“換流閥是直流輸電工程的核心設(shè)備，換流閥產(chǎn)品價值約占換流站成套設(shè)備總價的22～25%，造價昂貴，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、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)基地擁有世界領(lǐng)先的換流閥研發(fā)實力、試驗手段和生產(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/高壓直流換流閥實驗室。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)的方式進行人力搬運、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換流閥質(zhì)量、確保合格產(chǎn)品投入運營的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

換流閥自動化檢測生產(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)，向全社會廣泛收集建設(shè)意見，經(jīng)過申報-立項-招投標等環(huán)節(jié)，最終由北鋼聯(lián)承擔國家特高壓實驗基地換流閥產(chǎn)品試驗生產(chǎn)線的研制任務(wù)。

圖1 換流閥試驗車間3D模擬圖

攻克換流閥自動化檢測技術(shù)難關(guān)

換流閥產(chǎn)品自動化檢測是一個世界級的難題，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40年時間，現(xiàn)有檢測工藝為人工推送換流閥產(chǎn)品至各試驗工位，換流閥產(chǎn)品重量約1～2噸，人工推送時需數(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)品推至試驗工位進行相應(yīng)檢測。在此之前，任何自動化檢測換流閥產(chǎn)品的研究尚處于理論階段。

絕緣配合、抗震分析、耐壓設(shè)計等一系列的難題如山般擺在眼前。為此，北鋼聯(lián)成立項目組，分為兩路人馬進行走訪調(diào)研，一路主要以國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)及院所為主，和中科院電力科學研究所專家會談，廣泛交流；另一路以國外現(xiàn)有生產(chǎn)線調(diào)研學習為主，走訪ABB、西門子等國外廠家。國內(nèi)專家團隊深入用戶單位，了解人工生產(chǎn)工藝，傾聽一線員工意見，努力制定自動化方案；但國外團隊期望向同行學習交流的意圖直接遭到了對方拒絕，甚至連生產(chǎn)線車間、實驗室都不讓看一眼，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，專家團隊借此打開了突破口。

換流閥自動化檢測技術(shù)成功應(yīng)用

經(jīng)過兩方團隊匯總，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)研報告，40余次答疑，677張圖紙的繪制，最終確定了實施方案：

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行，小車設(shè)置吊裝機構(gòu)將產(chǎn)品吊離地面一定高度，既滿足換流閥試驗條件，同時節(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，不需要在各機構(gòu)之間連接錯綜復(fù)雜的電纜，避免有線傳輸過程中，線路間信號互相干擾，控制更穩(wěn)定可靠；無線控制也使設(shè)備運行空間不受限，靈活度高。集散式控制特點，每臺小車自有獨立控制系統(tǒng)，單臺小車故障不會影響整個生產(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)定動力

由于擺渡小車在運行過程中，需要持續(xù)供電，研發(fā)團隊對多種供電方案進行對比研究，最終選用“滑觸線+UPS”雙供電；同時進行實地考察，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)定動力

4、三重保護，確保運行零“事故”

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

5、靈活設(shè)計，適應(yīng)不同測試內(nèi)容

吊具設(shè)計采用電動缸調(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；四點折疊式收放桿在保證吊裝行走平穩(wěn)的同時，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。

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車間未對測試區(qū)與非測試區(qū)進行有效區(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 人機友好型布局設(shè)計

從項目啟動至成功交付，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%。換流閥自動化試驗生產(chǎn)線獲得了國內(nèi)外專家的高度評價，換流閥自動化檢測技術(shù)也越來越多地在實際工程中應(yīng)用。項目成果進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施和推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，將促進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。