國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院 劉磊 李龍飛 周利兵 韓雪峰 張飛 杜兆廣
直流輸電工程作為大規(guī)??鐓^(qū)能源互聯(lián)的重要紐帶,在清潔能源輸送等方面發(fā)揮了重要作用。換流變壓器和換流閥共同作為交流和直流系統(tǒng)的接口設(shè)備[1],在交流電網(wǎng)與直流線(xiàn)路之間起到連接和協(xié)調(diào)作用。換流變本體被布置在閥廳外,網(wǎng)側(cè)套管在閥廳外與交流系統(tǒng)連接;閥側(cè)套管穿過(guò)閥廳的防火封堵墻后與閥廳內(nèi)的閥組連接,換流變閥側(cè)套管升高座一般插入閥廳內(nèi)。閥廳防火墻進(jìn)換流變閥側(cè)套管位置預(yù)留有孔洞,便于換流變就位,換流變就位后對(duì)孔洞進(jìn)行封堵[2]。由此可見(jiàn),換流變是直流工程中的關(guān)鍵設(shè)備,而網(wǎng)側(cè)套管更是設(shè)備中要求較為嚴(yán)苛的部件之一。
常規(guī)網(wǎng)側(cè)充油套管內(nèi)部故障會(huì)誘發(fā)瓷套炸裂、變壓器燒毀等嚴(yán)重事件,自直流系統(tǒng)發(fā)展以來(lái),已發(fā)生多起事故。為消除充油套管安全隱患,2019年國(guó)網(wǎng)公司推行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗爆抗燃性能好的環(huán)氧樹(shù)脂浸紙?zhí)坠埽ǜ墒教坠埽┰趽Q流變網(wǎng)側(cè)的試點(diǎn)應(yīng)用[3-4]。干式套管與油式套管相比,在無(wú)燃燒及無(wú)爆炸無(wú)危險(xiǎn)等方面具有優(yōu)勢(shì),還具有設(shè)計(jì)緊湊、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn);運(yùn)行中具有無(wú)局放、免維修(無(wú)氣體、無(wú)油)、適配性強(qiáng)、氣密性好、可以任意角度安裝等優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)換流變油式套管進(jìn)行替換,安裝干式套管時(shí),先將干式套管下拉桿與變壓器出線(xiàn)裝置連接,然后套管穿過(guò)拉桿與升高座上連接板連接[5]。在安裝過(guò)程中,拉桿底座和套管根部接觸段為過(guò)盈配合,如果直接安裝,套管的重量會(huì)通過(guò)拉桿底座將出線(xiàn)裝置壓壞,本文為解決這一問(wèn)題設(shè)計(jì)了換流變網(wǎng)側(cè)智能套管更換裝置。
智能套管更換裝置由四部分組成:上支撐工裝、下支撐工裝、工裝小車(chē)、電氣控制系統(tǒng)。
上支撐工裝由伺服電機(jī)、同步帶輪、滾珠絲杠、導(dǎo)軌滑塊及相應(yīng)的連接件組成。伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),通過(guò)同步帶傳動(dòng),帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),滾珠絲杠連接座通過(guò)連接板與導(dǎo)軌滑塊連接,帶動(dòng)夾具垂直方向移動(dòng)。由于上支撐工裝采用伺服電機(jī),所以?shī)A具的位移、速度、位置以及扭矩大小可以實(shí)時(shí)顯示在控制屏上。上支撐工裝通過(guò)螺栓固定在套管頂部,過(guò)渡連桿組件一端與上支撐工裝通過(guò)兩個(gè)螺母連接,另一端與套管上拉桿通過(guò)螺紋連接。
下支撐工裝分左下支撐工裝和右下支撐工裝兩部分,左下支撐工裝和右下支撐工裝結(jié)構(gòu)一致,對(duì)稱(chēng)安裝在變壓器升高座上連接板兩側(cè),承托套管安裝法蘭下表面。左下支撐工裝和右下支撐工裝分別由伺服電機(jī)、同步帶輪、滾珠絲杠、導(dǎo)軌滑塊及相應(yīng)的連接件組成。伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),通過(guò)同步帶傳動(dòng),帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),滾珠絲杠連接座通過(guò)連接板與導(dǎo)軌滑塊連接,帶動(dòng)夾具垂直方向移動(dòng)。由于左下支撐工裝和右下支撐工裝共同承托套管,所以?xún)商坠ぱb需要做同步控制,防止套管在安裝過(guò)程中發(fā)生側(cè)翻。
在套管安裝過(guò)程中,通過(guò)觸摸屏控制上下支撐工裝的同步動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)套管下移與拉桿上移在整個(gè)安裝過(guò)程中實(shí)現(xiàn)速度、位移的同步,在整個(gè)過(guò)程中,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上下工裝夾具扭矩大小,從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部拉桿底座和套管根部的柔性裝配,減少工件磨損、變形,提高裝配效率,降低裝配難度。全程動(dòng)作可進(jìn)行自動(dòng)化/手動(dòng)模式切換,并且裝配全程安裝距離、安裝速度及扭矩大小可視化,便于實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制。智能套管裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 智能套管裝置結(jié)構(gòu)
由圖1 可知,套管頂端為上支撐工裝,套管下部為下支撐工裝。上支撐工裝安裝于套管頂部,利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),帶動(dòng)一個(gè)帶有U 型開(kāi)口的提拉板上下運(yùn)動(dòng)。
提拉板開(kāi)口部分通過(guò)一套鎖緊螺母組件與一個(gè)過(guò)渡連桿相連,過(guò)渡連桿通過(guò)螺紋與上拉桿上端固定連接,當(dāng)下支撐工裝承托套管向下運(yùn)動(dòng)時(shí),工裝伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)拉桿向上運(yùn)動(dòng),防止套管將拉桿壓下,造成相關(guān)部件損壞。
下支撐工裝安裝在升高座上連接板上,左下支撐工裝與右下支撐工裝同時(shí)使用,用于承托套管法蘭與拉桿進(jìn)行裝配。工裝利用一個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),帶動(dòng)一個(gè)帶有弧形開(kāi)口的支撐支架上下運(yùn)動(dòng)。支撐支架初始位置(原點(diǎn)) 設(shè)置在上部,利用接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè),上表面與套管下部法蘭下表面接觸,工作時(shí),工裝與下支撐工裝和上支撐工裝同步動(dòng)作,下支撐工裝支撐支架托著套筒向下運(yùn)動(dòng),上支撐牽引拉桿向上運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。
電控柜安裝在工裝小車(chē)的后部,用于控制各部分工裝動(dòng)作及程序調(diào)試??刂乒袂懊姘鍨殚_(kāi)關(guān)門(mén),門(mén)上嵌入安裝一塊操作屏,操作屏可以對(duì)工裝控制進(jìn)行操作,同時(shí)可以顯示各工裝實(shí)時(shí)動(dòng)作狀態(tài),便于動(dòng)作監(jiān)控。電氣控制柜結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 電氣控制柜結(jié)構(gòu)
工裝小車(chē)為上下支撐工裝和電氣控制柜的載體,隨工位變化拖動(dòng)。小車(chē)底部有四個(gè)行走輪,兩個(gè)為定向輪,兩個(gè)為萬(wàn)向輪并且?guī)в袆x車(chē)裝置。小車(chē)上面板開(kāi)有螺紋孔,用于工裝運(yùn)輸時(shí)的固定。小車(chē)四個(gè)角安裝有四個(gè)吊環(huán)螺釘,可以在現(xiàn)場(chǎng)用吊車(chē)吊置。小車(chē)底層四周用面板封閉,內(nèi)部可以放置線(xiàn)纜及工具等件,左右兩側(cè)設(shè)有開(kāi)關(guān)門(mén),方便取件,前部帶拉手,后部帶開(kāi)關(guān)門(mén),方便維護(hù)電氣控制柜。工裝小車(chē)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 工裝小車(chē)結(jié)構(gòu)
在進(jìn)行套管更換時(shí),智能套管更換裝置使用步驟如下。
第一,在打開(kāi)套管包裝箱后,拆開(kāi)套管頭部部件,取出套管拉桿,將套管拉桿中間連接松開(kāi),此時(shí)拉桿分成上拉桿和下拉桿兩部分。上拉桿頂部用直徑4mm 尼龍繩穿過(guò)銷(xiāo)孔固定,從套管頂部穿過(guò)套管。將下支撐工裝用吊車(chē)安裝于升高座上連接板處,兩工裝距離大于套管法蘭直徑。
第二,將下拉桿與均壓球相連,用扭矩扳手嚴(yán)格按照螺釘扭矩值進(jìn)行鎖緊,下拉桿與均壓環(huán)相連如圖4所示。
圖4 下拉桿與均壓環(huán)相連
第三,將套管吊裝板安裝于套管頂部,吊帶連接于套管法蘭吊裝孔處,穿過(guò)吊裝板與吊車(chē)吊鉤連接。
第四,將上支撐工裝用螺栓安裝于套管頂部,將過(guò)渡連桿用兩個(gè)螺母安裝于上支撐工裝夾具上,上支撐工裝安裝于套管頂部如圖5所示。
圖5 上支撐工裝安裝于套管頂部
第五,吊車(chē)吊起套管緩慢從升高座正上方緩緩放下,同時(shí)利用尼龍繩緩慢將上拉桿下放,注意二者配合,當(dāng)套管底部快接近升高座上表面時(shí),吊車(chē)停止下放,連接上下拉桿。
第六,繼續(xù)用吊車(chē)將套管緩慢下移,當(dāng)套管底部距離下支撐工裝支撐板10mm 左右時(shí)停止,將左右下支撐工裝向內(nèi)側(cè)移動(dòng),拖住套管法蘭;繼續(xù)將套管緩慢下移,使套管法蘭接觸左右下支撐工裝支撐板,下支撐與法蘭接觸如圖6所示。
圖6 下支撐與法蘭接觸
第七,將過(guò)渡連桿與套管上拉桿連接。
第八,觸摸屏控制上下支撐工裝同時(shí)運(yùn)動(dòng),其中上支撐工裝帶動(dòng)套管拉桿向上移動(dòng),左下支撐工裝和右下支撐工裝同時(shí)帶動(dòng)套管向下移動(dòng),二者速度一致。
第九,套管拉桿安裝到位后,將過(guò)渡連桿拆下,安裝尼龍墊、一個(gè)上拉桿螺母及螺母鎖緊工裝,然后再次將過(guò)渡連桿安裝。
第十,利用上支撐工裝再次提升拉桿,提至拉力700Kg,此時(shí)利用螺母鎖緊工裝將拉桿螺母鎖死。
第十一,將上支持工裝拆下,安裝第二個(gè)拉桿螺母,同時(shí)將尼龍繩拆下。
第十二,將上支撐工裝和下支撐工裝拆除,放于工裝小車(chē)上,用螺栓固定。
通過(guò)使用智能套管更換裝置,套管在更換過(guò)程中,既降低了套管由于過(guò)盈配合而損壞的可能性,又提高了替換過(guò)程中的精準(zhǔn)度,保證了套管下移和拉桿上升的速度、位移一致,在整個(gè)安裝過(guò)程中,出線(xiàn)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),不受外力影響,實(shí)現(xiàn)了安全可靠的套管安裝作業(yè)。
本文結(jié)合換流變網(wǎng)側(cè)環(huán)氧樹(shù)脂浸紙式套管替換油式套管方案,對(duì)套管的替換工程中的過(guò)盈配合問(wèn)題提出了一種新的裝置智能套管替換裝置。在安裝過(guò)程中,拉桿底座和套管根部接觸段為過(guò)盈配合,此裝置在套管安裝過(guò)程中,保證了套管下移和拉桿上升的速度、位移一致,在整個(gè)安裝過(guò)程中,出線(xiàn)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),不受外力影響,實(shí)現(xiàn)了安全可靠的套管安裝作業(yè),為各換流站開(kāi)展套管替換工作提供了參考依據(jù)。