申 磊 魏 震 高 瑜

（國網(wǎng)河南省電力公司直流中心）

0 引言

直流換流站均配置有換流閥冷卻系統(tǒng)，其作用是通過循環(huán)水和散熱設(shè)備對換流閥進(jìn)行冷卻，防止閥體溫度過高導(dǎo)致元件損壞。主泵為閥內(nèi)水冷系統(tǒng)提供循環(huán)動力，是閥內(nèi)水冷系統(tǒng)的心臟，主循環(huán)泵故障會直接影響閥內(nèi)冷系統(tǒng)對換流閥的冷卻效果，甚至導(dǎo)致直流系統(tǒng)強(qiáng)迫性停運(yùn)。由于主泵重達(dá)約1000kg左右，而國網(wǎng)公司多數(shù)換流站閥冷設(shè)備間未配置相應(yīng)起重設(shè)備，主泵檢修更換時極為不便，需要4～6人完成相應(yīng)檢修更換工作，存在工作效率低，作業(yè)風(fēng)險大等問題，基于以上原因，作者研究設(shè)計并制造一種換流站閥冷通用型輔助起重檢修工裝，滿足主泵等重設(shè)備輔助檢修，降低電機(jī)墜落風(fēng)險。材料為輕量化，工裝本體搬運(yùn)和組裝快捷，提升檢修效率。通過完成換流站閥冷通用型輔助起重檢修工裝的研究，實(shí)現(xiàn)解決現(xiàn)場狹小空間內(nèi)多人協(xié)同搬抬1000kg左右主泵易出現(xiàn)主泵磕碰、掉落、傷人的風(fēng)險，降低主泵更換工作人力需求，大幅提高主泵電機(jī)更換速度，減少設(shè)備停運(yùn)時間，提高直流運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 原有作業(yè)方法介紹

1.1 （特）高壓直流換流站閥冷系統(tǒng)介紹

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，對電力能源的需求也隨之增加，所以大力建設(shè)具備超遠(yuǎn)距離、超大規(guī)模輸電能力的（特）高壓直流輸電工程。相對交流輸電來說，高壓直流輸電具有輸送靈活、損耗低、能夠節(jié)約輸電走廊、能夠?qū)崿F(xiàn)快速控制等優(yōu)點(diǎn)。具備點(diǎn)對點(diǎn)、超遠(yuǎn)距離、大容量送電能力，主要定位于我國西南大水電基地和西北大煤電基地的超遠(yuǎn)距離、超大容量外送。在（特）高壓直流輸電設(shè)備中，換流閥是交直流電換流的核心關(guān)鍵部件，設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生大量熱量，均配置有全自動閥冷冷卻系統(tǒng)，進(jìn)行循環(huán)冷卻散熱，據(jù)不完全統(tǒng)計由于閥冷系統(tǒng)故障導(dǎo)致直流系統(tǒng)停運(yùn)故障占總故障率的34.3%。閥冷系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 高壓直流換流站閥冷系統(tǒng)示意圖

1.2 原有作業(yè)方法

主泵是換流站閥冷系統(tǒng)的核心設(shè)備，換流站閥水冷設(shè)備主泵及電機(jī)總重量約為1～1.5t，當(dāng)主泵出現(xiàn)故障或者進(jìn)行維修工作時，需要進(jìn)行拆卸安裝。拆卸作業(yè)時，需要4～6人采用人工撬動方式，緩慢撬移主泵至底座邊緣，再用叉車叉起進(jìn)行更換，此種操作方法存在以下不足之處：

1）更換速度較慢，現(xiàn)場更換一臺主泵需6h左右，其間將只有一臺主泵運(yùn)行，主泵失去冗余，導(dǎo)致單閥組、單極閉鎖的風(fēng)險極大；

2）人工拆卸和恢復(fù)泵體過程中，施工人員距離運(yùn)行主泵太近，極易造成人身傷害和誤碰誤撞內(nèi)冷帶壓管道；

3）長時間的維修過程中不免會造成對周圍設(shè)備的誤觸，使維修范圍擴(kuò)大；

4）經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)多數(shù)換流站（如膠東站、寶雞站、德陽站、興仁站等）閥冷設(shè)備間也存在類似問題，未配置起重設(shè)備或起重設(shè)備無法垂直起吊主吊。

1.3 原作業(yè)方法效率低原因分析

為了便于快速地實(shí)現(xiàn)檢修時水冷電機(jī)更換，縮短水冷電機(jī)更換時間，針對當(dāng)前電機(jī)更換時間長問題進(jìn)行綜合分析考慮，得出以下幾個原因：

換流站閥冷主泵單臺泵組重達(dá)946kg，僅靠人力無法實(shí)現(xiàn)更換；

電機(jī)更換時，設(shè)備間無專用起重設(shè)備，需要臨時使用叉車；

內(nèi)側(cè)電機(jī)更換時，受位置限制，叉車無法使用，無合適工器具，靠人工牽引，需要投入4～6人耗費(fèi)長時間進(jìn)行更換。

換流站存在長時間運(yùn)行及設(shè)備的老化現(xiàn)象，檢修時更換電機(jī)頻率加大，為了提高更換電機(jī)的效率，讓團(tuán)隊(duì)投入到更多的工作面上，也變得越來越重要，統(tǒng)計更換維護(hù)電機(jī)時間如下表所示。

表 2015～2021年電機(jī)更換維修時間統(tǒng)計

2 研究目標(biāo)

作者通過對原作業(yè)方法的分析，確定研究目標(biāo)：完成換流站閥冷通用型輔助起重檢修工裝的研究，實(shí)現(xiàn)解決現(xiàn)場狹小空間內(nèi)多人協(xié)同搬抬1000kg左右主泵易出現(xiàn)主泵磕碰、掉落、傷人的風(fēng)險，降低主泵更換工作人力需求，提高現(xiàn)場檢修質(zhì)量。

2.1 主要技術(shù)目標(biāo)

1）根據(jù)現(xiàn)場主泵電機(jī)安裝位置及尺寸重量，設(shè)計輕便的閥冷通用型輔助起重檢修工裝，并繪制三維模型圖；

2）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合測繪三維模型，加工換流站閥冷通用型輔助起重檢修工裝1套；

3）裝置研制加工完成，并在靈寶站開展裝置功能驗(yàn)證；

4）設(shè)計的裝置擬采用與現(xiàn)在截然不同的主泵電機(jī)更換方式，通過合理的設(shè)計更換工裝，能夠快捷地完成主泵電機(jī)的更換工作，避免對主泵電機(jī)造成二次損害；

5）閥冷通用型輔助起重檢修工裝進(jìn)行輕量化設(shè)計，閥冷通用型輔助起重檢修工裝采用鋁合金進(jìn)行設(shè)計制造，在使用過程中減少重量，保證使用過程中的輕便，提高搬運(yùn)效率；

6）閥冷通用型輔助起重檢修工裝采用通用化設(shè)計理念，可調(diào)整設(shè)備部件以適用不同高度場景，不但可用于水冷電機(jī)更換，也可用于站內(nèi)其他類似起重量小于1000kg的無起重工具作業(yè)場景。

2.2 主要經(jīng)濟(jì)目標(biāo)

1）閥冷通用型輔助起重檢修工裝提高更換效率項(xiàng)目研制成功后，可大幅提高主泵電機(jī)更換速度，減少設(shè)備停運(yùn)時間，提高直流運(yùn)行穩(wěn)定性；

2）對成品能夠有效地保護(hù)，減少對設(shè)備的二次傷害；

3）通過該裝置的研制應(yīng)用，能夠降低工作出現(xiàn)的主泵磕碰、掉落、傷人的風(fēng)險；

4）該裝置具有推廣價值，不僅可應(yīng)用于靈寶站主泵起重檢修，也可廣泛用于包括河南省在內(nèi)的國內(nèi)其他直流工程與其他行業(yè)的輔助起重。

2.3 主要技術(shù)難點(diǎn)

經(jīng)調(diào)研分析，主要技術(shù)難點(diǎn)為閥冷通用型輔助起重檢修工裝測試模型必須能夠與現(xiàn)場實(shí)際相符，能夠輕便且快速更換閥冷主泵電機(jī)，同時保證主泵不磕碰、掉落。

3 設(shè)計開發(fā)

3.1 總體設(shè)計

根據(jù)設(shè)定目標(biāo)，結(jié)合換流站閥冷設(shè)備實(shí)際情況，設(shè)計了一種柔性可調(diào)節(jié)的輔助起重裝置，結(jié)構(gòu)采用多點(diǎn)穩(wěn)定平衡式結(jié)構(gòu)，確保使用穩(wěn)固安全，材質(zhì)采用輕量化航空鋁合金，達(dá)到便攜通用目的，總體設(shè)計如圖2所示。

圖2 總體方案圖

3.2 分體設(shè)計

裝置主驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計如圖3所示，其中1為橫向移動滾輪，2為滾輪吊桿，3為吊耳，4為防脫落擋桿，5為防護(hù)罩。

圖3 驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計圖

本裝置防鎖定機(jī)構(gòu)設(shè)計如圖4所示，1為U形水平導(dǎo)軌，2為漲緊輪，3為漲緊輪軸，4為螺紋頂桿，5為漲緊擋板。

圖4 鎖定機(jī)構(gòu)設(shè)計圖

裝置設(shè)計有水平方向伸縮，可適應(yīng)不同大小的閥冷設(shè)備，縱向移動驅(qū)動器與上橫梁連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動輪組轉(zhuǎn)動與縱梁的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)跨距離可變，可適用于更多的使用場景水平伸縮分體設(shè)計如圖5所示。

圖5 水平伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計圖

裝置設(shè)計有垂直方向伸縮，可適應(yīng)不同高低的閥冷設(shè)備，四根升高立柱內(nèi)部裝有四組伺服電缸面對設(shè)備進(jìn)行高度控制，可多種形式控制：同步控制，兩兩控制，單組控制，獨(dú)立升高，適用于各種起吊環(huán)境，垂直伸縮分體設(shè)計如圖6所示。

圖6 垂直伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計圖

4 使用場景

4.1 臥式泵使用場景

如圖7所示，先將本裝置移動至待起重的臥式泵附近，電動調(diào)節(jié)水平方向，使裝置適應(yīng)當(dāng)前臥式泵水平距離。電動調(diào)節(jié)裝置垂直高度，使裝置整體處于平行狀態(tài)并適應(yīng)臥式泵高度，根據(jù)待吊裝元件實(shí)際需要，選用對應(yīng)的專用懸掛機(jī)構(gòu)，將待吊裝元件懸掛好。開啟遙控操作器，進(jìn)行提升和水平移動操作，完成吊裝工作。

圖7 臥式泵使用場景

4.2 立式泵使用場景

如圖8所示，先將本裝置移動至待起重的立式泵附近，電動調(diào)節(jié)水平方向，使裝置適應(yīng)當(dāng)前立式泵水平距離。電動調(diào)節(jié)裝置垂直高度，使裝置整體處于平行狀態(tài)并適應(yīng)立式泵高度，根據(jù)待吊裝元件實(shí)際需要，選用對應(yīng)的專用懸掛機(jī)構(gòu)，將待吊裝元件懸掛好。開啟遙控操作器，進(jìn)行提升和水平移動操作，完成吊裝工作。

圖8 立式泵使用場景

5 裝置試驗(yàn)

工裝制造完成后，通過工藝試驗(yàn)獲取實(shí)際時間數(shù)據(jù)，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本工裝作業(yè)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)下降，可降低約一半時間，大幅提高工作效率，保證作業(yè)人員安全，如圖9所示。

圖9 效果對比

6 結(jié)束語

本裝置設(shè)計方案符合現(xiàn)場安全工作要求，滿足主泵等重設(shè)備輔助檢修，不但可應(yīng)用于靈寶換流站起重檢修，也可應(yīng)用于其他換流站或其他行業(yè)的輔助起重，達(dá)到通用型目標(biāo)，可有效提高檢修效率，降低電機(jī)墜落風(fēng)險。

編制了標(biāo)準(zhǔn)操作方法對其他人員進(jìn)行培訓(xùn)，熟練掌握工具的使用方法。更新水冷電機(jī)更換作業(yè)指導(dǎo)書，對相關(guān)人員進(jìn)行水冷電機(jī)更換的相關(guān)知識培訓(xùn)，縮短電機(jī)更換時間