換流站柔直閥廳大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝創(chuàng)新研究

1、 換流站柔直閥廳大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝創(chuàng)新研究 【摘 要】特高壓柔直輸電工程的換流站閥廳網(wǎng)架跨度遠(yuǎn)超同類型其他工程，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝難度高且無經(jīng)驗(yàn)借鑒，本文以昆柳龍直流輸電工程龍門換流站為例，分析其柔直閥廳大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安裝方案，并進(jìn)行創(chuàng)新和可行性研究。研究表明：閥廳網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拼裝后，利用閥廳鋼結(jié)構(gòu)永久豎向管桁架柱作為支撐結(jié)構(gòu)，采用穿心式千斤頂作整體提升進(jìn)行安裝的方案可行有效，可供類似工程參考?！娟P(guān)鍵詞】換流站；柔直閥廳；大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝【中圖分類號(hào)】tu758.11 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】b1. 引言柔性直流輸電技術(shù)近年來在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，是構(gòu)建靈活、堅(jiān)強(qiáng)、高效電網(wǎng)的有效途徑,代表著直流輸電的未來發(fā)展方向1

2、-2。800kv昆柳龍直流輸電工程作為世界上電壓等級(jí)最高的特高壓柔性直流工程3，柔直閥廳網(wǎng)架跨度遠(yuǎn)超以往工程。在沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，本文依托昆柳龍工程廣東地區(qū)受端龍門換流站工程，對(duì)其柔直閥廳大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝方案進(jìn)行研究，為后續(xù)類似工程提供參考。1. 工程概況昆柳龍直流輸電工程采取800kv特高壓三端直流，是我國(guó)首個(gè)三端特高壓直流輸電示范工程，也是南方電網(wǎng)首個(gè)“雙八百”直流輸電工程。龍門換流站四廳兩樓采用“一”字形布置4，自東向西依次為主控樓、極2高端閥廳、極2低端閥廳、極1低端閥廳、極1高端閥廳、輔控樓；北邊依次為橋臂電抗場(chǎng)地、直流場(chǎng)；南邊依次為柔直換流變區(qū)、搬運(yùn)廣場(chǎng)。閥廳為大跨度單層

3、建筑物，其中高端閥廳平面軸線尺寸為89.5m(寬)89.0m(長(zhǎng))，凈空高度35.5m；低端閥廳平面軸線尺寸為80.5m(寬) 68.5m(長(zhǎng))，凈空高度22.8m；主桁架柱采用立體管桁架結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)柱桁架采用平面管桁架結(jié)構(gòu)；屋蓋采用三層正放四角錐網(wǎng)架，網(wǎng)架桿件之間的連接絕大部分采用螺栓球節(jié)點(diǎn)，個(gè)別受力較大部位采用焊接空心球節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)架下弦設(shè)置轉(zhuǎn)換梁、設(shè)備吊梁和吊車梁； 低端閥廳網(wǎng)架結(jié)構(gòu)最大跨度為68.5m，自身高度7.1m，安裝高度約為22.8m；高端閥廳網(wǎng)架結(jié)構(gòu)最大跨度為89.5m，自身高度8.471m，安裝高度約為35.5m。低端閥廳極1網(wǎng)架和附屬結(jié)構(gòu)（檁條、下吊掛、吊車梁）重量為473t，

4、低端閥廳極2網(wǎng)架重量為506t，高端閥廳極1網(wǎng)架重量為725t，高端閥廳極2網(wǎng)架重量為733t，提升總重量為2437t。圖1 低端閥廳結(jié)構(gòu)剖面圖 圖2 高端閥廳結(jié)構(gòu)剖面圖1. 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝的難度分析在龍門換流站的實(shí)際施工中，主要存在著以下難點(diǎn)影響網(wǎng)架的安裝：首先是網(wǎng)架為三層正放四角錐網(wǎng)架，自身高度大、跨度大、重量大、安裝高度大，并且下弦桿安裝有設(shè)備吊梁，安裝施工難度較大，高空安全風(fēng)險(xiǎn)高；其次是工期緊，低端閥廳網(wǎng)架安裝工期要求50天，高端閥廳網(wǎng)架安裝工期要求60天；閥廳周邊布置有主輔控樓、閥冷設(shè)備間、閥冷水池，需與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)平行施工，因此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拼裝只能在有限空間范圍內(nèi)作業(yè)；閥廳鋼柱之間設(shè)置

5、有聯(lián)系桁架及柱間支撐，在閥廳鋼柱吊裝完成后形成相對(duì)有限空間，大型起重設(shè)備進(jìn)出閥廳存在較大困難；最后還有網(wǎng)架安裝的質(zhì)量要求，即整體網(wǎng)架安裝后縱橫向長(zhǎng)度不大于l/2000，且不大于30mm，撓度值。1. 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝的方案研究1. 方案提出根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，綜合考慮作業(yè)內(nèi)容和過往屋蓋安裝方式，龍門換流站閥廳網(wǎng)架安裝有高空散拼、整體提升、整體頂升、空中滑移四種備選方案，分析如下：高空散拼需要搭設(shè)滿堂腳手架，滿堂拆除后再安裝吊梁。過程中高空胎架用量大、搭設(shè)困難，工期長(zhǎng)，費(fèi)用高，施工方法技術(shù)含量低，無法安排穿插施工；下吊梁及屋面檁條需要后裝；高空作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高。整體頂升需要再設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)置9

6、個(gè)頂升點(diǎn)。結(jié)構(gòu)體系提升工況與設(shè)計(jì)工況差異較大；中心區(qū)補(bǔ)件難度大；高端頂升高度大，不適合?？罩谢菩枰O(shè)置兩條滑道。但滑移措施設(shè)計(jì)和施工控制難度加大；對(duì)技術(shù)和設(shè)備要求很高；下吊梁及屋面檁條需要后裝；綜合費(fèi)用較大。相比之下，整體提升充分利用場(chǎng)地條件和原有豎向結(jié)構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu)，不需要另外施作支撐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，且下吊梁及屋面檁條可以一起提升到位，工期可控，更為合理。四種備選方案的經(jīng)濟(jì)性分析如下：表1 方案工期、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析表（以極2低端為例）提案人、材、機(jī)工期經(jīng)濟(jì)性（不含拼裝費(fèi)用）主要材料人員主要機(jī)械、工器具高空散拼滿堂架：約11萬m380人吊車2臺(tái)80d45萬元整體提升提升平臺(tái)12個(gè)；提升吊點(diǎn)12個(gè)；

7、鋼絞線1100米25人吊車2臺(tái)穿心千斤頂12個(gè)；泵站2個(gè)；50d55萬元整體頂升1米*1米桅桿9個(gè)；鋼絲繩1000米25人2臺(tái)吊車；電動(dòng)葫蘆36個(gè)60d60萬元空中滑移滿堂架2.5萬立方米；滑道15米50人2臺(tái)吊車；2只牽引葫蘆60d50萬元綜合對(duì)比分析，將拼裝完成的網(wǎng)架整體提升的方案更具可操作行，更符合安全、工期和經(jīng)濟(jì)性的要求。2. 具體方案閥廳網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝的整體提升方案為：利用永久豎向管桁架柱作為支撐結(jié)構(gòu)，在豎向支撐結(jié)構(gòu)上增設(shè)提升鋼平臺(tái)安裝提升設(shè)備，同時(shí)在提升網(wǎng)架下增設(shè)吊點(diǎn)和吊具，采用穿心式千斤頂作整體提升，提升范圍為除四周一個(gè)球間以外的全部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，包括屋面檁條以及設(shè)備吊梁，其中極二低端

8、提升重量共計(jì)506噸。在提升單元達(dá)到設(shè)計(jì)位置后，先將四周一個(gè)球間桿件在地面拼裝成小拼單元后采用吊車起吊補(bǔ)裝。具體提升安裝方案分為五步：1. 建模分析，與設(shè)計(jì)單位反復(fù)迭代優(yōu)化并邀請(qǐng)專家評(píng)審，布置提升點(diǎn)。按最大提升重量設(shè)計(jì)雙極低端、高端分別具有互換性即不改造或稍作改造即可互換的提升平臺(tái)。要求安全可靠，桿件最大應(yīng)力比0.7。按最大提升重量設(shè)計(jì)雙極低端、高端分別具有互換性即不改造或稍作改造即可互換的提升吊點(diǎn)。要求安全可靠，桿件最大應(yīng)力比0.7。提升過程中實(shí)行提升單元豎向位移與提升反力“雙重”控制；分四次分別提升200mm高靜置、提升2000mm裝下吊梁、提升10000mm觀測(cè)、提升至設(shè)計(jì)位置。提升過程

9、中設(shè)置變形計(jì)對(duì)鋼絞線進(jìn)行監(jiān)測(cè)并通過同步系統(tǒng)傳感器采集反力數(shù)值，實(shí)時(shí)調(diào)整油壓，確保壓力接近設(shè)計(jì)值。要求同步提升偏差20mm。 按照fg19軸的順序，分批分級(jí)進(jìn)行補(bǔ)件卸載，降低不同步效應(yīng)。卸載過程中實(shí)施兩批補(bǔ)桿，三級(jí)卸載，即桿件全部補(bǔ)完后按30%、30%、40%的比例卸載提升反力。圖3 網(wǎng)架提升方案示意圖3. 方案實(shí)施1. 提升點(diǎn)布置 初步方案布置9個(gè)提升點(diǎn)，報(bào)烏東德直流項(xiàng)目部廣州分部后，由烏東德直流項(xiàng)目部組織研討會(huì)，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析，決定增設(shè)3個(gè)吊點(diǎn)，共計(jì)12個(gè)吊點(diǎn)，分別位于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的如圖4所示位置。圖4最終低端閥廳吊點(diǎn)布置圖2. 提升平臺(tái)研制提升平臺(tái)要求雙極低端、高端分別具有互換性，不改造或

10、稍作改造互換；安全可靠，桿件最大應(yīng)力比0.7；按最大提升重量設(shè)計(jì)。在格構(gòu)柱和聯(lián)系桁架頂部設(shè)置提升平臺(tái)，由提升梁b30025012，前立柱p19412，后立柱、聯(lián)系桿p1405，插板t=12mm組成，材質(zhì)均為q345b。各桿件之間均采用焊接連接，焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)二級(jí)，加勁板、托梁與提升梁之間均采用雙面角焊縫連接，焊腳尺寸10mm，共設(shè)計(jì)三種型式平臺(tái)。而后采用空間有限元程序ansys對(duì)提升平臺(tái)提升工況進(jìn)行仿真模擬分析，得到以下結(jié)論：提升平臺(tái)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力比為0.81，最大剪應(yīng)力比為0.70，桿件應(yīng)力比均小于1，滿足要求。3. 提升點(diǎn)研制提升下吊點(diǎn)由臨時(shí)加固桿和臨時(shí)管組成。設(shè)計(jì)要求同樣要滿

11、足雙極低端、高端分別具有互換性，不改造或稍作改造互換，且安全可靠，桿件最大應(yīng)力比0.7。臨時(shí)加固桿一端焊接在屋蓋結(jié)構(gòu)焊接球和插板上，另一端焊接在臨時(shí)管上，插板厚度t=10mm。下吊點(diǎn)加固桿與臨時(shí)管和原結(jié)構(gòu)、插板之間均采用焊接連接，焊縫均采用熔透焊縫，焊縫等級(jí)二級(jí)。極2低端閥廳共設(shè)計(jì)了四種型式的下吊點(diǎn)。利用空間有限元程序ansys對(duì)提升點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析（取最大提升反力655kn），得到以下結(jié)論：提升時(shí)，桿件最大應(yīng)力為172mpa（應(yīng)力集中），其中大部分應(yīng)力均在153mpa以下，小于規(guī)范要求的300mpa，滿足要求。4. 提升反力及同步性控制提升過程中需要對(duì)提升單元豎向位移與提升反力進(jìn)行“雙重”控制

12、，并實(shí)施分步提升，即提升200mm高靜置提升2000mm裝下吊梁提升10000mm觀測(cè)提升至設(shè)計(jì)位置，且要求同步提升偏差20mm。提升過程中，設(shè)置變形計(jì)對(duì)鋼絞線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過同步系統(tǒng)傳感器采集反力數(shù)值，實(shí)時(shí)調(diào)整油壓，確保壓力接近設(shè)計(jì)值。具體措施如下：1. 提升設(shè)備選用選用穿心式液壓千斤頂，提升能力強(qiáng)，穩(wěn)定、可靠，低加速度，裝拆方便。具體設(shè)備參數(shù)如下：表2提升設(shè)備參數(shù)表型號(hào)ys-sj-180型ys-sj-75型額定提升力180t75t額定油壓25mpa25mpa試驗(yàn)油壓31.5mpa31.5mpa主油缸行程500 mm500 mm鋼 絞 線17.8 mm12根17.8 mm5根整機(jī)質(zhì)量1200

13、kg450kg高度h2050mm1850mm直徑d1450mm310mm2. 同步控制提升設(shè)備匹配：根據(jù)總提升反力配備提升設(shè)備，保證各個(gè)提升吊點(diǎn)的液壓提升設(shè)備配置系數(shù)基本一致，以保證提升（下降）結(jié)構(gòu)的空中穩(wěn)定，即要求各個(gè)吊點(diǎn)在上升或下降過程中能夠保持一定的同步性（20mm）。表3 吊點(diǎn)與提升設(shè)備匹配表吊點(diǎn)編號(hào)反力標(biāo)準(zhǔn)值（kn）提升器型號(hào)提升器數(shù)量（臺(tái)）鋼絞線數(shù)量（根）鋼絞線安全系數(shù)d101580ys-sj-180163.72d102344ys-sj-75144.19d103552ys-sj-180163.91d104301ys-sj-75133.59d105475ys-sj-75143.03d

14、106175ys-sj-75124.11d107451ys-sj-75153.99d108391ys-sj-75143.68d109471ys-sj-75153.82d110197ys-sj-75123.65d111473ys-sj-75143.04d112318ys-sj-75133.40合計(jì)47281248提升分四步進(jìn)行：提升200mm高靜置、提升2000mm裝下吊梁、提升10000mm觀測(cè)、提升至設(shè)計(jì)位置。每次提升后對(duì)豎向位移進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行調(diào)平處理。同步反力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下：表4 龍門換流站低端閥廳極2離地加載對(duì)比表方案吊點(diǎn)編號(hào)反力標(biāo)準(zhǔn)值（kn）離地壓力（mpa）換算反力（kn）提升器型

15、號(hào)提升器數(shù)量（臺(tái)）鋼絞線根數(shù)鋼絞線安全系數(shù)（方案）鋼絞線安全系數(shù)（實(shí)際）d2016556446ys-sj-180163.304.84d20239713384ys-sj-75143.633.75d2036327475ys-sj-180163.424.55d2042927204ys-sj-75133.705.29d20542312363ys-sj-75143.403.97d2061895159ys-sj-75124.814.53d20752114408ys-sj-75153.454.41d20846013399ys-sj-75143.133.61d20953612366ys-sj-75153.36

16、4.92d2102206192ys-sj-75123.273.75d21142313396ys-sj-75143.403.64d2123138240ys-sj-75133.454.50合計(jì)5061403312485. 補(bǔ)件卸載控制網(wǎng)架提升到位后，鋼結(jié)構(gòu)分批分級(jí)卸載流程如下：割除吊點(diǎn)下弦預(yù)裝段，預(yù)裝段切割線到插板保持2cm距離，以防損傷插板和臨時(shí)加固桿，再將插板表面打磨光滑，補(bǔ)裝后裝桿件，通過提升器和倒鏈調(diào)節(jié)26個(gè)支座球，保證支座球球心在同一標(biāo)高。而后依次卸載北側(cè)、南側(cè)、西側(cè)、東側(cè)吊點(diǎn)30%的提升反力，并重復(fù)此步驟再依次卸載吊點(diǎn)30%、40%的提升反力完成卸載。圖5 后裝桿件示意圖 圖6 下弦預(yù)

17、裝段示意圖4. 工程施工效果1. 工期目標(biāo)低端閥廳極2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝的工期：拼裝時(shí)間：8月28日9月20日第一次試提升裝下吊梁：9月219月9月24日第二次試提升并靜置：9月25日9月26日正式提升：9月27日9月27日補(bǔ)件及卸載：9月28日10月14日總工期：46天；短于目標(biāo)值50天。2. 質(zhì)量目標(biāo)整體網(wǎng)架安裝后縱橫向長(zhǎng)度偏差（要求不大于l/2000，且不大于30mm）：南北向5軸線偏差+20mm，東西向cd中間軸線偏差+25mm，均不大于30mm；南北向撓度值為108mm，東西向撓度值為92mm，均小于撓度值。圖7 低端閥廳極2網(wǎng)架安裝后5軸軸線擾度示意圖圖8 低端閥廳極2網(wǎng)架安裝后cd中間

18、軸線擾度示意圖表5 極2低端應(yīng)力監(jiān)測(cè)記錄表1表6 極2低端應(yīng)力監(jiān)測(cè)記錄表2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)網(wǎng)架提升前網(wǎng)架初提約20cm時(shí)網(wǎng)架提升約1m負(fù)載后鋼絞線拉力（kn）鋼絞線拉力（kn）鋼絞線拉力（kn）提升反力監(jiān)測(cè)6550.7/1124230.06/1134600.78/1242200.12/1083. 技術(shù)效益利用永久結(jié)構(gòu)作為整體提升支撐結(jié)構(gòu)，不需要另行施作基礎(chǔ)及支撐結(jié)構(gòu)，拼裝及提升占用閥廳場(chǎng)地時(shí)間短，為其他工序爭(zhēng)取了時(shí)間，為以后柔直閥廳同類型屋蓋結(jié)構(gòu)安裝提供了寶貴實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。4. 品牌效益通過龍門換流站柔直閥廳網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝工作的順利完成，施工單位和承包商的相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)都獲得了極大的提升，得到業(yè)主和監(jiān)理單位的好評(píng)，同時(shí)由施工單位編制完成的網(wǎng)架整體提升作業(yè)指導(dǎo)手冊(cè)，可供更廣泛的技術(shù)人員掌握有關(guān)技術(shù)及質(zhì)量控制要領(lǐng)，增強(qiáng)了其公司品牌競(jìng)爭(zhēng)力，為公司開拓更廣泛