金点子——大型干式空心电抗器安装工艺

1 大型干式空心电抗器安装工艺

广东省输变电工程公司

1. 背景分析

在超高压线路上加装限流串联电抗器，能有效降低区域短路电流水平，强化电网主网网架结构，提高地区的供电能力，所以随着电网的高速扩张，限流串联电抗器的应用将逐步普及。而在直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。平波电抗器与直流滤波器一起构成高压直流换流站直流侧的直流谐波滤波回路。平波电抗器和限流串联电抗器是高压电网中的的重要设备之一。高压电抗器分为油浸式和干式两种，各有其优缺点，在我公司最近安装的几个换流站和变电站中，主要采用的都是大型干式空心电抗器。这些电抗器重达几十吨，体积庞大，在其吊装的过程中，因重量大、体积大、重心较高、支撑点数量多，与普通的干式空心电抗器安装相比，具有安装精度控制难、吊装稳定性控制难的特点，普通的干式空心电抗器安装方法不适用。为了安全、顺利完成大型平波电抗器、串联电抗器安装工作，公司成立专门的技术攻关小组，研究解决大型干式空心电抗器安装技术难题。

2. 工艺特点

2.1安装精度高

普通干式电抗器安装采用预埋钢板基础，电抗器底座钢板的水平度及高度调节精度控制难、效率低，直接影响电抗器底座整体安装精度及施工进度。

大型干式空心电抗器安装工艺采用群组预埋地脚螺栓基础，可实现电抗器底 2 座钢板精准定位，底座钢板高度及水平度均可通过地脚螺栓组自由调节，提高电抗器安装精度。

2.2吊装稳定性强

干式电抗器普通吊装方法采用钢丝绳或吊带吊装，吊点少，受力不够均匀，吊装稳定性差，效率低。且钢丝绳拉力F随∠a的减小而增大，吊装存在一定的安全风险。大型干式空心电抗器安装工艺采用专用吊具进行吊装，专用吊具吊点多，吊点分布均匀，采用专用吊具吊装电抗器，受力点多、受力均匀，可提高吊装稳定性，降低施工风险。

2.3经济效益显著

1）采用群组预埋地脚螺栓基础，既能控制电抗器安装精度，还能避免以往电抗器基础预埋铁板形成闭合回路的可能性，能大大减少因安装误差过大或基础铁板发热缺陷造成的返工处理费用。

2）采用专用吊具进行吊装，稳定性强，吊装效率高，因吊装大型电抗器需使用大吨位的起重装置，台班单价高，提高吊装效率可以节省数额较大的机械台班费。 3 3. 工艺原理

3.1 该工艺采用整体组合单组柱脚螺栓方法，通过制作紧固模板将螺栓形成一地脚螺栓组，使螺栓组内单个螺栓的距离偏差转化为紧固模板的加工偏差，轴线偏差和垂直度偏差转化为螺栓组的轴线偏差和垂直度偏差；采用槽钢组合式固定支架来加固整组地脚螺栓，取代原来的临时性固定支架。有效控制了整组柱脚螺栓安装的中心位移，垂直偏差和标高偏差。

3.2 该工艺采用新的吊装方法，即选用适合大型干式空心电抗器的专用吊具进行吊装。专用吊具需根据电抗器顶部吊臂分布情况，考虑吊装多点受力、受力均匀的特点进行设计；设计出来的吊具需通过受力分析、有限元分析及材料组成分析，最终委托吊具厂家生产专用吊具进行施工。

专用吊具吊装图 地脚螺栓紧固模板 预埋地脚螺栓基础 4 专用吊具的横梁布置与电抗器的顶部吊臂布置一致，吊装电抗器时，利用夹具通过螺栓紧固方式夹在电抗器顶部的筋板上，专用吊具通过卸扣和长吊环与吊带连接，再使用大型吊车将电抗器平稳吊起。采用专用吊具吊装大型干式空心电抗器，受力点多、受力均匀，吊装过程中电抗器移动平稳，降低施工风险。

4. 施工工艺流程及操作要点

4.1大型干式空心串联电抗器安装流程图

4.2操作要点

4.2.1基础施工

1）地脚螺栓整体组合

采用圆环形扁铁作为地脚螺栓组紧固模板，对整组多根螺栓的上下两端分别进行连接组合，使螺栓组内单个螺栓的距离偏差转化为紧固模板的螺栓组的轴线偏差和垂直度偏差。 5

2）组合式固定支架安装

选用槽钢制作组合式固定支架，使用全站仪或经纬仪将设备基础中心线水平引测在安装的固定支架上，并保证与预先刻在槽钢上的刻痕相重合，固定支架的4个支腿所放置的部位准确定位后，再进行支腿高度和垂直度的调整，最后用经纬仪配合线坠校正槽钢组合式固定支架的偏差情况，确保固定支架安装的中心位移、垂直偏差、标高偏差符合安装要求。通过调节支腿上的螺杆上部的上下螺母，来调节固定支架的整体水平。槽钢组合式固定支架安装完成后，需进行加固处理，并标注好尺寸。

地脚螺栓整体组合图 6

3）螺栓安装

将地脚螺栓组在地面组装完毕抬到固定好的槽钢支架上，地脚螺栓垂直度完全转化为固定支架的垂直度，安装地脚螺栓组前，必须事先测量并标注出支撑固定支架的中心位置，使用经纬仪在纵横两个轴线上调整地脚螺栓组，使其中心轴线完全与基础轴线及槽钢固定支架刻度拉线重合，整个过程使用精度高的水准仪测量复核。螺栓组定位好后进行固定地脚螺栓组，保证其在浇筑振捣过程中不会发生位移、扭动。使用辅助钢筋进行焊接固定，焊接作业中注意焊接勿伤及主筋。地脚螺栓安装完毕后，拆除槽钢组合式固定支架，拆除过程中动作切勿过大，避免造成螺栓组的位移。

4.2.2电抗器安装 地脚螺栓槽钢

槽钢组合式固定支架模型图 7 1）选用专用吊具

根据电抗器的重量、外形直径及电抗器顶部吊臂分布情况，选取适合吊装的专用吊具。

2）选用吊车

a根据支撑绝缘子、电抗器、专用吊具的高度，计算电抗器顶部起吊高度H。

b根据吊装现场的实际情况，确定吊车最大作业半径R。

c要使吊装过程中电抗器不与吊臂相碰，由电抗器半径r、吊车最大作业半径R及电抗器顶部起吊高度H，计算出吊臂顶至电抗器线圈顶距离最小值H1，则吊臂顶部高度最小值H2=H+H1，吊车高度h，由勾股定理计算出吊车吊臂长度L。

d根据电抗器、专用吊具、吊钩及吊索的重量，计算吊装总重W，吊车按85%工作载荷计算，则计算载荷Q=1.18W。

e查看吊车性能参数表格，选用符合吊装要求的吊车。

选用的专用吊具 8

3）选用卸扣及吊带

a对长吊环进行受力分析，长吊环拉力为F1，G0为电抗器重力G1与专用吊具重力G2之和，此时有F1=G0=G1+G2。查相关资料中吊环参数表，选择合适的吊环。

b吊带拉力F2=吊环拉力F1，按照起吊不平衡系数为1.1，冲击系数1.1，吊带安全系数2.5，计算出吊带最小破断力F3=F2*1.1*1.1*2.5，根据计算的结果，选择合适的吊带。

4）吊装准备 F1

G0

吊环受力分析图 吊车吊装示意图 H R r H1

L

h 9 a吊车进入吊装现场前，先确定吊车摆放位置、落脚情况，吊车下脚位置应铺垫钢板。

b电抗器安装前应仔细阅读厂家提供的安装外形图纸，明确所要安装电抗器的结构、以及电抗器上是否装配有防护罩。

5）电抗器本体吊装

a通过卸扣与长吊环将吊带与专用吊具连接，吊车将专用吊具摆至电抗器上方，再将夹件夹在电抗器顶部的吊臂上。

b检查夹件是否夹紧，确认可靠后方可起吊，电抗器离地100mm左右时，再次检测平衡可靠后方可继续起吊。

c在电抗器线圈本体圆周4个均分位置用4根φ16白棕绳作临时拉线，保持起吊时的平衡及协助电抗器就位。

d 将电抗器本体缓缓吊离地面，然后用水平尺分别对称测量，确保水平后，方可起吊，否则重新调整。将电抗器缓慢移至支柱上方，找正定位、缓慢下降，当电抗器离支柱还有缝隙尚未完全落在支柱上时，应采用7字型撬棍辅助定位，然后将配套螺栓插入电抗器安装孔和支柱就位孔内，将电抗器固定。

e 观测电抗器的垂直度和水平度，适当采用垫片进行调整，确保整体的平衡稳定后，紧固所有的连接螺栓。安装完毕后拆除专用吊具架，然后吊装电抗器防护罩。 电抗器安装图 10 5. 材 料 与 设 备

5.1 该安装工艺采用的主要机具设备见表6-1。

表6－1 机 具 材 料 表

序号 名 称 规格/编号 单位 数量 备 注

1 交流电焊机 20kW 台 2

2 水平仪 套 1

3 千斤顶 3～5t 台 2

4 力矩扳手 8.8～274.6N·m 套 1

5 尼龙吊带 3t 8m 条 2

6 吊车 200t 台 1

7 专用吊具 50t 只 1

8 尼龙吊带 50t 只 1

9 叉车 3t 台 1

10 其他常用的电工工具 — 套 1

11 木方 批 1

注：主要工器具及仪器仪表根据具体工程量规模配备。

5.2专用吊具的选用

5.2.1专用吊具设计

根据电抗器顶部吊臂分布情况，考虑吊装多点受力、受力均匀的特点，设计出大型干式空心电抗器专用吊具的外形，设计图纸如下：

11

5.2.2专用吊具受力分析

5.2.3专用吊具材料选择

通过受力分析结果，使用Ansys软件对专用吊具进行建模及有限元分析，分析结果如下图：

专用吊具设计图

吊装电抗器时，专用吊具共六个吊点，取其中的一个为研究对象，如下图：夹具拉力为F，G为电抗器六分之一重力，由受力图分析可得；F=G。

按照起吊不平衡系数为1.1，冲击系数1.1，安全系数5，计算出每个夹具的最小破断力：F1=G*1.1*1.1*5

G F

专用吊具受力分析图 12

结果显示专用吊具最大应力出现在夹具与吊具横担螺栓连接处，结构的形变最大不超过1mm，在设计范围之内，故该专用吊具设计在模拟分析中有效可行。通过有限元分析结果，我们可以选用专用吊具的组成材料，主体部分可使用工程钢，夹具部分可使用铸铁。具体实物图如下：

5.2.4专用吊具多元化

根据电抗器重量、体积、顶部吊臂的布置情况，可以设计制造多种规格专用吊具，以满足不同厂家各种大型干式空心电抗器的安装。

代入工程钢材料参数

代入铸铁材料参数

有限元分析图 Max

Max

专用吊具实物图

适用顶部八根吊臂的专用吊具 适用不同直径电抗器的专用吊具