交流耗能装置安装调试技术的研究与运用

斯 辉 （安徽送变电工程有限公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

张北柔性直流电网工程建立了张北、康保、北京和丰宁四端互联的换流站网络，是目前世界上首个具有网络特性的直流电网工程。其中，张北和康保两站交流测大规模接入了风电、光伏等可再生能源，当直流系统发生故障时，新能源电力运行特性无法满足快速切除的要求，为解决这一问题，首次采用交流耗能装置作为柔性直流电网吸收盈余功率的控制投切设备。交流耗能装置总体思路为当发生孤岛送端单极闭锁或受端严重故障导致风电功率无法外送时，通过电力电子器件将大功率电阻快速投入交流系统中将电网聚集的能量进行耗散，以避免对换流阀造成损坏。

该项目也是世界上首套大容量交流耗能装置。本文以康保换流站工程交流耗能装置为例进行介绍。耗能装置包括TCR阀组、负荷电阻、取能阻抗等设备组成，主要有毫秒级瞬时和秒级长时交流耗能策略。

其中TCR阀组、取能阻抗为户内安装，负荷电阻采用户外安装，耗能设备均为支撑式安装，层间采用绝缘子刚性连接，这也是耗能装置安装精度控制重点设备。康保站地处我国高寒，多风沙地区，气候条件增加了耗能阀安装质量的管控难度。且柔直换流站设备布局紧凑，作业空间狭小导致设备安装效率低下，新能源及柔直故障多样性、耗能策略不同使调试工作变得异常复杂。本文通过对大容量交流耗能装置的安装调试方法进行研究与探讨，总结出其安装调试经验，希望对以后类似电力设备安装能有所帮助。

1 安装环境控制

TCR阀组是柔性直流输电的核心设备之一，主要是晶闸管元器件，内部设置大量光板卡，其安装和运行对环境要求极高。在TCR阀组安装之前，将耗能室设置人员和设备分离通道，在人员出入口除尘过渡间，除尘过渡间内设置出入登记台、闸机、衣柜、鞋柜、安装环境监测系统等设备，在设备入口设置除尘机等设备，用于阻止外界风沙进入。

图1 除尘过渡间整体布局

在耗能室外侧入口处设置专用拆箱区。设备开箱后需通过外部擦拭、清洁防护塑料薄膜再转移到耗能室内，保证设备的洁净无尘。

在TCR阀组件安装之前，对室内的地面、墙体、屋面底板和钢结构进行清洁，地面应铺设干净、防尘防静电地板革，每日开工前和工作完成后应使用吸尘器、拖布清扫地面，不得使用压缩空气、扫帚等引起灰尘飞扬的工具。

通过空调控制系统调节耗能室温度，保持微正压，设置设备安装环境监测系统和空气颗粒物含量检测装置，可对耗能室安装全过程实时监控记录，同时监测安装环境空气颗粒物含量情况，确保安装环境达标。

图2 安装环境参数监测系统

2 应用Creo软件的三维可视化技术指导设备安装

耗能阀塔零散部件众多，组件编号繁琐，施工环节繁多密集，依靠平面安装图无法直观地理解物料使用部位，因此在进行现场安装技术交流时会产生很多歧义。这个时候预先在Creo软件上进行三维安装模拟，将安装过程以三维图的展示方式展现出来，安装时可以直观地看到各零件的使用部位，避免了错用或者混用零件的情况发生。

图3 TCR阀组件组装示意图

图4 阀塔部分零件模型

图5 TCR阀塔整体图

3 专用吊装和转运工具的运用

由于耗能阀组件和电阻箱吊点布置于设备四周的边框上，如不采用框架式专用工具进行吊装，而采用吊索直接进行设备吊装，将使设备受到吊装索具向设备中心的夹紧力，从而造成设备受力损坏。

专用吊装工具含：一个吊装框架，框架制作需用25号以上槽钢或工字钢二根叠加在一起构成田字型框架，在矩形框架内适当加固，在四个拐角处各焊接3组吊点，根据不同设备尺寸，来选择吊点。上部吊索与下部吊索在起吊时对吊装横梁同时产生数对平衡力，即大小相等、方向相反及均匀作用在横梁上，达到最佳受力承重结构。本现场制作的这套吊装工具，具有结构简单、安全可靠、经济实用、节省材料、制作工作量小、适用范围广和可回收利用，并易于推广等优点。

图6 专用吊具安装TCR组件

阀组件安装单元重量重、尺寸大，如何将耗能阀组件快速地在耗能室内转运，安全、精准、高效地安装于阀塔上。攻关小组针对阀组件自身结构特点，和厂家共同研制专用转运平台，便于将开箱后的阀组件倒运至安装位置附近进行地面组装、吊装等，同时也能够将阀段精准就位于指定安装位置，实现了工厂化精度装配。

图7 专用转运平台倒运组件

4 优化流程提高安装效率

本项目单台耗能电阻器塔由3个电阻箱模块支撑式固定方式采用自下而上依次叠层安装。原作业指导书安装流程为：

①安装定位板及底部支撑绝缘子；

②吊装电阻器安装第一层，固定在底部支撑绝缘子上；

课程内容不再以章节的形式出现，而是设计了四个大项目九个子项目作为载体承载本课程的教学内容，在完成教学目标的基础上兼顾了项目的职业性、趣味性和覆盖性等。[2]

③在第一层箱体上固定层间绝缘子，如果层间绝缘子不平，需在底部增加马蹄形垫片；

④吊装电阻器安装在第二及第三层，固定在层间支撑绝缘子上，吊装方法同步骤②；

⑤电阻器连接管母，金具及管母线安装。

图8 整体安装外形图

通过去电阻箱厂内考察，进行电阻器箱体受力核算，电阻箱体受力满足底部带支撑绝缘子整体吊装。待底部绝缘子安装找平完成后，通过吊车将电阻箱起吊到合适位置，安装人员在地面上依次完成层间绝缘子的组装，之后将电阻箱和层间绝缘子整体进行吊装，按此顺序依次自上而下完成所有电阻器设备安装。此方案优化后减少了吊装次数，降低了作业人员安全风险。

图9 安装流程图优化对比图

5 试验与分系统调试

耗能装置到达现场后，应进行相关试验。试验结果应与产品型式试验和出厂试验结果或其规定值相符。

单体试验是交流耗能装置带电试验前对所有单个设备的现场检查和试验，单个设备包括电阻器、晶闻管阅等、VCE等。验证阀控装置和晶闸管级的触发、监视功能正常。通过短接光纤设置阀控A系统进行测试模式，解锁运行状态；将测试手柄放置在晶闸管级的两端，保持触头与散热器之间良好接触；使用HVTT806晶闸管级单元测试仪进行触发功能测试；完成A系统测试模式下所有晶闸管级触发试验后，还应进行以下试验：A系统为主LE1板工作，每个阀组件抽检2级；B系统为主，对阀组每个组件抽检2级；B系统为主LE2板工作，每个组件抽检2级。HVTT806晶闸管级单元测试仪合格指示灯亮；OWS后台上报事件和晶闸管级测试位置对应，无漏报，错报现象。

①根据变压器容量、限流电阻数量初步核算，每相晶闸管阀参与试验的晶闸管为10级；

②按照图10完成一次试验回路的接线；

图10 低压加压试验接线图

③阀控VCE800为正常运行模式；

④使用示波器监视耗能电阻的电压；

⑤闭合断路器QF；

⑥站控下发耗能支路开关状态有效、解锁命令有效1.5秒；

⑦观察并记录示波器电压波形。

试验用断路器QF、变压器T、串联限流电阻 R1（R2、R3）、示波器如图10布置。试验设备参数如下：

① T：三相变压器，380/2000V，250kVA，短路阻抗4%。

② R1、R2、R3：限流电阻，1000Ω，电流 2A（通流 1.5s）。

系统调试是在AC Chopper带电情况下对其规定性能进行的现场试验。所有现场试验应按照单体试验、子系统试验、系统调试的次序完成。

6 结语

柔性直流输电所具有的优势之一是能够解决大规模的可再生能源的送出与消纳。我国能源资源与负荷逆向分布的现实情况以及未来电力需求的巨大空间急切需要发展柔性直流输电技术。柔性直流输电对换流站的工程技术要求很高，耗能装置是解决新能源功率盈余的核心设备。目前工程施工中针对耗能装置的安装难点已有相应的控制方法，但并不完善。相信随着柔性直流工程的发展，耗能装置设备的安装工法也就更加完善，将为未来柔性直流换流站的耗能装置高质量安装发挥更多的作用。