特高壓變壓器工廠化檢修模式的研究與應用

楊 征，李茹勤，黃健金

(國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450007)

0 引言

在構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的時代大背景下，發(fā)展特高壓UHV (ultra high voltage)電網(wǎng)是關(guān)鍵。截至2018年年底，全國共建成“八交十三直”特高壓工程，核準在建“四交兩直”工程，建成和核準在建特高壓工程線路長度超過3.3萬 km、變電（換流）容量超過3.3億kW。27條特高壓工程縱橫東西南北，一張以特高壓為骨干網(wǎng)架的堅強智能電網(wǎng)已經(jīng)成形。建成后，國家電網(wǎng)公司特高壓變壓器和并聯(lián)電抗器合計超過800臺，若按照每年0.25%的故障率算，有2臺特高壓變壓器（電抗器）故障，將嚴重影響全國特高壓骨干電網(wǎng)的安全運行。

國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司積極學習和借鑒國內(nèi)外先進經(jīng)驗，對特高壓變壓器的檢修方式進行了深入探索和思考，在全面調(diào)研和科學分析的基礎上，整合社會資源，搭建電網(wǎng)企業(yè)與設備制造企業(yè)合作共贏的橋梁，提升公司特高壓設備檢修的專業(yè)化能力，構(gòu)建了特高壓變壓器工廠化檢修模式，形成了一整套特高壓變壓器工廠化檢修的標準化體制，建立了專業(yè)化的檢修基地。目前，基地已完成1臺1 000 kV特高壓主變壓器的現(xiàn)場解體、檢修和裝配以及2臺500 kV電流互感器的解體工作，不僅有助于設備故障分析和設備預檢查等調(diào)查研究性工作，而且顯著提高了設備的檢修效率[1]。

1 檢修新模式研究的必要性

特高壓變壓器體積龐大，自身重量超過450 t，高度達到6 m，運輸前需要加充干燥氮氣，對沿途橋梁、道路進行加固，障礙物拆除等。走船運時，還須恰逢河流的豐水期，運輸圖如圖1所示。特高壓變壓器本身結(jié)構(gòu)復雜，若在現(xiàn)場解體檢修，受到基礎承重、環(huán)境溫度、濕度、潔凈度、起吊設備及技術(shù)條件等諸多因素制約，檢修環(huán)境實現(xiàn)困難[2]。

圖1特高壓變壓器運輸圖

據(jù)基建階段經(jīng)驗，若返廠檢修，沿途橋梁改造和加固費用約8 000萬元，數(shù)額巨大。

由于返廠檢修的運輸環(huán)境復雜，協(xié)調(diào)沿途復雜的地方關(guān)系難度大，這些都大大增加了檢修工期的不確定性，導致在運設備將長期處于無備品備用狀態(tài)，給特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來隱患。因此，迫切需要探究新的檢修模式[3-4]。

2 科學分析確定檢修方案

本次以特高壓南陽站主變壓器檢修為契機，研究和構(gòu)建特高壓變壓器工廠化檢修模式。項目實施前針對方案評審、廠家遴選、建設方式、檢修標準等開展了全方位前期調(diào)研，將變壓器故障相修復和構(gòu)建特高壓變壓器工廠化檢修模式兩項工作合并，共同推進。邀請國內(nèi)科研院校、主流設備廠家和行業(yè)權(quán)威專家參與評審，進行科學嚴謹?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟分析，編制項目技術(shù)規(guī)范書，完善并規(guī)范化檢修流程和出廠驗收標準等；同時，兼顧其他廠家設備特點和輸變電通用設計原則，構(gòu)建國內(nèi)一流的專業(yè)化檢修基地。

為加快故障主變壓器修復，國家電網(wǎng)公司運檢部同國網(wǎng)公司交流部、國網(wǎng)河南電力公司、國網(wǎng)中國電科院、國網(wǎng)經(jīng)研院、沈變和特邀專家對修復方案進行了研究，提出3個備選方案。

方案一：整體返廠。費用約8 000萬元，費用高，并需協(xié)調(diào)復雜的地方關(guān)系，通行手續(xù)難以辦理，時間不可控。

方案二：租用場地搭建臨時廠房。租地4.7畝，費用約942萬元，工期需135 d，廠房使用后拆除，土地復原。

方案三：建設永久性檢修廠房。征地4.7畝，費用約2 070萬元，工期與臨時廠房方案基本相同。

方案三永久廠房方案雖然一次性投資較大，但該方案實施后可成為工廠化檢修基地，為南陽站及周邊區(qū)域的大型設備檢修提供場地，并滿足南陽站Ⅲ期擴建解體變壓器現(xiàn)場安裝的需求，在反復論證和科學分析基礎上，最終確定永久檢修廠房方案，工期約237 d。

3 工廠化檢修基地的構(gòu)建

特高壓變壓器工廠化檢修模式的構(gòu)建和實施過程主要劃分為檢修基地建設、設備推移、檢修作業(yè)、試驗驗收和模式固化共計5個階段。

3.1 檢修基地主體設計科學化

1 000 kV特高壓南陽站主變壓器維修廠房項目位于河南省南陽市方城縣趙河鎮(zhèn)。

1 000 kV特高壓南陽站北側(cè)圍墻外，新征土地4.7畝。新建主變壓器維修廠房1棟，地上1層，建筑高度20.55 m，總建筑面積585.7 m2，建筑總體積1 1420 m3。

維修廠房采用鋼框架—中心支撐結(jié)構(gòu)，維修廠房基礎采用鋼筋混凝土筏板基礎。廠房內(nèi)主要布置主變壓器檢修區(qū)、配件存放區(qū)等，外墻及屋面采用100 mm厚復合壓型鋼板，地面采用環(huán)氧砂漿自流平地面。廠房抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05 g。在整體布局方面，優(yōu)化設計方案將廠房內(nèi)部通道與室外道路相連，實現(xiàn)環(huán)形生產(chǎn)通道設計。在內(nèi)部布局方面，按照檢修工藝流程推送方式設計檢修工位布局，實現(xiàn)一次設備流水線式生產(chǎn)模式，突出了檢修基地主體設計專業(yè)化。

3.2 檢修基地裝備配置專業(yè)化

檢修基地按照行業(yè)一流、適度超前的原則配置特高壓變壓器工廠化檢修裝備。重點打造了廠房內(nèi)起重吊裝、器身裝配、移動式煤油汽相干燥、真空注油、器身壓服和輔助加熱等8大系統(tǒng)，如圖2所示。其中，起重吊裝系統(tǒng)由1 000 t龍門吊、100 t橋式起重機和軌道推進器等設備構(gòu)成，用于對器身、箱蓋、線圈、鐵芯等部件的起吊，解決了特高壓變壓器在現(xiàn)場吊芯存在較大困難的問題。8大系統(tǒng)共同打造了國內(nèi)領(lǐng)先的檢修基地硬件設施，滿足1 000 kV及以下電壓等級國內(nèi)各主要廠家變壓器現(xiàn)場解體檢修要求。

圖2 檢修基地設備配置

3.3 設備推移精準化

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》（變電部分）規(guī)定及相關(guān)要求：1 000 kV設備帶電運輸安全距離8.25 m。

主變壓器推移階段，變壓器最高點以及外廓距運行設備最近點在變壓器油枕處，整個推移距離450 m，如圖3所示。運輸路徑中變壓器與帶電體的安全距離測量和計算如下。

變壓器推移車組運行時沿道路中心行駛，道路寬度5.50 m。圖3中右側(cè)主變壓器避雷器均壓環(huán)底部距離變壓器油枕最高點的垂直距離為5.42 m，避雷器均壓環(huán)外沿與變壓器油枕右側(cè)水平距離6.85 m，最后得出安全距離為8.68 m。

同理，左側(cè)電容式電壓互感器CVT（capacitance type voltage transformer）距離變壓器油枕最高點的垂直距離5.92 m，CVT底部外沿距離油枕左側(cè)水平距離7.43 m，計算可得安全距離為9.50 m。

分析可知變壓器運輸車組外廓最寬、最高位置與帶電體的安全距離滿足要求。

圖3 主變壓器推移示意圖（m）

3.4 檢修作業(yè)和試驗驗收標準化

通過與廠家的密切合作與技術(shù)交流，明確主變壓器檢修的標準化流程，嚴格執(zhí)行現(xiàn)場檢修標準化作業(yè)，細化工作步驟，量化關(guān)鍵工藝，編制標準作業(yè)卡和檢修驗收作業(yè)指導書，確保主變壓器的檢修質(zhì)量。

主變壓器器身檢修主要包換以下27項檢修流程，如圖4所示。在檢修過程中，創(chuàng)新提出的特高壓變壓器工廠化檢修工藝中熱油循環(huán)內(nèi)外同步加熱的理念，“材料學+力學+數(shù)據(jù)對比法”運維策略的實踐運用，以及氣象干燥技術(shù)在特高壓變壓器現(xiàn)場修復中首次應用指導原則等，顛覆了原有工藝，極大地縮短了變壓器現(xiàn)場檢修工期。

圖4 主變壓器檢修流程

檢修完成后需要進行相關(guān)特高壓變壓器出廠例行試驗23項，主要包含變壓器主體器身狀態(tài)下的試驗和變壓器主體成品狀態(tài)下的試驗。南陽站主變壓器解體檢修，如圖5所示，重新裝配后，各項試驗驗收項目全部合格。

圖5主變壓器拆解圖

3.5 工廠化檢修模式化

本次檢修作業(yè)完成后，檢修主變壓器裝配的8大系統(tǒng)和科學搭建的檢修廠房共同構(gòu)成了國內(nèi)領(lǐng)先的檢修基地，形成了特高壓變壓器工廠化檢修標準工藝流程，如圖6所示。

圖6 工廠化檢修標準工藝流程結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)一次檢修設備的不同，整個檢修廠房按照用途固化為3個功能區(qū)：設備檢修區(qū)、高壓實驗區(qū)和輔助設備區(qū)。3個區(qū)域功能劃分明確，設備檢修區(qū)承擔變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器等一次設備的專業(yè)化檢修工作，高壓試驗區(qū)承擔各種高壓電氣試驗，輔助設備區(qū)則放置各種檢修和試驗輔助儀器及備品備件等。

4 創(chuàng)新管理促進精益化水平提升

本次工廠化檢修模式的構(gòu)建過程中，引入精益管理理念，提高檢修精益化管理水平。

在現(xiàn)場管理精益化的基礎之上，提出預控措施精益化、安全監(jiān)督精益化、進度管控精益化和指標管理精益化相結(jié)合的“五位一體”的精益化管理體系，促進精益化管理水平的顯著提升[5-7]。

在創(chuàng)新提出的安全監(jiān)督精益化管理中，采用多方法、多手段和多素材相結(jié)合，應用目視化管理和射頻識別技術(shù)RFID（radio frequency identification）、實時監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)格化管控，由專人閉環(huán)負責到底。對設備檢修進行全過程記錄檢修廠房與試驗系統(tǒng)和油氣相干燥系統(tǒng)等輔助生產(chǎn)設備接口，做到試驗數(shù)據(jù)實時同步、共享，將工作痕跡留下來，通過痕跡來記錄安全工作的過程、方法和成效，達到安全監(jiān)督精益化[8-9]。進一步細化和量化安全責任到位標準，形成了責任明確、界面清晰、協(xié)調(diào)有力的現(xiàn)場安全監(jiān)督保障體系，并邀請第三方全過程監(jiān)督。安全監(jiān)督精益化管理體系如圖7所示。

為規(guī)范特高壓變壓器工廠化檢修技術(shù)管理，國網(wǎng)河南檢修公司編制了《國網(wǎng)河南檢修公司特高壓變壓器工廠化檢修技術(shù)規(guī)程》，包含廠房管理規(guī)范、檢修標準規(guī)范、試驗標準規(guī)范和現(xiàn)場作業(yè)指導書等十多項技術(shù)文件，明確了標準作業(yè)流程和作業(yè)標準[10-11]；同時，為了確保檢修效率和人員安全，建立安全保障體系，編制了《國網(wǎng)河南檢修公司特高壓變壓器工廠化檢修管理規(guī)范》，提高精益化管理水平。

圖7 安全監(jiān)督精益化管理體系統(tǒng)圖

為了推廣特高壓變壓器工廠化檢修體系，2018年，國網(wǎng)河南檢修公司聯(lián)合國內(nèi)變壓器廠家編寫了《特高壓變壓器工廠化檢修模式實施導則》，率先形成了特高壓變壓器工廠化檢修體系典型模塊兩級標準體系，保證特高壓變壓器工廠化檢修體系的順利推廣。

5 特高壓變壓器工廠化檢修項目實施效果

5.1 技術(shù)效益

項目的成功實施，填補了特高壓變壓器工廠化檢修技術(shù)國內(nèi)空白，創(chuàng)新提出了熱油循環(huán)內(nèi)外同步加熱理念，氣象干燥技術(shù)在特高壓變壓器現(xiàn)場修復中首次應用。工廠化檢修基地的成功構(gòu)建不僅為特高壓設備故障分析、修復及定檢預試等提供場地、技術(shù)、人員和設備的支持，而且有助于設備故障分析和設備預檢等調(diào)查研究性工作。

5.2 經(jīng)濟效益

根據(jù)科學分析對比，現(xiàn)有檢修模式與傳統(tǒng)返廠檢修模式相比較節(jié)約1 100萬元。長期來看，項目成功實施后，拓寬客戶渠道，可以為周邊1 000 kV及以下設備提供檢修場地和技術(shù)支持，每年大約可為公司實現(xiàn)經(jīng)濟效益約500萬元，降低閑置成本。

6 結(jié)論與展望

工廠化檢修模式的成功實施，突破了傳統(tǒng)的檢修瓶頸，打造了一個廠家資源集約化、檢修業(yè)務集約化、人力資源集約化以及多重功能集約化的多維度集約化平臺。成為國內(nèi)首家成功開展交流1 000 kV電壓等級特高壓變壓器現(xiàn)場檢修的工廠化檢修基地。為國內(nèi)外大型電氣設備檢修提供了新方法、新思路、新模式，具備極高的社會效益和推廣應用價值。未來將探索實現(xiàn)該套工廠化檢修裝備可拆卸、可靈活移動、可便捷運輸、可模塊組裝等功能，打造工廠化檢修的移動式設備檢修平臺。