“換流閥是直流輸電工程的核心設(shè)備，換流閥產(chǎn)品價(jià)值約占換流站成套設(shè)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(shè)計(jì)、制造，乃至裝配檢測等環(huán)節(jié)，對人員和設(shè)備都有極高的要求。”

國家電網(wǎng)生產(chǎn)基地?fù)碛惺澜珙I(lǐng)先的換流閥研發(fā)實(shí)力、試驗(yàn)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(yàn)室。在如此高端裝備集中的企業(yè)里，精密的換流閥產(chǎn)品卻是通過傳統(tǒng)的方式進(jìn)行人力搬運(yùn)、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(yàn)換流閥質(zhì)量、確保合格產(chǎn)品投入運(yùn)營的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

換流閥自動(dòng)化檢測生產(chǎn)線可行性調(diào)研

從中國制造2025提出以來，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(xiàng)新的課題。將換流閥產(chǎn)品工程化應(yīng)用是首要任務(wù)，向全社會(huì)廣泛收集建設(shè)意見，經(jīng)過申報(bào)-立項(xiàng)-招投標(biāo)等環(huán)節(jié)，最終由北鋼聯(lián)承擔(dān)國家特高壓實(shí)驗(yàn)基地?fù)Q流閥產(chǎn)品試驗(yàn)生產(chǎn)線的研制任務(wù)。

圖1 換流閥試驗(yàn)車間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(jí)的難題，批量化檢測的核心技術(shù)被ABB、西門子、阿爾斯通三家跨國公司壟斷長達(dá)40年時(shí)間，現(xiàn)有檢測工藝為人工推送換流閥產(chǎn)品至各試驗(yàn)工位，換流閥產(chǎn)品重量約1～2噸，人工推送時(shí)需數(shù)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(yàn)工位進(jìn)行相應(yīng)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(shè)計(jì)等一系列的難題如山般擺在眼前。為此，北鋼聯(lián)成立項(xiàng)目組，分為兩路人馬進(jìn)行走訪調(diào)研，一路主要以國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)及院所為主，和中科院電力科學(xué)研究所專家會(huì)談，廣泛交流；另一路以國外現(xiàn)有生產(chǎn)線調(diào)研學(xué)習(xí)為主，走訪ABB、西門子等國外廠家。國內(nèi)專家團(tuán)隊(duì)深入用戶單位，了解人工生產(chǎn)工藝，傾聽一線員工意見，努力制定自動(dòng)化方案；但國外團(tuán)隊(duì)期望向同行學(xué)習(xí)交流的意圖直接遭到了對方拒絕，甚至連生產(chǎn)線車間、實(shí)驗(yàn)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，專家團(tuán)隊(duì)借此打開了突破口。

換流閥自動(dòng)化檢測技術(shù)成功應(yīng)用

經(jīng)過兩方團(tuán)隊(duì)匯總，發(fā)現(xiàn)國外的換流閥生產(chǎn)線存在很多制約，還有不符合中國國情的地方，并非最優(yōu)方案，經(jīng)過55份調(diào)研報(bào)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(guī)思路

由于換流閥產(chǎn)品試驗(yàn)的特殊性，測試過程須與地面保持一定的絕緣高度，因此打破常規(guī)的地面運(yùn)行流轉(zhuǎn)方式，采用空中行走方式。由立柱支撐鋼結(jié)構(gòu)搭建空中行走軌道，擺渡小車在軌道下方運(yùn)行，小車設(shè)置吊裝機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品吊離地面一定高度，既滿足換流閥試驗(yàn)條件，同時(shí)節(jié)省了地面空間。

2、集散式DCS控制，穩(wěn)定可靠

基于無線控制方式的DCS控制，與傳統(tǒng)有線控制相比，不需要在各機(jī)構(gòu)之間連接錯(cuò)綜復(fù)雜的電纜，避免有線傳輸過程中，線路間信號(hào)互相干擾，控制更穩(wěn)定可靠；無線控制也使設(shè)備運(yùn)行空間不受限，靈活度高。集散式控制特點(diǎn)，每臺(tái)小車自有獨(dú)立控制系統(tǒng)，單臺(tái)小車故障不會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)線，確保控制更穩(wěn)定。

圖2 集散式dcs控制

3、滑觸線+UPS，提供持久穩(wěn)定動(dòng)力

由于擺渡小車在運(yùn)行過程中，需要持續(xù)供電，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對多種供電方案進(jìn)行對比研究，最終選用“滑觸線+UPS”雙供電；同時(shí)進(jìn)行實(shí)地考察，確保最優(yōu)質(zhì)的滑觸線應(yīng)用于生產(chǎn)線。

圖3 滑觸線提供穩(wěn)定動(dòng)力

4、三重保護(hù)，確保運(yùn)行零“事故”

為防止試驗(yàn)過程中運(yùn)行中的小車誤入試驗(yàn)工位，影響產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)，生產(chǎn)線設(shè)三重保護(hù)系統(tǒng)，有效確保小車運(yùn)行零“事故”。

5、靈活設(shè)計(jì)，適應(yīng)不同測試內(nèi)容

吊具設(shè)計(jì)采用電動(dòng)缸調(diào)節(jié)絕緣桿高度，可適應(yīng)不同規(guī)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(wěn)的同時(shí)，避免了豎直收放桿與設(shè)備的干涉問題，適用于大工件的靈活轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖4 吊具可兼容各類產(chǎn)品

6、有效隔離，提高測試過程安全系數(shù)

原有換流閥例行試驗(yàn)車間未對測試區(qū)與非測試區(qū)進(jìn)行有效區(qū)分隔離，存在人員誤闖測試區(qū)造成人身傷害的隱患。針對目前存在的安全隱患，在測試區(qū)與非測試區(qū)之間設(shè)置柵欄門及安全光幕，防止人員誤闖。

圖5 人機(jī)友好型布局設(shè)計(jì)

從項(xiàng)目啟動(dòng)至成功交付，僅用112天，并且徹底改變了傳統(tǒng)人工的生產(chǎn)方式，將效率提高了150%，人工成本降低了35%。換流閥自動(dòng)化試驗(yàn)生產(chǎn)線獲得了國內(nèi)外專家的高度評(píng)價(jià)，換流閥自動(dòng)化檢測技術(shù)也越來越多地在實(shí)際工程中應(yīng)用。項(xiàng)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(chǔ)，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(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供了有力的技術(shù)支持。