗、安裝，繼續(xù)沖洗1 h，再打開(kāi)過(guò)濾器，檢查過(guò)濾網(wǎng)，直到過(guò)濾網(wǎng)無(wú)雜質(zhì)。

2.3.5 外冷系統(tǒng)試壓

采用試壓泵逐步打壓，檢查管道所有壓力表是否變化，檢查焊口、管道法蘭接口、儀表口，如發(fā)現(xiàn)滲漏應(yīng)立即停止打壓實(shí)驗(yàn)，處理后繼續(xù)，壓力達(dá)到1.6 MPa應(yīng)保持0.5 h，隨時(shí)檢查管道所有壓力表的變化情況，并做好過(guò)程記錄。

安裝完成后進(jìn)行設(shè)備管道注水試壓，哈密工程根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求，試壓壓力為1.6 MPa。試壓合格后進(jìn)行管道循環(huán)清洗。

2.3.6 安裝注意事項(xiàng)

水冷設(shè)備本體、水處理設(shè)備及空氣冷卻器構(gòu)架應(yīng)有明顯的接地點(diǎn)與地網(wǎng)連接，接地體的連接可采用焊接，焊接必須牢固無(wú)虛焊。接地體（線）的焊接應(yīng)采用搭接焊，其搭接長(zhǎng)度必須符合下列規(guī)定：扁鋼為其寬度的2倍（且至少3個(gè)棱邊焊接）。圓鋼為其直徑的6倍。圓鋼與扁鋼連接時(shí)，其長(zhǎng)度為圓鋼直徑的6倍。扁鋼與鋼管、扁鋼與角鋼焊接時(shí)，為了連接可靠，除應(yīng)在其接觸部位兩側(cè)進(jìn)行焊接外，還應(yīng)焊以由鋼帶彎成的弧形（或直角形）卡子或直接由鋼帶本身彎成弧形（或直角形）與鋼管（或角鋼）焊接。

明敷接地線的表面應(yīng)涂以15～100 mm寬度相等的綠色和黃色相間的條紋。在每個(gè)導(dǎo)體的全部長(zhǎng)度上或只在每個(gè)區(qū)間或每個(gè)可接觸到的部位上作出標(biāo)志。接至電氣設(shè)備上的接地線，應(yīng)用鍍鋅螺栓連接。有色金屬接地線不能采用焊接時(shí)，可用螺栓連接。各屏柜內(nèi)接地銅排應(yīng)使用合適的接地銅片與電纜溝內(nèi)接地排連接。

最后進(jìn)行螺栓力矩緊固。把所有螺栓按照設(shè)計(jì)要求力矩值進(jìn)行力矩緊固，并進(jìn)行劃線標(biāo)示。

2.4 設(shè)備調(diào)試

閥冷系統(tǒng)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系到換流閥能否正常運(yùn)行，如何保證閥冷系統(tǒng)調(diào)試的可靠性、完整性顯得尤為重要。

閥冷分系統(tǒng)原調(diào)試項(xiàng)目包括內(nèi)冷4大項(xiàng)、外冷3大項(xiàng)，共計(jì)7大項(xiàng)內(nèi)容?，F(xiàn)場(chǎng)結(jié)合以往工程出現(xiàn)的閥冷問(wèn)題，借鑒直流公司21項(xiàng)反措的要求，增加了分系統(tǒng)調(diào)試項(xiàng)目：閥冷主泵單元雙系統(tǒng)切換調(diào)試；站內(nèi)10 kV、400 V備自投與主泵單元雙電源切換時(shí)間配合試驗(yàn)；閥冷主泵單元啟動(dòng)電流監(jiān)測(cè)試驗(yàn)；主泵切換后故障再回切試驗(yàn)；主泵單元工頻啟動(dòng)與變頻啟動(dòng)切換試驗(yàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

在哈密南換流站閥外冷的安裝過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，探索出一套應(yīng)用價(jià)值較高的安裝優(yōu)化方案，總結(jié)出一套適用于閥外冷安裝工藝標(biāo)準(zhǔn)及施工方法，可為以后北方寒冷地區(qū)特高壓換流站閥外冷設(shè)備的安裝調(diào)試提供借鑒。

［1］楊振宇,俞澄一.超高壓直流輸電換流站閥冷卻系統(tǒng)的故障分析［J］.華東電力，2010，38（3）：62－65.

［2］夏擁，左干清，翁洪志.換流閥內(nèi)冷水系統(tǒng)主過(guò)濾器堵塞原因及對(duì)策［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4（6）:111－114.

［3］南方超高壓輸電公司.高壓直流輸電現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［4］王遠(yuǎn)游，郝志杰，林睿.天廣直流工程換流閥冷卻系統(tǒng)腐蝕與沉積［J］.高電壓技術(shù)，2006，32（9）：80－83.

［5］趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

［6］許根富，尚立新.高壓晶閘管換流閥外水冷系統(tǒng)分析［J］.中國(guó)電力，2009，42（12）：42－44.

［7］國(guó)網(wǎng)運(yùn)行有限公司.高壓直流輸電崗位培訓(xùn)教材輔助設(shè)備［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

The Installation Method of Converter Valve Outer-Cooling Equipment in Converter Stations

The valve cooling system is the most important auxiliary system of UHV DC converter stations.The valve outer-cooling system is used to decrease the temperature of inter-water to meet the requirement of the next cooling cycle，which is an important element for safe and steady operation.The water-cooling&air-cooling scheme of valve outer-cooling system is first used in Hami converter station in order to deal with its severe environmental condition.The above cooling scheme is introduced and its equipment configuration is detailed.Also，the installation procedure，installation technology and debug method for valve outer-cooling equipment are studies，which form a set of installation method to provide a useful reference for valve outer-cooling system installation and commissioning in converter stations in the cold north area.

UHV；DC converter station；converter valve；air-cooler；cooling tower

TM721.1

：B

：1007－9904（2014）06－0043－04

2014－10－09

段昊（1983），男，博士，工程師，主要從事特高壓直流換流站建設(shè)及相關(guān)直流輸電技術(shù)研究工作；

宋明（1976），男，高級(jí)工程師，主要從事直流換流站建設(shè)和運(yùn)行管理以及相關(guān)直流技術(shù)研究工作；

解曉東（1982），男，工程師，主要從事變電運(yùn)維相關(guān)工作。