蔣久松，黃岳奎，高超，劉國云

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

1 問題的提出

在鵝城換流站全封閉式閥水冷系統(tǒng)中，由氮?dú)饧訅夯芈肪S持系統(tǒng)壓力，其回路如圖1所示。工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)瓶裝氮?dú)鈮毫εc膨脹罐內(nèi)設(shè)計(jì)壓力250 kPa差別大，故在氮?dú)饧訅夯芈分写B減壓閥T1、壓力調(diào)節(jié)單元T2，得到所需的氣體壓力。

圖1 氮?dú)饧訅夯芈肥疽鈭D

在氮?dú)馄砍隹跍p壓閥故障等條件下，可能會(huì)導(dǎo)致膨脹罐內(nèi)氣體壓力發(fā)生突變，將影響水回路流量、膨脹罐水位等重要參數(shù)。文章對是否存在保護(hù)誤動(dòng)的隱患和對直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響進(jìn)行分析。

2 氮?dú)鈮毫ο到y(tǒng)運(yùn)行的影響

2.1 氮?dú)饧訅汉托箟夯芈?/h3>

氮?dú)馄砍鰜淼臍怏w經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)單元T2和減壓閥T1，再經(jīng)過逆止閥V37，到達(dá)膨脹罐。

2.2 水位、泄漏量與管道流量的關(guān)系

氮?dú)饧訅夯芈妨魅牒土鞒龅乃吭谡r(shí)基本保持動(dòng)態(tài)平衡，流入的流量即為圖1中BF3流量計(jì)的流量。當(dāng)流出水量大于流入水量時(shí)，膨脹罐內(nèi)水位就會(huì)出現(xiàn)下降，兩者的流量差，就可以直接反映膨脹罐內(nèi)的水位變化。根據(jù)實(shí)際讀數(shù)5.6，表計(jì)倍數(shù)為20，計(jì)算鵝城換流站現(xiàn)場BF3流量計(jì)算為5.6×20/60=1.86(L/s)，因此求出除氧系統(tǒng)出口的水流量，可得出水位的變化速率。

2.3 水的體積的彈性變化分析

按照力學(xué)原理，常溫水的體積彈性模量為K=2 190 MPa，壓縮系數(shù)k=1/K=(1/2190)(1/MPa)。1 L的水在膨脹罐內(nèi)0.25 MPa壓力下，體積的壓縮量為:1×0.25×(1/2190)=(1/8760)(L)。

整個(gè)水系統(tǒng)中包含20 000 L去離子水，考慮調(diào)壓器2故障時(shí)壓力突然增大至1 MPa，即可計(jì)算出壓力值從正常的0.25 MPa突然變?yōu)? MPa時(shí)，體積變化量為20000×0.75×(1/2190)=6.849(L)。此時(shí)，考慮對泄漏量的影響，鵝城換流站突變量泄漏定值約4.28 L/s，且需要持續(xù)25 s(時(shí)間定值)動(dòng)作，從理論上講，在6.849 L的體積變化量下，持續(xù)25 s，保護(hù)會(huì)動(dòng)作;而實(shí)際上，在壓力增大時(shí)，安全閥、釋放閥會(huì)立即動(dòng)作，壓力會(huì)快速降低，不致引起保護(hù)動(dòng)作。考慮對水位的影響，即使出現(xiàn)內(nèi)部過壓，按照體積變化量折算來看，引起的水位變化較小，而水位保護(hù)定值為低于10%動(dòng)作，故該影響尚不致導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作。

3 各閥門特性及故障分析

3.1 各類閥門特性分析

3.1.1 壓力調(diào)節(jié)單元

工作原理及特性:在整個(gè)除氧回路中，氮?dú)馄恐械母邏旱獨(dú)庖尫诺脚蛎浌拗?，首先?jīng)過壓力調(diào)節(jié)單元T2。通過自身的減壓閥將輸入的氣體壓力降低，滿足所需的輸出氣壓。當(dāng)裝置內(nèi)壓力過大時(shí)，頂部的安全閥將動(dòng)作。正常運(yùn)行時(shí)，充滿氣體的氮?dú)馄孔罡邏毫?3 MPa，即為最大輸入壓力，輸出壓力穩(wěn)定在1.8 MPa附近。

3.1.2 減壓閥

內(nèi)水冷系統(tǒng)除氧回路中，在壓力調(diào)節(jié)單元T2低壓出口處裝有1個(gè)減壓閥T 1，設(shè)計(jì)有雙級氣體調(diào)壓器，相當(dāng)于使用了2個(gè)串聯(lián)，可根據(jù)現(xiàn)場需要靈活進(jìn)行組合，滿足不同的管道連接方式。

其中，調(diào)壓器1最大進(jìn)氣壓力 (P1max)為25 MPa，最大輸出壓力 (P2max)為1 MPa，正常輸出的氮?dú)鈿饬鳛?5 m3/h。;調(diào)壓器2最大進(jìn)氣壓力(P1max)為2 MPa，可調(diào)節(jié)的輸出氣壓 (P2max)為0.01～0.3 MPa，正常輸出的氮?dú)鈿饬鳛?.5 m3/h。在調(diào)壓器1的本體位置還連接有1個(gè)安全閥，壓力自行上升并超過1.6 MPa時(shí)該安全閥會(huì)自動(dòng)打開排氣。減壓閥T1壓損為0.07 MPa，即當(dāng)現(xiàn)場減壓閥T1出口顯示為0.3 MPa時(shí)，膨脹罐內(nèi)氣體壓力實(shí)際約為0.23 MPa。

3.1.3 安全閥

在膨脹罐頂部進(jìn)氣管道處安裝1個(gè)安全閥V25。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部壓力超過閥門動(dòng)作定值時(shí)，閥門將迅速打開以釋放多余的氣體。鵝城換流站該閥門設(shè)定動(dòng)作值為0.26 MPa，根據(jù)廠家提供的壓力釋放特性曲線，當(dāng)膨脹罐內(nèi)部出現(xiàn)氣體過壓時(shí)，隨著內(nèi)部壓力的增加，氣流釋放的速率也將迅速增大。當(dāng)內(nèi)部壓力為0.45 MPa時(shí)，氣體釋放速率將達(dá)到10 L/s，隨著氣體釋放速率的快速增大，壓力變化將逐漸趨于恒定。

3.1.4 釋放閥

釋放閥F1安裝于膨脹罐頂部，動(dòng)作壓力為0.35 MPa。工作正常時(shí)，它通過彈簧提供密封力保證設(shè)備正常運(yùn)行;當(dāng)罐內(nèi)壓力超過0.35 MPa時(shí)釋放閥自動(dòng)開啟，系統(tǒng)壓力下降;當(dāng)氣體壓力降低到某一定值時(shí)，釋放閥在彈簧力的作用下回彈并自動(dòng)關(guān)閉。該閥門主要為防止安全閥V25故障時(shí)容器內(nèi)部過壓無法釋放，作為V25的后備保護(hù)，在壓力大于0.35 MPa時(shí)輔助泄壓。

3.1.5 自動(dòng)排氣閥

該自動(dòng)排氣閥安裝于排氣罐C1頂部，通過內(nèi)部浮球控制閥門的開關(guān)。正常運(yùn)行時(shí)除氣罐內(nèi)充滿水，通過水的浮力托起浮球，將泄壓口關(guān)閉，如管道內(nèi)出現(xiàn)氣體，自動(dòng)排氣閥將自動(dòng)打開排氣。

3.2 減壓閥故障及泄壓情況分析

氮?dú)饧訅汉托箟夯芈啡鐖D2所示。各級調(diào)壓單元均配置有泄壓通道，確保不會(huì)因過壓導(dǎo)致閥門故障或過壓爆炸。針對減壓回路的3個(gè)最重要的組成部分調(diào)壓器分別進(jìn)行如下分析:

圖2 氣體加壓及泄壓回路示意圖

1)壓力調(diào)節(jié)單元T2故障分析

在減壓回路中，壓力調(diào)節(jié)單元T2自身減壓閥和減壓閥T1的調(diào)壓器1工作壓力接近，二者僅有1個(gè)正常工作都可以保證輸出1～1.5 MPa的壓力。因此，T2調(diào)壓單元故障時(shí)T1的調(diào)壓器1不會(huì)承受高壓，滿足運(yùn)行要求。

2)T1的調(diào)壓器1故障分析

由上述類似分析，調(diào)壓器1故障時(shí)，調(diào)壓器2最大承受的電壓實(shí)際約為1.8 MPa(經(jīng)調(diào)壓器 T2輸入減壓閥T1的壓力，參照正常運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)場讀數(shù))，而其最大進(jìn)氣壓力容許為2 MPa，仍滿足運(yùn)行要求。

3)T1的調(diào)壓器2故障分析

若調(diào)壓器2故障，經(jīng)過調(diào)壓器1，壓力調(diào)節(jié)單元T2減壓后，可能輸出1 MPa左右的氣壓至膨脹罐，此時(shí)安全閥V25和釋放閥F1都將打開。結(jié)合安全閥V25的動(dòng)作曲線，基本確定膨脹罐內(nèi)氣體壓力0.4 MPa以內(nèi)，與正常值0.25 MPa相比升高不大，不會(huì)對系統(tǒng)造成大的危害。

4 運(yùn)行維護(hù)措施

4.1 運(yùn)行監(jiān)視

1)若膨脹罐內(nèi)部壓力高于0.32 MPa或低于0.15 MPa，監(jiān)視后臺(tái)將報(bào)警，需迅速現(xiàn)場檢查。

2)抄錄膨脹罐內(nèi)壓力的讀數(shù)，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)視。

3)監(jiān)視整個(gè)回路運(yùn)行情況，抄錄各級減壓閥相關(guān)壓力表計(jì)讀數(shù)。如發(fā)現(xiàn)壓力下降較快，則需分析處理。

4)一旦減壓閥故障情況較為嚴(yán)重，內(nèi)部過壓必然通過安全閥釋放，此時(shí)釋放高壓氣體的故障現(xiàn)象較為明顯，較容易發(fā)現(xiàn)。

4.2 故障減壓閥的更換措施探討

1)減壓閥T1或壓力調(diào)節(jié)單元T2的更換

由于氮?dú)饧訅夯芈分性O(shè)計(jì)有逆止閥V37(如圖1)，對減壓閥T1或壓力調(diào)節(jié)單元T2進(jìn)行更換并不會(huì)導(dǎo)致膨脹罐內(nèi)部失壓。但考慮到逆止閥的密封效果，以及回路的安全可靠性，為了將膨脹罐氣體與外界、與氮?dú)饧訅夯芈吠耆綦x，建議在回路中V37前增加1個(gè)手動(dòng)閥門，可以更為可靠地實(shí)現(xiàn)對T1或T2的在線更換。

2)安全閥V25或釋放閥F1的更換

安全閥V25或釋放閥F1安裝在同一連通管道回路上，其中之一故障時(shí)，另一個(gè)閥門尚能起到安全釋放作用。目前系統(tǒng)中，上述2個(gè)閥門前端均無手動(dòng)閥門 (參見圖1)，當(dāng)其中之一故障時(shí)，無法在線更換，否則氮?dú)夤揄敳繗鈮簾o法保持。為了保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，建議在安全閥V25、釋放閥F1前端分別增加1個(gè)手動(dòng)閥門。

5 結(jié)束語

經(jīng)過上述理論分析，鵝城換流站閥水冷系統(tǒng)中，減壓閥T1和壓力調(diào)節(jié)單元T2故障，導(dǎo)致壓力變化時(shí)，各相關(guān)泄壓閥門、安全閥的動(dòng)作配合可靠，不會(huì)導(dǎo)致閥水冷系統(tǒng)相關(guān)保護(hù)誤動(dòng)，不會(huì)因過壓損壞相關(guān)設(shè)備。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)〔M〕.北京:中國電力出版社，2004.

〔2〕李興源.高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行和控制〔M〕.北京，科學(xué)出版社，1998.