GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)研究

張水龍，王一凡，張皖涵，施衛(wèi)華，陸煒偉，吳根印，羅鎮(zhèn)城

(中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300)

漳州核電1、2號機(jī)組的主變壓器至500 kV GIS開關(guān)站之間采用GIL(氣體絕緣輸電線路)作為電力傳輸線路，GIL是一種采用SF6氣體絕緣，外殼與導(dǎo)體同軸布置的高電壓、大電流電力傳輸設(shè)備[1]，其相較于傳統(tǒng)的架空線或輸電電纜，具有載流量大、故障率低、維護(hù)方便、空間資源利用率高、不受惡劣氣候及特殊地形影響等優(yōu)點[2]，在電網(wǎng)及電廠中得到廣泛應(yīng)用。

500 kV GIL安裝工作需嚴(yán)格控制在無塵、干燥的環(huán)境中進(jìn)行(要求粉塵含量<35 000個/L，濕度<80%)[3]，否則極易在耐壓試驗或日常運(yùn)行過程中發(fā)生放電擊穿的事件，嚴(yán)重威脅人身和設(shè)備安全。漳州核電現(xiàn)場目前處于土建階段，揚(yáng)塵嚴(yán)重，室外施工的濕度也難于控制，給GIL安裝質(zhì)量埋下極大的隱患。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在設(shè)備制造廠家標(biāo)準(zhǔn)化的組裝環(huán)境中，GIL耐壓試驗通過率超過95%，但現(xiàn)場安裝后GIL實際耐壓試驗通過率不足55%，國內(nèi)某核電廠4號機(jī)組和6號機(jī)組GIL就因安裝環(huán)境不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求、耐壓試驗出現(xiàn)破壓，返工導(dǎo)致延誤GIL安裝調(diào)試工期約20天。

為徹底解決GIL安裝過程中環(huán)境濕度及粉塵含量超標(biāo)[4]而威脅GIL安裝質(zhì)量的問題，并提高GIL安裝的工效(具備GIL筒體智能化轉(zhuǎn)運(yùn)、提升及翻轉(zhuǎn)功能)，開發(fā)一套GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)；同時，該系統(tǒng)也適用于后續(xù)機(jī)組商運(yùn)后的GIL設(shè)備維護(hù)及消缺工作(需要對GIL進(jìn)行解體、回裝時)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)包括模塊化防塵棚、智能除濕除塵子系統(tǒng)、輔助轉(zhuǎn)運(yùn)及提升子系統(tǒng)。

在安裝工作開始前，施工人員首先根據(jù)安裝需求及現(xiàn)場地形、面積、高度等因素，計算出防塵棚大小，隨后選取相應(yīng)尺寸的防塵棚；防塵棚用于建立密閉的GIL安裝空間，防止外部環(huán)境中的粉塵、濕氣進(jìn)入GIL筒體內(nèi)部；同時，防塵棚亦是GIL安裝的施工場所，需滿足施工人員自由活動等現(xiàn)場安裝需求。

防塵棚結(jié)構(gòu)分為支架及PVC強(qiáng)化膜，為便于運(yùn)輸及安裝，防塵棚支架采用充氣式、模塊化設(shè)計，材質(zhì)為多層(常用三層，可根據(jù)實際情況進(jìn)行加厚)PVC復(fù)合夾網(wǎng)，具有耐用、耐刺穿，防水、抗爆，可靠性強(qiáng)等特點，充氣后體積可膨脹至未充氣狀態(tài)的30倍；考慮現(xiàn)場為多碎石環(huán)境，故在底部及關(guān)鍵部位噴涂粘附性橡膠瀝青涂層；PVC強(qiáng)化膜，具有耐用、耐刺穿，防水及密封性、采光性良好等特點。防塵棚外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 模塊化防塵棚Fig.1 Modular dustproof shed

智能除濕除塵子系統(tǒng)包括濕度/粉塵含量檢測模塊、自動化控制模塊(如圖2所示)以及除濕除塵溫控模塊(如圖3所示)，高度集成化，具有體積小、重量輕、全自動化等優(yōu)點。

圖2 智能溫濕度控制子系統(tǒng)Fig.2 Intelligent temperature and humidity control subsystem

圖3 智能除塵子系統(tǒng)Fig.3 Intelligent dedusting subsystem

輔助轉(zhuǎn)運(yùn)、提升及翻轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可用于在廊道內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)GIL筒體、對GIL筒體進(jìn)行提升、高度調(diào)節(jié)及翻轉(zhuǎn)(兩段筒體對接時，需要翻轉(zhuǎn)、調(diào)整角度)，集多功能于一體，以電動代替手動、優(yōu)化GIL安裝工藝，可提高GIL安裝工效至少30%(約18天)。

2 創(chuàng)新成果應(yīng)用場景

GIL安裝施工先決條件：主變壓器、500 kV GIS安裝已完成，GIL溝道開挖已完成，GIL到貨開箱驗收合格，安裝人員及配套安裝工器具已到位。

GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)的使用方法如下：

1)根據(jù)現(xiàn)場施工實際條件，測量計算、確認(rèn)防塵棚的占地面積、高度等規(guī)格；

2)選取相應(yīng)規(guī)格的防塵棚，運(yùn)至現(xiàn)場；

3)清掃地面及坑道墻壁，確認(rèn)無碎石及其他尖銳物品后，將防塵棚支架置于GIL廊道內(nèi)，對防塵棚支架進(jìn)行充氣，充氣壓力通常為0.23～0.25 bar；充氣完成后記錄數(shù)據(jù)，靜置2 min，再次測量支架內(nèi)部壓力，如數(shù)據(jù)無差異，則說明支架完好，可進(jìn)行步驟5；

4)如數(shù)據(jù)差異較大，采用目視的方法，檢驗支架表面是否有明顯的裂縫、空洞，并在關(guān)鍵接縫處擦涂檢漏液檢驗有無明顯氣泡；如破損處較小，可采取電工膠帶封補(bǔ)等臨時措施，并記錄上報，工后修補(bǔ)；封補(bǔ)后再次檢驗支架密封性，若仍不達(dá)標(biāo)或破損處較大，則需更換支架并重復(fù)上述步驟；

5)展開PVC強(qiáng)化膜，并覆蓋在支架上，套入設(shè)備接口并拉緊拉鏈，使其與安裝設(shè)備相吻合；對于現(xiàn)場地面、坑道內(nèi)或設(shè)備上部分無法清除的尖銳點，采取噴涂黏附性橡膠瀝青涂層等防護(hù)措施；

6)對搭建完畢的防塵棚內(nèi)置壓力計，進(jìn)行充氣處理，使其呈微正壓狀態(tài)并記錄當(dāng)前壓力；1 min后再次檢驗壓力，如仍呈微正壓，則證明防塵棚密封性良好，可進(jìn)行步驟8；如呈常壓，則證明防塵棚密封性不合格；

7)對于密封性不合格的防塵棚，首先采用目視的方法，檢驗PVC強(qiáng)化膜表面是否具有明顯的裂縫、空洞，并在關(guān)鍵接縫處擦涂檢漏液檢驗有無明顯氣泡；如破損處較小，可采取電工膠帶封補(bǔ)等臨時措施，并記錄上報，工后修補(bǔ)；封補(bǔ)后再次檢驗防塵棚密封性，若仍不達(dá)標(biāo)或破損處較大，則需更換PVC強(qiáng)化膜；

8)防塵棚搭建完畢后，根據(jù)實際施工情況，選擇合適地點布置并開啟智能除塵及溫濕度控制子系統(tǒng)(采用可移動式設(shè)計)；當(dāng)防塵棚內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)到GIL安裝要求時，安裝人員進(jìn)入防塵棚內(nèi)開始安裝作業(yè)；

9)安裝人員進(jìn)入防塵棚時，應(yīng)佩戴口罩、發(fā)套、鞋套，清理并擦拭工器具，盡可能降低對棚內(nèi)空氣的影響；

10)安裝人員進(jìn)入防塵棚后，再次確認(rèn)防塵棚內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，隨后操作輔助轉(zhuǎn)運(yùn)及提升子系統(tǒng)對GIL進(jìn)行提升、高度調(diào)節(jié)及翻轉(zhuǎn)，達(dá)到安裝條件后，開展兩段GIL筒體的對接工作。

3 管理創(chuàng)新

在正常的GIL安裝流程中，需全程以吊車吊起GIL筒體進(jìn)行安裝，現(xiàn)場需專人進(jìn)行吊車操作員和安裝人員之間的信息傳遞，信息經(jīng)中轉(zhuǎn)后難以保持準(zhǔn)確性，安裝效率低下且存在誤操作的風(fēng)險。使用GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)后，現(xiàn)場不必派吊車全程參與，亦不必設(shè)吊車駐車區(qū)域、派專人監(jiān)督吊車工作區(qū)域、溝通安裝人員與吊車操作員之間信息，提高了安裝速度，大大節(jié)省了人力物力。

采用傳統(tǒng)的GIL安裝工藝，由于現(xiàn)場處于土建階段，揚(yáng)塵嚴(yán)重，室外施工的濕度也難于控制，安裝后GIL實際耐壓試驗通過率不足55%；采用特制的防塵棚、在密閉空間內(nèi)作業(yè)，并對安裝環(huán)境的溫濕度、粉塵含量進(jìn)行智能控制，大幅度降低現(xiàn)場惡劣環(huán)境對安裝質(zhì)量的影響，極大提高了安裝的可靠性和耐壓試驗通過率(達(dá)到95%)。

由于GIL智能輔助安裝系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)、提升、翻轉(zhuǎn)功能采用電力驅(qū)動實現(xiàn)，且集多功能于一體，可以大幅節(jié)省人力、提高安裝效率；采用傳統(tǒng)的GIL安裝工藝，500 kV GIL安裝工期約為60天，使用GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)可降低30%工期(約18天)，實現(xiàn)降本增效的良好效果。

4 社會效益

漳州核電GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)利用防塵棚營造的密閉空間，可以智能除濕除塵子系統(tǒng)凈化空氣并降低濕度，大大增加了GIL安裝的可靠性。輔助轉(zhuǎn)運(yùn)及提升子系統(tǒng)則一改往日安裝人員與吊車操作員聯(lián)合安裝的局面，既不必調(diào)用吊車，也不必單獨劃分吊車的駐車區(qū)域，大大降低了現(xiàn)場的施工風(fēng)險及難度。針對漳州核電GIL實際存在的痛點問題，以保障安裝安全質(zhì)量為根本出發(fā)點，結(jié)合先進(jìn)的模塊化、智能化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)對GIL安裝工作的全過程管理，確保安裝安全質(zhì)量全面受控。

GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)包括模塊化防塵棚、智能除濕除塵子系統(tǒng)、輔助轉(zhuǎn)運(yùn)及提升子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)中的設(shè)備采用完全自主設(shè)計、加工，具有低成本、保質(zhì)量、可拓展、可復(fù)制的顯著優(yōu)勢，且具有自主知識產(chǎn)權(quán)，可推廣應(yīng)用至后續(xù)“華龍一號”批量化建設(shè)工作中，社會效益顯著。

5 結(jié)論

使用GIL智能輔助安裝及環(huán)境控制系統(tǒng)能夠使安裝一次成功率提高40%，達(dá)到工廠內(nèi)的環(huán)境清潔度水平，從根本上解決GIL安裝環(huán)境控制失效、導(dǎo)致耐壓試驗破壓的風(fēng)險，確保關(guān)鍵設(shè)備的安全可靠運(yùn)行及機(jī)組的安裝調(diào)試進(jìn)度(GIL耐壓試驗破壓，對設(shè)備進(jìn)行解體、消缺、回裝，預(yù)計將延誤安裝工期約20天)。

采用GIL智能輔助安裝系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)、提升、翻轉(zhuǎn)功能，以電力驅(qū)動代替人力操作，且該系統(tǒng)集多功能于一體，可以大幅節(jié)省人力、提高安裝效率，縮短至少30%的安裝工期(18天)，有利于優(yōu)化“華龍一號”機(jī)組的建設(shè)工期，助力華龍騰飛。