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        高壓直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)介紹及分析

        2014-04-29 20:34:51張成馬小強(qiáng)張昕
        電子世界 2014年17期
        關(guān)鍵詞:分析

        張成 馬小強(qiáng) 張昕

        【摘要】高壓直流輸電系統(tǒng)換流閥水冷系統(tǒng)是直流換流站特有的輔助系統(tǒng),由于其機(jī)械回路和控制保護(hù)回路均比較復(fù)雜,極易因其故障危及高壓直流輸電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)目前運(yùn)用的兩種換流閥水冷系統(tǒng)的分析比較,找出其回路和原理差異,提出預(yù)防手段及改進(jìn)措施,可以提高運(yùn)行維護(hù)手段,避免設(shè)備事故的發(fā)生,保障電網(wǎng)的安全可靠性。

        【關(guān)鍵詞】高壓直流;水冷系統(tǒng);分析

        一、換流閥水冷系統(tǒng)組成

        高壓直流輸電系統(tǒng)每極可控硅閥配置一套獨(dú)立的水冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩個(gè)冷卻循環(huán)系統(tǒng)組成:

        一是內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng),通過(guò)低含氧量的去離子水對(duì)閥進(jìn)行冷卻;

        二是外冷水循環(huán)系統(tǒng),通過(guò)冷卻塔對(duì)內(nèi)冷水進(jìn)行冷卻。

        內(nèi)冷水系統(tǒng)主要由主循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、主通道過(guò)濾器、去離子交換器、脫氧罐、膨脹罐、補(bǔ)水箱、氮?dú)夤?、旁通閥等組成。

        外冷水系統(tǒng)主要由噴淋泵、排水泵、外冷水循環(huán)過(guò)濾器、冷卻塔及其風(fēng)扇、化學(xué)藥劑容器、平衡水池等組成。

        二、換流閥水冷系統(tǒng)工作流程說(shuō)明

        1.主循環(huán)冷卻回路

        恒定壓力和流速的冷卻介質(zhì),經(jīng)過(guò)主循環(huán)水泵的提升,源源不斷地流經(jīng)三通閥,經(jīng)過(guò)室外換熱設(shè)備(主要為空氣冷卻器和密閉式冷卻塔),將被冷卻器件發(fā)出的熱量在室外與空氣或水進(jìn)行熱交換,冷卻后的介質(zhì)再進(jìn)入晶閘管閥散熱器,帶出熱量,回流到住循環(huán)泵入口,形成密閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

        由外冷溫控系統(tǒng)通過(guò)變頻器控制冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂评鋮s風(fēng)量等,實(shí)現(xiàn)精密控制冷卻系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水溫度的要求。在法冷卻水系統(tǒng)內(nèi)管路和室外管路之間設(shè)置電動(dòng)三通閥,當(dāng)室外環(huán)境溫度較低和換流閥低負(fù)荷運(yùn)行或零負(fù)荷時(shí),由電動(dòng)三通閥實(shí)現(xiàn)冷卻水溫的調(diào)節(jié)。閥冷卻水系統(tǒng)設(shè)定的電加熱器對(duì)冷卻水溫度進(jìn)行強(qiáng)制補(bǔ)償,防止進(jìn)入換流閥的溫度過(guò)低 而導(dǎo)致的凝露現(xiàn)象。

        2.水處理回路中

        為適應(yīng)大功率電力電子設(shè)備在高電壓提條件下的使用要求,防止在高電壓環(huán)境下產(chǎn)生漏電流,冷卻介質(zhì)必須具備極低的電導(dǎo)率,因此在主循環(huán)冷卻回路上并聯(lián)了去離子水處理回路,預(yù)設(shè)一定流量的部分冷卻介質(zhì)流經(jīng)離子 交換器,不斷凈化管路中可能析出的離子,與主循環(huán)回路冷卻介質(zhì)在高壓循環(huán)泵前合流。與離子交換器連接的補(bǔ)液裝置能自動(dòng)將原水補(bǔ)充到密閉式的系統(tǒng)中,保持冷卻介質(zhì)的充滿(mǎn)。

        3.緩沖密封回路

        因采用的密封方式不一樣,可采用膨脹罐加氮?dú)夂銐合到y(tǒng)保持系統(tǒng)管路中冷卻介質(zhì)的充滿(mǎn)及隔絕空氣,也可采用高位膨脹水箱的緩沖密封系統(tǒng)保持管路中冷卻介質(zhì)的充滿(mǎn)。

        4.二次回路

        控制系統(tǒng)采用PLC,PLC是閥冷系統(tǒng)控制與保護(hù)的核心元件,選用西門(mén)子S7-400H系列PLC。 CPU及I/O模塊均冗余配置。CPU采用S7-400H系列CPU,兩個(gè)CPU配置同步模板通過(guò)光纜連接,實(shí)現(xiàn)CPU硬件冗余。S7-400H采用熱備用模式的主動(dòng)冗余原理,發(fā)生故障時(shí),無(wú)擾動(dòng)地自動(dòng)切換。無(wú)故障時(shí)兩個(gè)子單元都處于運(yùn)行狀態(tài),如果發(fā)生故障,正常工作的子單元能獨(dú)立完成整個(gè)過(guò)程的控制。

        冗余系統(tǒng)由A和B兩套PLC控制系統(tǒng)組成。開(kāi)始時(shí),A系統(tǒng)為主,B系統(tǒng)為備用,當(dāng)主系統(tǒng)A中的任何一個(gè)組件出錯(cuò),控制任務(wù)會(huì)自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)B當(dāng)中執(zhí)行。這時(shí),B系統(tǒng)為主,A系統(tǒng)為備用,切換時(shí)間<100ms,切換期間輸出信號(hào)保持,信息或者報(bào)警/中斷不會(huì)丟失。

        三、換流閥冷卻系統(tǒng)維護(hù)檢修

        1.主循環(huán)泵維護(hù)

        1)主循環(huán)泵檢修及維護(hù)可以在線(xiàn)進(jìn)行或者系統(tǒng)停機(jī)時(shí)進(jìn)行;

        2)主循環(huán)泵為臥式結(jié)構(gòu),電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1450轉(zhuǎn)/分鐘;

        3)每周監(jiān)測(cè)電機(jī)電源的三相電流平衡,三相電流相差應(yīng)小于10%;

        4)水泵正常運(yùn)行噪音低于85dB,當(dāng)噪音增大或異常時(shí),應(yīng)立即手動(dòng)切換至備用泵,并通知廠(chǎng)家到現(xiàn)場(chǎng)排除故障;

        5)電機(jī)主軸與泵體主軸的同心度對(duì)水泵的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行影響極大,因此建議更換電機(jī)等維護(hù)由水泵廠(chǎng)家進(jìn)行,并在維護(hù)后用專(zhuān)用測(cè)量工具進(jìn)行檢測(cè);

        6)檢查水泵軸承室潤(rùn)滑油的高度,油杯應(yīng)可見(jiàn)到潤(rùn)滑的高度;

        7)水泵電機(jī)冷卻風(fēng)扇積塵過(guò)多時(shí)應(yīng)清理干凈,因?yàn)榫奂陲L(fēng)扇上面的塵埃,會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡及振動(dòng)。

        2.補(bǔ)水泵、原水泵維護(hù)

        1)補(bǔ)水泵及原水泵允許在線(xiàn)檢修;

        2)補(bǔ)水泵、原水泵為立式水泵,機(jī)械密封的冷卻完全依賴(lài)泵體內(nèi)的液體介質(zhì)的浸泡,但機(jī)械密封處于泵體的最高位。因此在第一次運(yùn)行或水泵維護(hù)后投入使用時(shí)必須松開(kāi)泵體上部的排氣閥對(duì)泵體內(nèi)進(jìn)行排氣;

        3)補(bǔ)水泵、原水泵運(yùn)行時(shí)的噪音應(yīng)低于72dB,當(dāng)噪音增大或異常時(shí)應(yīng)立即停止運(yùn)行,聯(lián)系廠(chǎng)家到現(xiàn)場(chǎng)排除故障;

        4)每2年應(yīng)清洗水泵電機(jī)風(fēng)葉一次。

        3.三通閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)維護(hù)

        1)每月巡檢中對(duì)三通閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連桿銷(xiāo)軸進(jìn)行檢查,每3個(gè)月加注適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑;

        2)每年停機(jī)檢修時(shí),手動(dòng)進(jìn)行三通閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

        4.電磁閥線(xiàn)圈更換

        1)利用小螺絲刀擰開(kāi)電磁閥線(xiàn)圈側(cè)邊接頭上的螺絲,拆下電纜接頭;

        2)利用扳手?jǐn)Q開(kāi)電磁閥線(xiàn)圈頂端的螺母及墊片,輕輕向上拔出線(xiàn)圈,露出底座閥桿;

        3)將新線(xiàn)圈裝入底座閥桿;

        4)將墊片及螺母擰入閥桿螺紋,扳手?jǐn)Q緊;

        5)將電纜接頭插入線(xiàn)圈的接線(xiàn)柱,小螺絲刀擰緊。

        四、高瀾公司水冷系統(tǒng)與ABB水冷系統(tǒng)的分析比較

        1.主水過(guò)濾器

        主水過(guò)濾器的位置ABB設(shè)計(jì)Z1在波紋管W1和逆止閥V81之間,Z2在波紋管W2和逆止閥V82之間。在高瀾公司的設(shè)計(jì)中,做了相關(guān)改進(jìn),將主水過(guò)濾器設(shè)在閥外冷設(shè)備出口至閥體進(jìn)口管路之間,采用1用1備設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)拆下清洗,同時(shí)在過(guò)濾器兩端各增加一個(gè)壓力表,當(dāng)檢測(cè)到壓差大于定值時(shí),發(fā)出相應(yīng)的告警,便于系統(tǒng)的維護(hù)。

        2.原水處理回路

        原水處理回路上,高瀾公司的設(shè)計(jì)中采用了兩臺(tái)補(bǔ)水泵,自動(dòng)運(yùn)行,互為備用。原水泵出水設(shè)置Y型過(guò)濾器,并在過(guò)濾器前后設(shè)置壓力表 ,壓力信號(hào)送入系統(tǒng),當(dāng)壓差大于預(yù)設(shè)置,告警提示更換Y型過(guò)濾器。

        3.動(dòng)力回路

        閥冷系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備電源分開(kāi)兩路,以有效預(yù)防由于電源切換裝置不成功導(dǎo)致主循環(huán)泵和外冷設(shè)備均停運(yùn)的故障發(fā)生。如一路電源故障同時(shí)又電源切換裝置故障時(shí),閥冷系統(tǒng)可以保證有一臺(tái)設(shè)備正常運(yùn)行,提高系統(tǒng)可靠性。在高瀾公司的設(shè)計(jì)中,變頻器的設(shè)計(jì)與ABB存在較大的差異。高瀾公司設(shè)計(jì)有工頻運(yùn)行回路,而ABB均為變頻運(yùn)行,若變頻器出現(xiàn)故障,易導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。

        4.控制回路

        (1)關(guān)于主循環(huán)泵的控制,ABB采用變頻器回路控制轉(zhuǎn)速,變頻器始終運(yùn)行,變頻器故障直接導(dǎo)致主循環(huán)泵不能運(yùn)行;而高瀾采用變頻器和工頻兩個(gè)回路進(jìn)行控制,啟動(dòng)時(shí)采用變頻器,3秒后切到工頻回路運(yùn)行,變頻器故障不會(huì)引起主循環(huán)泵不能運(yùn)行。

        (2)高瀾換流閥冷卻系統(tǒng)的內(nèi)冷系統(tǒng)較ABB換流閥冷卻系統(tǒng)增加了1個(gè)原水罐和1臺(tái)原水泵,而補(bǔ)水泵則增加為2臺(tái)。這樣設(shè)計(jì)的好處是在輕微滲水的情況下,原水罐的水可自動(dòng)補(bǔ)充到膨脹罐中,從而避免膨脹罐水位降低引起直流系統(tǒng)停運(yùn)。

        (3)高瀾換流閥冷卻系統(tǒng)水回路設(shè)計(jì)一般為冗余設(shè)計(jì),即在一個(gè)元件出現(xiàn)故障時(shí)可以將備用的元件投入運(yùn)行,不需要將冷卻系統(tǒng)停運(yùn)即可更換故障元件,如更換離子交換罐的樹(shù)脂、主水過(guò)濾器等等。

        五、結(jié)論

        對(duì)ABB換流閥冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)建議:

        1.將主循環(huán)泵的電源回路改為變頻器和工頻兩個(gè)回路,并修改相關(guān)控制功能。

        2.建議增加1個(gè)原水罐和1臺(tái)原水泵,增加1臺(tái)補(bǔ)水泵。

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