火電廠內(nèi)1 000 kV升壓站的現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)

李健豪，商 政，賀彥鵬，易海波

（中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

特高壓設(shè)備具有尺寸大、重量重、工藝要求高、現(xiàn)場(chǎng)施工難度大和質(zhì)量管控嚴(yán)格等特點(diǎn)[1-3]。目前，我國(guó)火電廠內(nèi)直接升壓至1 000 kV的升壓站工程實(shí)踐，即采用1 000 kV氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（gas insulated metalenclosed switchgear，GIS）及1 000 kV主變壓器（以下簡(jiǎn)稱“主變”）的火電工程經(jīng)驗(yàn)較少。

火電工程建設(shè)中的升壓站布置方式，受制于火電廠的總圖布置以及施工工序，布置場(chǎng)地相對(duì)較小，工程協(xié)調(diào)復(fù)雜。火力發(fā)電廠中1 000 kV升壓站的安裝工作與常規(guī)特高壓變電站的安裝有所不同，除了需要與常規(guī)特高壓變電站進(jìn)行相同水平的質(zhì)量管理外，施工過(guò)程中的制約因素更多。

某火電廠工程采用2機(jī)2變1線聯(lián)合單元接線，以1 000 kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，出線一回，接入外側(cè)1 000 kV變電站。該工程共設(shè)計(jì)有1臺(tái)1 000 kV斷路器，6臺(tái)單相主變。該工程升壓站布置緊湊，形式特殊，分支母線較長(zhǎng)，防塵施工難度大；且預(yù)計(jì)的主變進(jìn)場(chǎng)路線上設(shè)計(jì)有綜合管架等障礙，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝管理過(guò)程控制，解決以上問(wèn)題。

1 主變壓器運(yùn)輸及卸車

該工程主變?cè)O(shè)計(jì)為單相變壓器，每臺(tái)機(jī)組各設(shè)置3臺(tái)主變壓器，共6臺(tái)主變，單臺(tái)變壓器容量為250 MVA。大型變壓器質(zhì)量大、體積大，對(duì)運(yùn)輸過(guò)程要求比較嚴(yán)格[4]，本文僅討論廠內(nèi)運(yùn)輸部分。

該工程6臺(tái)主變壓器的運(yùn)輸尺寸均為7 323 mm× 5 119 mm×4 900 mm（長(zhǎng)×寬×高），運(yùn)輸重量為227 t，因高度接近運(yùn)輸路線高速公路限高5 m，運(yùn)輸方案采用橋式框架運(yùn)輸，最終運(yùn)輸轉(zhuǎn)彎半徑約30 m，運(yùn)輸高度約5 m，主變橋式框架轉(zhuǎn)彎半徑如圖1所示。轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，橋式框架置于轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)空地上空，需要轉(zhuǎn)彎區(qū)域無(wú)其他障礙物阻隔。

圖1 主變橋式框架轉(zhuǎn)彎半徑示意圖

主變進(jìn)場(chǎng)路線上有多處位置按照設(shè)計(jì)圖紙無(wú)法滿足車輛通行的限高以及轉(zhuǎn)彎半徑要求。鑒于上述情況，工程施工管理過(guò)程中需要提前考慮主變進(jìn)場(chǎng)問(wèn)題，調(diào)整廠內(nèi)綜合管架及連廊的施工時(shí)間，調(diào)整車輛轉(zhuǎn)彎處部分設(shè)備的安裝工序，使主變進(jìn)場(chǎng)高度、寬度限制得到解決。主變進(jìn)場(chǎng)時(shí)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)彎處部分道路進(jìn)行了臨時(shí)拓寬、排障、平整、回填夯實(shí)，保證車輛順利到達(dá)卸車場(chǎng)地。其中，部分道路由原7 m寬臨時(shí)拓寬至9 m，回填夯實(shí)要求路面壓強(qiáng)達(dá)到10 t/m2并在車輪經(jīng)過(guò)的軌跡路面鋪設(shè)鋼板。

主變卸車就位采用液壓頂推方案，需要提前將路障、路基及溝渠回填夯實(shí)，路面壓強(qiáng)達(dá)到10 t/m2。主變運(yùn)輸?shù)轿缓?，先拆除橋式框架主承載梁，將設(shè)備落至預(yù)先擺放的枕木上（如圖2所示），然后牽引車和液壓軸線車撤離就位作業(yè)區(qū)域，將卸在道木臺(tái)上的變壓器通過(guò)千斤頂提升，穿入鋼軌和頂推裝置將變壓器平移至基礎(chǔ)上，再利用千斤頂交叉提升降低高度直至落在基礎(chǔ)臺(tái)上。落地前需要對(duì)就位位置尺寸進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保就位位置準(zhǔn)確無(wú)誤。

圖2 主變就位

2 主變壓器安裝

2.1 主要附件的安裝

安裝主要附件時(shí)，冷卻裝置、儲(chǔ)油柜等無(wú)需露空狀態(tài)安裝的附件應(yīng)先行完成安裝。其余附件安裝按照制造商要求，每天安裝附件時(shí)間不大于8 h，器身暴露于大氣的總安裝時(shí)間不超過(guò)24 h。

抽真空、真空注油、熱油循環(huán)、靜置等作業(yè)工序的技術(shù)要求均按照制造商的技術(shù)要求以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求編制了現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格執(zhí)行。其中，真空度要求為小于13 Pa并計(jì)時(shí)維持48 h；真空注油溫度控制在50～70 ℃；熱油循環(huán)出口油溫要達(dá)到60～70 ℃，循環(huán)時(shí)間不小于48 h；注油完畢后，變壓器靜置時(shí)間不小于168 h，過(guò)程中應(yīng)多次排氣直至殘余氣體排盡。

附件安裝時(shí)一定要注意現(xiàn)場(chǎng)防塵措施，安裝過(guò)程中禁止附近車輛通過(guò)，并調(diào)整易產(chǎn)生揚(yáng)塵的工作的施工工序，避免灰塵干擾影響設(shè)備絕緣水平。

2.2 高壓套管安裝

高壓套管安裝前，應(yīng)對(duì)起重機(jī)及吊具進(jìn)行受力計(jì)算，明確吊車站位。吊裝時(shí)采用兩臺(tái)汽車起重機(jī)先將套管水平吊起后一臺(tái)掉鉤緩緩上升使套管與地面垂直。最后按照對(duì)接工藝對(duì)套管法蘭面進(jìn)行對(duì)接，套管就位過(guò)程如圖3所示。

圖3 變壓器高壓套管就位過(guò)程

2.3 絕緣油樣化驗(yàn)

絕緣油應(yīng)在注入設(shè)備前和注入設(shè)備后、熱油循環(huán)結(jié)束靜置后48 h分別取油樣進(jìn)行試驗(yàn)。絕緣油的合格標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范以及制造廠要求中較高的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，具體執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 絕緣油樣檢測(cè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

值得注意的是，大型變壓器油量較大，需要抽樣化驗(yàn)次數(shù)較多。該工程每臺(tái)主變需要三臺(tái)油罐車進(jìn)油，每臺(tái)主變的殘油、新油濾油后，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，運(yùn)行24 h后均需要進(jìn)行油樣取樣化驗(yàn)，如果沒(méi)有合理安排抽樣送檢的時(shí)間，則會(huì)對(duì)總體施工工期有一定影響。因此，應(yīng)在施工前確認(rèn)各項(xiàng)油樣送檢的責(zé)任單位、檢測(cè)項(xiàng)目和合格標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，并確定送檢單位的檢測(cè)以及報(bào)告出具時(shí)間，保證施工過(guò)程中各項(xiàng)工作有條不紊地進(jìn)行。

3 GIS安裝

該工程采用2機(jī)2變1線聯(lián)合單元接線方式，采用一臺(tái)1 000 kV斷路器，設(shè)一回1 000 kV出線。

3.1 基礎(chǔ)驗(yàn)收

1 000 kV GIS基礎(chǔ)對(duì)設(shè)備安裝的影響較大，在基礎(chǔ)施工后應(yīng)及時(shí)對(duì)GIS基礎(chǔ)進(jìn)行檢查驗(yàn)收。根據(jù)設(shè)計(jì)院圖紙及GIS制造廠圖紙，核對(duì)并查驗(yàn)地基預(yù)埋鐵或鋼架、電纜溝及接地點(diǎn)的位臵是否與地基的設(shè)計(jì)圖一致，要求中心距離誤差≤3 mm；預(yù)埋件水平度誤差要求為±1 mm，預(yù)埋件尺寸誤差≤3 mm。另外，將主母線的中心線和每個(gè)間隔的中心線用油漆標(biāo)出，作為永久標(biāo)志。

3.2 GIS本體安裝

首先進(jìn)行斷路器的精確定位與安裝，然后以斷路器為定位基準(zhǔn)，安裝防塵房并進(jìn)行GIS設(shè)備組裝，進(jìn)行放氣、點(diǎn)檢、涂潤(rùn)滑脂、對(duì)接和緊固螺栓等工作。其中，點(diǎn)檢人員穿戴全套防塵服裝且不允許攜帶金屬物品，重點(diǎn)點(diǎn)檢絕緣件、導(dǎo)體和筒體。

安裝完成到一定程度后，開(kāi)始配置SF6氣體管路，并更換吸附劑，抽真空，充干燥SF6氣體至額定壓力。新充入的氣體需要進(jìn)行微水測(cè)試，并符合交接試驗(yàn)規(guī)程。最后進(jìn)行氣體檢漏工作。

其中，嚴(yán)禁重復(fù)使用吸附劑，一旦氣室重新暴露于空氣中，氣室內(nèi)所有吸附劑必須全部予以更換。抽真空時(shí)，當(dāng)真空度達(dá)133 Pa開(kāi)始計(jì)時(shí)，維持真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)0.5 h后停泵并與泵隔離，靜觀0.5 h后讀取真空值A(chǔ)。再靜觀5 h后讀取真空值B，要求B－A≤67 Pa（極限允許值133 Pa），則認(rèn)為密封良好；否則，應(yīng)檢查氣室的泄漏點(diǎn)，并處理泄漏缺陷。充入純凈的SF6氣體前，需要檢查氣體配管工作已經(jīng)合格完成；所有SF6氣體出廠試驗(yàn)合格，且現(xiàn)場(chǎng)將抽樣樣品送相關(guān)檢驗(yàn)單位試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行充氣先充到0.2 MPa。當(dāng)相鄰氣室也充氣到0.2 MPa時(shí)，將本氣室充到額定壓力0.45 MPa。氣體檢漏需要用塑料袋罩住筒口，扎緊后保持24 h用檢漏儀進(jìn)行檢漏。

安裝過(guò)程中要注意人員不得私自進(jìn)入GIS的密封室內(nèi)。有必要進(jìn)入時(shí)，應(yīng)確定其內(nèi)部環(huán)境通風(fēng)良好，且至少含有18%的O2，并另有一人負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)。

安裝過(guò)程的全過(guò)程務(wù)必注意進(jìn)行“四無(wú)”管理，即：無(wú)異物殘留、無(wú)異物混入、無(wú)異物發(fā)生和無(wú)螺栓忘記緊固，以確保GIS內(nèi)部清潔，帶電后不會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象。

3.3 GIS施工責(zé)任界面劃分

該工程GIS安裝施工責(zé)任界面按照合同劃分，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作由施工單位負(fù)責(zé)，GIS制造廠負(fù)責(zé)安裝與調(diào)試的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)與技術(shù)指導(dǎo)。但是施工管理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，施工單位對(duì)特高壓設(shè)備安裝技術(shù)及人才儲(chǔ)備不足，為了確保現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，最重要的對(duì)接施工工作改為生產(chǎn)廠家人員負(fù)責(zé)，施工單位進(jìn)行配合，以確保工程的施工進(jìn)度及質(zhì)量。

工程實(shí)踐認(rèn)為，若有類似工程的施工工作，可以在合同簽訂時(shí)將主要的安裝工作分給設(shè)備廠家，將配合工作分給施工單位，這樣可以借助生產(chǎn)廠家的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，高質(zhì)量完成安裝工作。實(shí)際上，工程安裝費(fèi)用僅占GIS設(shè)備費(fèi)用的不足1%。綜合考量下，安裝工作分屬設(shè)備廠家更為有利。

4 GIS防塵施工措施

1 000 kV GIS現(xiàn)場(chǎng)戶外安裝工作量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，施工環(huán)境對(duì)1 000 kV GIS的安裝質(zhì)量影響很大[5-6]。在GIS安裝過(guò)程中，只要有一個(gè)氣室灰塵處理不徹底，就有可能在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中造成擊穿現(xiàn)象[7]。電廠建設(shè)過(guò)程中電氣、土建專業(yè)交叉施工多，揚(yáng)塵大，因此，防塵是現(xiàn)場(chǎng)施工管理需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

4.1 主要防塵施工方案比較

經(jīng)筆者調(diào)研，GIS安裝工程主要防塵施工方案有兩種：

1）第一種是采用移動(dòng)式裝配車間（如圖4所示）進(jìn)行設(shè)備本體對(duì)接安裝工作，再使用防塵房安裝分支母線。上述方案適合用于升壓站占地空間大且規(guī)整，可以布置移動(dòng)式裝配車間的現(xiàn)場(chǎng)，該方案容易滿足安裝工作的防塵要求。該方案施工場(chǎng)地外部防塵網(wǎng)無(wú)需很高，起到基本防塵效果即可，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)是僅需布置2 m高的防塵網(wǎng)即可達(dá)到防護(hù)要求；且覆蓋范圍大，工作進(jìn)度快。但是缺點(diǎn)是需要升壓站布置面積大且規(guī)整的現(xiàn)場(chǎng)，布置不夠靈活，且分支母線的安裝無(wú)法使用移動(dòng)式裝配車間作業(yè)。

圖4 移動(dòng)式裝配車間現(xiàn)場(chǎng)圖

2）第二種防塵施工方案是：采用全部移動(dòng)式防塵房及小型防塵房進(jìn)行設(shè)備本體對(duì)接工作。該方案現(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。全部采用防塵房的防塵施工方案布置靈活、方案投資低，但是隨著工作的進(jìn)行，要經(jīng)常拆裝防塵房，不利于連續(xù)工作，且防塵房外部防塵網(wǎng)等防護(hù)措施需要增加防護(hù)等級(jí)。

圖5 防塵房和防塵網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)圖

4.2 多級(jí)防塵施工措施

該工程面臨的主要問(wèn)題是升壓站占地空間狹小，斷路器與分支母線布置不規(guī)整，無(wú)法布設(shè)移動(dòng)式裝配車間進(jìn)行裝配工作，升壓站布置如圖6所示。該工程主要安裝工期處于春、夏兩季，工程所在地區(qū)春季風(fēng)沙較大，不利于設(shè)備防塵安裝工作；升壓站附近的交叉施工也有可能造成揚(yáng)塵等問(wèn)題。

圖6 該工程升壓站布置圖

鑒于上述原因，工程采用了多級(jí)防塵管理及利用移動(dòng)式防塵房進(jìn)行本體安裝對(duì)接作業(yè)的防塵施工方案。該工程調(diào)整了升壓站外面的土建施工工作順序及時(shí)間，進(jìn)行GIS安裝對(duì)接的時(shí)間不允許周圍土建有揚(yáng)塵的工作進(jìn)行施工，且對(duì)裸露的區(qū)域用防塵網(wǎng)進(jìn)行鋪蓋及遮擋。在風(fēng)力較大的時(shí)間段，停止對(duì)接工作并將施工工作安排給附近的土建施工。每天作業(yè)前，作業(yè)區(qū)域外的道路應(yīng)定期進(jìn)行灑水降塵工作。GIS作業(yè)區(qū)域布置防塵圍護(hù)墻，利用腳手架管、防塵布搭設(shè)6 m高防護(hù)墻，在2 m以下的高度增加彩條布防護(hù)，并合理布置斜撐用來(lái)防風(fēng)加固?？紤]到作業(yè)區(qū)域狹長(zhǎng)，防塵圍護(hù)墻布置采用分區(qū)域布置方案，將作業(yè)區(qū)域分為兩個(gè)部分，根據(jù)施工工序分別進(jìn)行搭設(shè)。防護(hù)墻內(nèi)每日進(jìn)行人工清掃及清塵工作。

施工時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控作業(yè)區(qū)域內(nèi)外的空氣粉塵度及溫濕度數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為依據(jù)控制施工作業(yè)；工作時(shí)，防塵房?jī)?nèi)要求保證粉塵度相對(duì)質(zhì)量濃度≤20 CPM，濕度≤80%，溫度在5～25 ℃范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)每?jī)蓚€(gè)小時(shí)對(duì)溫度、濕度和潔凈度進(jìn)行測(cè)量并記錄。

最后，在核心安裝區(qū)域，布設(shè)了防塵房進(jìn)行無(wú)塵作業(yè)。采取管理技術(shù)措施：進(jìn)入防塵房工作前要穿戴防塵服、防塵帽及防塵鞋，準(zhǔn)備移入移動(dòng)式防塵房的設(shè)備及物品、工具、工裝，需預(yù)先做清潔處理，防止異物混入。不允許與產(chǎn)品對(duì)接無(wú)關(guān)人員隨意進(jìn)入防塵房，沒(méi)有特殊情況，產(chǎn)品對(duì)接人員在產(chǎn)品對(duì)接完成之前要一直在防塵房?jī)?nèi)部。地面鋪設(shè)防塵墊，并每日定時(shí)清潔，提前將空調(diào)、除濕設(shè)備及照明燈打開(kāi)，確保在無(wú)塵狀態(tài)下進(jìn)行安裝作業(yè)。

因布置條件限制，在防塵房也無(wú)法進(jìn)行安裝的區(qū)域，采用圖5所示的小型臨時(shí)防塵房方案進(jìn)行安裝。

5 結(jié)語(yǔ)

該工程1 000 kV GIS及主變的耐壓試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、正式帶電、帶負(fù)荷測(cè)試均一次性試驗(yàn)成功，說(shuō)明其安裝管理工作到位。其中，與工程其它區(qū)域施工工作的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、主變的運(yùn)輸及卸車管理、GIS安裝防塵管理工作等均為安裝管理中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，建議同類工程施工時(shí)重點(diǎn)關(guān)注。

同時(shí)，如果項(xiàng)目前期規(guī)劃階段條件允許，可以預(yù)留足夠的GIS組裝空間，預(yù)留移動(dòng)式裝配車間的軌道及布置位置，對(duì)主變進(jìn)場(chǎng)道路有更細(xì)致的早期規(guī)劃，那么對(duì)特高壓升壓站安裝工作會(huì)更為有利。