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长江电力打破国外GIL检修关键技术壁垒

北极星电力网新闻中心  来源:三峡集团  作者:吕畅 杨秀稳  2019/6/12 8:41:06  我要投稿  
所属频道: 水力发电   关键词: 水电站 溪洛渡水电站 长江电力

北极星水力发电网讯:5月3日,经过长江电力检修厂30余天的独立自主检修,溪洛渡水电站溪宾Ⅰ线500千伏焊接型气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)正式投入运行,一个月来各项数据平稳,运行状态正常,源源不断的清洁电能输送到电网,标志着我国打破国外技术壁垒,掌握了500千伏焊接型GIL检修核心关键技术。

GIL,即气体绝缘金属封闭输电线路,是一种采用六氟化硫(SF6)或其它气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流电力传输设备。在我国西部高原深山峡谷地区,是拥有大型地下电站的水电站常用高压电气设备,被喻为水电站电能外送的“主动脉”。

“卡脖子”之痛

位于我国四川和云南交界金沙江下游的溪洛渡水电站,其电力外送引出线路采用的是国外供应商提供的焊接型500千伏GIL设备。与法兰连接型GIL设备不同,外壳焊接型GIL的设计制造难度更大、精度更高,国内少有厂家具备制造该设备的能力,更不用说设备检修技术。因此,早在溪洛渡电站投产发电初期,焊接型GIL检修技术就已经成为长江电力一道“卡脖子”难题。

“如果设备发生故障,对电站发电将造成严重影响。以电站满负荷计算,一条GIL线路故障最大可造成三台发电机组停机,每天损失电量约3600万千瓦时。”检修厂厂长熊浩说。

但就是如此关键的输电“命脉”,从设计制造到现场检修,再到套在高压导体外6 毫米薄铝合金管道的自动焊接等核心技术都曾被国外供应商垄断。

长江电力技术研究中心主任韩波说,焊接型GIL设备采购于国外,国外厂商虽然可以提供检修设备,但是对于配套软件、焊接等检修中的关键技术却是严格保密。出现故障时只能依靠国外供应商从海外调派专家和关键设备前来检修,不仅检修工期长,每年还要向其缴纳应急预备费用,增加了电站运行维护的成本。

长江电力切身感受到了技术受制于人之痛。

“不用靠别人,我们自己干,也能干成!”不甘心受制于人的长江电力检修厂立下“军令状”,走上了GIL检修核心关键技术的自主创新之路,研究团队自成立之日起,就做好了坚决打破外方技术壁垒的准备。

检修现场就像“加工厂”

2015年初,检修厂副厂长肖荣和时任总工韩波带领孙昕和马明等业务骨干开始了焊接型GIL检修关键技术攻关工作,成立了由三十余人组成的“溪洛渡500 千伏GIL检修关键技术研究攻关组”,拉开了科研攻关的序幕。

“焊接型GIL检修工艺非常复杂。GIL检修主要有六个节点,而每个节点都需要研究突破。”韩波说,“以第一步定位故障点对管道进行开孔为例,如果进刀过深,开孔碎屑进入管道,将会污染GIL内部管道,扩大检修范围;如果进刀过浅,则须多次铣进,造成效率低下,所以这个过程对精度要求非常高。”

溪洛渡水电站采用的7回焊接型GIL,全长12705米,每一相GIL设备长度约600米,从地下厂房到地面上电网,有480米的垂直落差。

“这一万多米长的管道母线,由10多种模块组成,而且组合方式不同,不仅如此,不同地方的尺寸结构又不一样。全面梳理形成技术方案,难度很大。”技术攻关电气专业组组长孙昕说,“检修现场就如同‘加工厂’一样,而检修需要用到的专用工装就有70多种,工艺技术含量和难度可想而知。”

同时GIL检修管道吊装作业的难度也很大。GIL管道主要分为垂直段和水平段两部分。GIL管道壁厚仅6毫米,现场起吊作业高度和跨度较大,刚度不足,起吊易变形损伤。GIL管道6层平行重叠布置,管路之间间距小,且吊运过程同一断面有GIL线路带电运行,管道吊运的空间限制条件较多。技术攻关机械专业组组长曾广栋说,“在260米的竖井进行垂直段管道的整体吊装,或者在百米的平洞中对长73米的水平管道进行整体吊装,这在国内电气设备检修行业没有先例。”

正是因为憋着一股劲,科研攻关的步伐越来越快。仅一年多时间,GIL检修关键技术研究攻关组将管道开孔、环形切割、精确切割、胀管、预组装、起重吊装等工艺技术全部掌握,形成一套高效的工艺流程及标准,优化了部分工装工具,开孔技术、精切技术等多项指标优于国际标准;研制了水平管道拆装等多种专用工装;创新开孔检修工艺,将一个孔的开孔时间由30分钟缩减到10分钟,管道精确切割的精度也高于国外供应商标准。

技术攻关加速成果转化

在GIL大修六个步骤中,焊接是难点中的难点,特别是壁厚6毫米薄壁铝合金管道自动焊接、自动探伤的工艺极为复杂,成为GIL关键核心技术攻关的头号难题。

在焊接及无损检测技术攻关小组组长马明看来,GIL管道外壳是薄壁铝合金管,而铝合金属性很特殊,它具有固液转化快、液态流动性强、易氧化等特点,焊接时特别容易出现气孔、夹渣等缺陷,而即便是少量的焊接缺陷,也容易导致焊缝开裂、六氟化硫泄漏等问题,造成设备故障、维修人员窒息,难度之大可想而知。

为了在较短时间内掌握此技术,检修厂增补了10多位机械专业骨干技术人员,以保证成功攻克GIL焊接技术。

马明在组里主要负责焊接与探伤技术,全程参与了技术攻关团队的组建。“焊接与探伤技术攻关非常艰难。因为在工厂车间内采用的铝合金焊接技术不能在水电站GIL安装现场使用,需要研发全新的焊接技术与工艺,而且工厂实验室的条件比GIL检修现场的条件要好得多,所以我们需要模拟GIL检修的现场环境,才能达到试验效果。”马明说。

不仅如此,GIL焊接是单面焊接、双面成形,要求焊接质量达到几乎与母材一样的强度和致密度,焊接工作面临很多挑战。

“有时从外层看,质量已经达到与母材一致了,但是内层的质量还不够,需要反复切开查看后再调整焊接参数来一点点取得进步。”

从2017年2月到5月底,马明的时间基本都在北京的实验室里度过。历经150多次焊接试验、20多次焊缝无损检测、3次压力试验,GIL检修关键技术攻关取得重大突破。GIL 6毫米厚铝合金管道2G、5G自动、手动焊接及探伤技术研发通过试验检验,焊缝满足国外供应商标准,各项指标合格,填补了国内行业空白。

攻关基本完成后,马明又带领焊接攻关小组在溪洛渡电站现场按照实际检修状况实施自动焊接工艺的测试与精调,实现实验室成果到生产现场成果的应用转化,最后一道技术关卡也被攻破了。历时三年,经过五十多人共同努力,GIL检修关键技术已不再是长江电力“卡脖子”难题。

技术成果落地

换来“真金白银”

自主研发掌握关键核心技术后,如何转化成为技术成果、不断推广应用一直是GIL关键技术研究团队考虑的问题。

2016年、2017年,他们两次接到兄弟单位GIL检修支援的请求。期间,他们为对方提供人员、技术、装备工装的支持,两次均在45天内完成检修,比原来国外供应商的检修时间缩短了一半,大幅减少了兄弟单位损失,赢得同行赞誉。

为进一步推广成果,培育高端人才,2018年,长江电力检修厂打破专业界限,先后对电气、机械、水工等专业人员进行了培训,通过系统学习使他们掌握GIL检修开孔、管道精确切割、组装、焊接等核心检修技术。

“培养的这些人才以后都是无价之宝。”长江电力检修厂副厂长肖荣说。

今年4月,这些技术人员派上了用场。溪洛渡电站溪宾I线GIL检修仅一个月即完成,比之前两次检修的最短工期减少13天。设备投运后运行正常,实现了经济效益与社会效益的双丰收。

未来,长江电力检修厂还在探索GIL双线路检修模式,进一步提高自主创新能力,把核心技术掌握在自己手中,切实守护好大国重器!

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