毛月祥 饒洪林 向官騰 饒 磊 陳 波 田 恬

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司直流公司）

0 引言

我國湖北省擁有多個直流換流站，包括葛洲壩換流站、龍泉換流站、宜都換流站、江陵換流站、團林換流站和正在建設(shè)的武漢換流站，另外還有渝鄂聯(lián)網(wǎng)工程的施州換流站和宜昌換流站等，這些換流站都使用有2-4 套不等的水冷系統(tǒng)［1］。水冷系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行是換流站核心設(shè)備換流閥正常運行的必要條件；換流閥水冷系統(tǒng)按介質(zhì)功能可劃分為內(nèi)冷水系統(tǒng)和外冷水系統(tǒng)，內(nèi)、外冷水系統(tǒng)中包含有管道、閥門、儀表及眾多接頭部件，超長時間運行存在泄露風險［2］。根據(jù)國家電網(wǎng)有限公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施要求和國網(wǎng)運檢部關(guān)于加強換流站閥塔漏水治理的通知，為防止換流閥出現(xiàn)滲漏水情況，換流站檢修期間需要水管接頭進行復檢［3］。

1 項目背景

一般情況下，特高壓直流換流站在新能源領(lǐng)域中承載著西電東送的重要任務(wù)，是能源輸送的關(guān)鍵樞紐，所以，需要保證換流站的安全穩(wěn)定運行狀態(tài)，同時這也是保證跨省電能輸送任務(wù)順利完成的重點工作內(nèi)容［4］。

對于直流換流站而言，每年都需要對站內(nèi)的固有設(shè)備進行一次集中的年度檢修，此時需要完成的檢修任務(wù)量巨大、安全壓力較高，要保證檢修工作可以在預計工期內(nèi)完成，需要面臨較多挑戰(zhàn)。

在上述內(nèi)容中，換流閥裝置屬于換流站完成交直流轉(zhuǎn)換任務(wù)的核心組成部分，扮演著“大腦”的角色，在這樣的情況下，閥塔冷卻管道接頭部分的檢修工作任務(wù)十分關(guān)鍵，同時，任務(wù)量巨大，實際檢修效率較低，在檢修期間還存在諸多不同形式的安全風險問題，影響范圍較大。閥冷系統(tǒng)屬于高壓直流輸電換流站中的關(guān)鍵輔助設(shè)備，包括多個組成部分，如：管道部分、閥門部分、儀表部分和大量的其他接頭部件，在系統(tǒng)處于超長時間運行狀態(tài)下，存在泄露問題的風險概率較高［5］。為此，按照國家電網(wǎng)有限公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施提出的具體要求，結(jié)合國網(wǎng)運檢部針對加強換流站閥塔漏水治理發(fā)行的通知規(guī)定，為避免換流閥裝置出現(xiàn)滲漏水問題，換流站需要在檢修過程中對水管接頭位置進行集中復檢，保證系統(tǒng)運行的整體安全性。

綜上，國網(wǎng)公司出于對上述各項影響因素的綜合考量，針對年度檢修工作設(shè)定更高級別的安全生產(chǎn)要求，所以，急需一種高效的新型管道泄露檢測技術(shù)和專業(yè)的標準化檢修工具，為檢修工作提供必要輔助作用。

在本文研究過程中，按照不同換流站水冷系統(tǒng)在年度檢修期間整理出的泄露風險點信息，整理出一整套可以快速解決相關(guān)泄露問題的檢測方法，并成功設(shè)計出新的專用工具套裝，經(jīng)實驗測試，應(yīng)用效果良好，具備進一步開發(fā)和推廣的價值。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 針對換流閥層間冷卻水管緊固力矩工具

對于換流閥層間冷卻水管緊固力矩工具而言，是由多種不同材質(zhì)（如：金屬材質(zhì)或者塑料材質(zhì)）進行連接的管道結(jié)構(gòu)，一般情況下，會使用相對靈活的接頭方式進行連接，并使用橡膠密封圈保證密封效果。對于活接頭位置的螺紋預緊力擠壓橡膠密封圈而言，自身形狀會在受力后發(fā)生一定程度的改變，達到填充水管接觸面縫隙的效果，為管道密封質(zhì)量提供可靠保障［6］。在常規(guī)類型的螺紋緊固作業(yè)中會應(yīng)用到力矩扳手工具，這種工具對力矩大小進行有效控制。但是，由于換流閥水管的連接位置螺紋規(guī)格過大，當今市場中并沒有相應(yīng)尺寸的專業(yè)力矩扳手工具。所以，需要為此專門設(shè)一款專用緊固工具，為冷卻水管的檢修工作提供支持作用。

圖1 冷卻水管檢修工具設(shè)計圖

2.2 針對冷卻水系統(tǒng)焊縫滲漏快速封堵工具

帶壓堵漏與帶壓密封技術(shù)詳細講解管道外漏的部位常在彎頭處，原因是管道內(nèi)高速流動的介質(zhì)長期沖刷管壁，以致管壁變薄泄漏；管道和閥體在生產(chǎn)加工過程中存在鑄造或鍛造缺陷，如砂眼、氣孔、裂紋等。帶壓堵漏是以流體介質(zhì)在動態(tài)下用固狀密封材料的密封機理為基本依據(jù)，在泄漏部位裝設(shè)專用設(shè)備，利用泄漏部位的外表與夾具構(gòu)成的密封空腔，注入并充滿密封空腔，使密封劑的擠壓力與泄漏介質(zhì)壓力相平衡，重建一個密封結(jié)構(gòu)來堵塞泄漏孔隙和通道，擋住介質(zhì)的外泄，從而堵住泄漏。本文采用的是機械堵漏法中的頂壓法，在管道上固定一螺桿直接或間接堵住設(shè)備和管道上的泄漏處的方法。

圖2 快速封堵工具設(shè)計圖

2.3 針對冷卻水系統(tǒng)主回路閥類拆裝工具

本文通過液壓方式擴大對夾法蘭間距來實現(xiàn)需求。由于對夾式閥門通過間隙配合緊密實現(xiàn)密封，當出現(xiàn)閥門內(nèi)部滲漏需要更換時，間隙配合緊密影響了閥門的拆卸抽出和再安裝的塞入，該工具則可解決對夾式閥門的快速拆卸和再安裝，如蝶閥和止回閥等。

圖3 主回路閥類拆裝工具設(shè)計圖

3 具體研究內(nèi)容

3.1 換流閥層間冷卻水管緊固力矩專用工具

表1 總體方案提出表

力矩工具功能模塊詳情如下：

圖4 力矩工具功能模塊示意圖

圖5 力矩手柄示意圖

圖6 手柄頭示意圖

3.2 冷卻水系統(tǒng)焊縫滲漏快速封堵專用工具

如下圖示，通過抱緊管道，采用軟墊壓緊管道滲漏點，達到堵漏效果。

圖7 封堵工具示意圖

3.3 冷卻水系統(tǒng)主回路閥類拆裝專用工具

本文采用的夾式蝶閥的結(jié)構(gòu)比較短小，占用空間小，安裝的時候先用專用法蘭將其固定，然后將固定好的對夾式蝶閥放入管道兩端法蘭中間，用螺栓穿過對夾式蝶閥專用法蘭和管道法蘭將其固定，要求法蘭間有足夠的安裝間隙，避免蝶閥密封膠墊被擠壓變形而形成漏水點。

4 創(chuàng)新點

4.1 換流閥層間冷卻水管緊固力矩專用工具創(chuàng)新點

（1）遵循輕量化設(shè)計原則，保證新設(shè)計的專用工具在操作方面可以更加省力、更加方便攜帶，盡可能提升工具在實際使用中的作業(yè)便利性，以此為基礎(chǔ)，在保證檢修質(zhì)量的同時，有效提升檢修作業(yè)效率。

（2）設(shè)定科學合理的數(shù)字力矩定值，在完成工具設(shè)計任務(wù)的過程中，需要盡可能以安裝工藝的數(shù)據(jù)化、標準化發(fā)展為準則，盡可能減少連接點位置存在的泄露風險，以此為基礎(chǔ)，保證專業(yè)檢修工具的使用有效性，保證檢修質(zhì)量和檢修作業(yè)效率，節(jié)約更多時間成本。

4.2 冷卻水系統(tǒng)焊縫滲漏快速封堵專用工具創(chuàng)新點

（1）專業(yè)修理人員需要以管道外部為起始點，進行快速封堵作業(yè)，在封堵過程中，不可以改變固有管道結(jié)構(gòu)，杜絕由于檢修作業(yè)造成的各種不良影響，保證檢修作業(yè)可以正常推進。

（2）遵循輕量化設(shè)計原則，保證新設(shè)計的專用工具在操作方面可以更加省力、更加方便攜帶，盡可能提升工具在實際使用中的作業(yè)便利性，以此為基礎(chǔ)，在保證檢修質(zhì)量的同時，有效提升檢修作業(yè)效率。

4.3 冷卻水系統(tǒng)主回路閥類拆裝專用工具創(chuàng)新點

（1）借助液壓作業(yè)手段，實現(xiàn)管道開口位置的進一步擴張?zhí)幚?，便于閥門本體結(jié)構(gòu)的再次拆卸和再次安裝，節(jié)約更多的拆卸和安裝作業(yè)時間，可以在保證檢修作業(yè)質(zhì)量的前提下，進一步提升檢修作業(yè)的完成效率。

（2）遵循輕量化設(shè)計原則，保證新設(shè)計的專用工具在操作方面可以更加省力、更加方便攜帶，盡可能提升工具在實際使用中的作業(yè)便利性，以此為基礎(chǔ)，在保證檢修質(zhì)量的同時，有效提升檢修作業(yè)效率。

5 結(jié)束語

第一，本文研制了一套換流閥層間冷卻水管緊固力矩專用工具，適用于換流站閥塔內(nèi)部PVDF 水冷管路力矩定值拆卸安裝，采用多規(guī)格便攜式開放式卡具，適應(yīng)多種管徑，采用高強鋁合金輕量化設(shè)計，屈服強度為211MPa，滿足活接連接處扭矩0-120N/m 的要求。橫向扳手，可根據(jù)閥塔水管工藝要求設(shè)定力矩值，與卡具配套使用，保證安裝工藝的準確性。

第二，本文研制了一套冷卻水系統(tǒng)焊縫滲漏快速封堵專用工具，可簡單便捷的對閥冷系統(tǒng)管道的滲漏進行有效封堵，待合適時間（每年定期停電檢修等直流系統(tǒng)停電時）進行維修，提高了換流站運維的穩(wěn)定性。本裝置的研制，從根本上改變了閥冷滲漏需停運直流的情況，使站內(nèi)運維人員能快速、有效的對閥冷系統(tǒng)的管道滲漏進行處理，提高了換流站運行穩(wěn)定性。

第三，本文研制了冷卻水系統(tǒng)主回路閥類拆裝專用工具一套，可解決對夾式閥門的快速拆卸和再安裝，如蝶閥和止回閥等，由于對夾式閥門通過間隙配合緊密實現(xiàn)密封，當出現(xiàn)閥門內(nèi)部滲漏需要更換時，間隙配合緊密影響了閥門的拆卸抽出和再安裝的塞入，該工具通過液壓方式擴大對夾法蘭間距來實現(xiàn)需求。

綜上所述，本文以閥冷系統(tǒng)管道泄漏專用檢修工具為研究核心，說明管道檢測過程中的主要檢測環(huán)節(jié)，并對加固力矩工具、快速封堵工具以及閥類拆裝工具在管道檢修中的應(yīng)用效果進行集中說明，整理相關(guān)經(jīng)驗并設(shè)計出新型工具套裝，希望本次研究可以為同領(lǐng)域工作者提供合理參考。