換流閥自動(dòng)化檢測技術(shù)在實(shí)際中的應用

“換流閥是直流輸電工程的核心設備，換流閥產(chǎn)品價(jià)值約占換流站成套設備總價(jià)的22～25%，造價(jià)昂貴，并且它具有精密、脆弱、環(huán)境要求苛刻等特性，所以換流閥產(chǎn)品的設計、制造，乃至裝配檢測等環(huán)節，對人員和設備都有極高的要求。”

國家電網(wǎng)生產(chǎn)基地擁有世界領(lǐng)先的換流閥研發(fā)實(shí)力、試驗手段和生產(chǎn)能力，是世界最大的直流輸電裝備生產(chǎn)基地，并且配套國際一流的特高壓/高壓直流換流閥實(shí)驗室。在如此高端裝備集中的企業(yè)里，精密的換流閥產(chǎn)品卻是通過(guò)傳統的方式進(jìn)行人力搬運、裝配、檢測等工序，影響換流閥產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及質(zhì)量，換流閥的檢測是檢驗換流閥質(zhì)量、確保合格產(chǎn)品投入運營(yíng)的關(guān)鍵環(huán)節。

換流閥檢測生產(chǎn)線(xiàn)可行性調研

從提出以來(lái)，各大央企紛紛投入到自動(dòng)化改造的大潮中去，改變換流閥產(chǎn)品落后生產(chǎn)局面的議題，被提交至國家科技部，成為一項新的課題。將換流閥產(chǎn)品工程化應用是首要任務(wù)，向全社會(huì )廣泛收集建設意見(jiàn)，經(jīng)過(guò)申報-立項-招投標等環(huán)節，最終由北鋼聯(lián)承擔國家特高壓實(shí)驗基地換流閥產(chǎn)品試驗生產(chǎn)線(xiàn)的研制任務(wù)。

圖1 換流閥試驗車(chē)間3D模擬圖

攻克換流閥自動(dòng)化檢測技術(shù)難關(guān)

換流閥產(chǎn)品自動(dòng)化檢測是一個(gè)世界級的難題，批量化檢測的核心技術(shù)被ABB、西門(mén)子、阿爾斯通三家跨國公司壟斷長(cháng)達40年時(shí)間，現有檢測工藝為人工推送換流閥產(chǎn)品至各試驗工位，換流閥產(chǎn)品重量約1～2噸，人工推送時(shí)需數名工人在產(chǎn)品底部安裝4只特制腳輪支腿，人工將產(chǎn)品推至試驗工位進(jìn)行相應檢測。在此之前，任何自動(dòng)化檢測換流閥產(chǎn)品的研究尚處于理論階段。

絕緣配合、抗震分析、耐壓設計等一系列的難題如山般擺在眼前。為此，北鋼聯(lián)成立項目組，分為兩路人馬進(jìn)行走訪(fǎng)調研，一路主要以國內生產(chǎn)企業(yè)及院所為主，和中科院電力科學(xué)研究所專(zhuān)家會(huì )談，廣泛交流;另一路以國外現有生產(chǎn)線(xiàn)調研學(xué)習為主，走訪(fǎng)ABB、西門(mén)子等國外廠(chǎng)家。國內專(zhuān)家團隊深入用戶(hù)單位，了解人工生產(chǎn)工藝，傾聽(tīng)一線(xiàn)員工意見(jiàn)，努力制定自動(dòng)化方案;但國外團隊期望向同行學(xué)習交流的意圖直接遭到了對方拒絕，甚至連生產(chǎn)線(xiàn)車(chē)間、實(shí)驗室都不讓看一眼，對中國人極其保密。由于北鋼聯(lián)是中德智能制造聯(lián)盟理事單位，專(zhuān)家團隊借此打開(kāi)了突破口。

換流閥檢測技術(shù)成功應用

經(jīng)過(guò)兩方團隊匯總，發(fā)現國外的換流閥生產(chǎn)線(xiàn)存在很多制約，還有不符合中國國情的地方，并非最優(yōu)方案，經(jīng)過(guò)55份調研報告，40余次答疑，677張圖紙的繪制，最終確定了實(shí)施方案：

1、空中行走，打破常規思路

由于換流閥產(chǎn)品試驗的特殊性，測試過(guò)程須與地面保持一定的絕緣高度，因此打破常規的地面運行流轉方式，采用空中行走方式。由立柱支撐鋼結構搭建空中行走軌道，擺渡小車(chē)在軌道下方運行，小車(chē)設置吊裝機構將產(chǎn)品吊離地面一定高度，既滿(mǎn)足換流閥試驗條件，同時(shí)節省了地面空間。

2、集散式控制，穩定可靠

基于無(wú)線(xiàn)控制方式的DCS控制，與傳統有線(xiàn)控制相比，不需要在各機構之間連接錯綜復雜的電纜，避免有線(xiàn)傳輸過(guò)程中，線(xiàn)路間信號互相干擾，控制更穩定可靠;無(wú)線(xiàn)控制也使設備運行空間不受限，靈活度高。集散式控制特點(diǎn)，每臺小車(chē)自有獨立，單臺小車(chē)故障不會(huì )影響整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，確?？刂聘€定。

圖2 集散式dcs控制

3、滑觸線(xiàn)+UPS，提供持久穩定動(dòng)力

由于擺渡小車(chē)在運行過(guò)程中，需要持續供電，研發(fā)團隊對多種供電方案進(jìn)行對比研究，最終選用“滑觸線(xiàn)+UPS”雙供電;同時(shí)進(jìn)行實(shí)地考察，確保最優(yōu)質(zhì)的滑觸線(xiàn)應用于生產(chǎn)線(xiàn)。

圖3 滑觸線(xiàn)提供穩定動(dòng)力

4、三重保護，確保運行零“事故”

為防止試驗過(guò)程中運行中的小車(chē)誤入試驗工位，影響產(chǎn)品測試數據，生產(chǎn)線(xiàn)設三重保護系統，有效確保小車(chē)運行零“事故”。

5、靈活設計，適應不同測試內容

吊具設計采用電動(dòng)缸調節絕緣桿高度，可適應不同規格產(chǎn)品的測試高度;四點(diǎn)折疊式收放桿在保證吊裝行走平穩的同時(shí)，避免了豎直收放桿與設備的干涉問(wèn)題，適用于大工件的靈活轉運。

圖4 吊具可兼容各類(lèi)產(chǎn)品

6、有效隔離，提高測試過(guò)程安全系數

原有換流閥例行試驗車(chē)間未對測試區與非測試區進(jìn)行有效區分隔離，存在人員誤闖測試區造成人身傷害的隱患。針對目前存在的安全隱患，在測試區與非測試區之間設置柵欄門(mén)及安全光幕，防止人員誤闖。

圖5 人機友好型布局設計

從項目啟動(dòng)至成功交付，僅用112天，并且徹底改變了傳統人工的生產(chǎn)方式，將效率提高了150%，人工成本降低了35%。換流閥試驗生產(chǎn)線(xiàn)獲得了國內外專(zhuān)家的高度評價(jià)，換流閥自動(dòng)化檢測技術(shù)也越來(lái)越多地在實(shí)際工程中應用。項目成果進(jìn)一步鞏固了我國在國際直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)地位，為超大輸送容量直流工程的實(shí)施和推廣奠定了技術(shù)基礎，將促進(jìn)我國電力能源精益化管理和智能電網(wǎng)發(fā)展，對構建全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供了有力的技術(shù)支持。