張家興，朱旭東

(中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司昆明局，昆明 650217)

0 前言

云廣特高壓直流輸電工程(以下簡稱云廣直流)是世界首條±800 kV 特高壓直流輸電工程，它的滿負(fù)荷輸電量可達(dá)5 000 MW。閥冷系統(tǒng)是直流輸電工程中重要的輔助設(shè)備，它對(duì)閥塔上的各個(gè)元件進(jìn)行冷卻，保證換流閥運(yùn)行溫度在正常范圍內(nèi)［1］。閥冷系統(tǒng)直接影響到換流閥的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而流量是閥冷系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo):流量過小，換流閥不能得到充分的冷卻，溫度升高導(dǎo)致設(shè)備損壞;流量過大，產(chǎn)生壓力過大，長時(shí)間運(yùn)行可能使水管破損。因此要求閥冷系統(tǒng)流量在合適的范圍內(nèi)，流量傳感器則是對(duì)該參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備。

1 故障經(jīng)過

換流站閥冷系統(tǒng)報(bào)出內(nèi)冷水流量告警和系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)HMI 界面上和閥冷控制面板所顯示內(nèi)冷水主水回路流量均為0 L/min，閥冷系統(tǒng)運(yùn)行正常未發(fā)出直流跳閘信號(hào)。故障原因?yàn)榱髁總鞲衅鰾100 變送器部分損壞。

1.1 硬件配置

根據(jù)設(shè)計(jì)，云廣直流閥冷系統(tǒng)在進(jìn)閥主水路中配置了一只流量傳感器，如圖1［2］所示。用于實(shí)時(shí)監(jiān)測主水管路的內(nèi)冷水流量，并通過信號(hào)線將數(shù)據(jù)傳至控制系統(tǒng)，使其在程序中對(duì)閥冷系統(tǒng)的工況做出判斷。

1.2 軟件配置

進(jìn)閥壓力傳感器B106 和B100 進(jìn)行冗余配置，以提高閥冷系統(tǒng)的防誤動(dòng)能力。其跳閘邏輯［3］如圖2 所示。

圖1 主水路中的流量傳感器B100

圖2 閥冷系統(tǒng)流量低跳閘邏輯

由圖2 控制保護(hù)邏輯可知:當(dāng)系統(tǒng)未判定流量傳感器B100 故障時(shí)，流量低于定值則發(fā)出跳閘信號(hào);當(dāng)系統(tǒng)判定流量傳感器故障時(shí)，壓力傳感器B106 所測壓力低于定值則發(fā)出跳閘信號(hào)。根據(jù)設(shè)置，傳感器輸出的信號(hào)電流正常值為4 mA～20 mA，若超過該范圍則判定傳感器故障。事實(shí)上，本次事件中閥冷控制系統(tǒng)及時(shí)判定傳感器故障，因此未發(fā)出跳閘指令，否則閥冷系統(tǒng)將因流量低而導(dǎo)致直流閉鎖。

當(dāng)流量傳感器B100 和壓力傳感器B106 同時(shí)故障時(shí)，閥冷系統(tǒng)將跳閘，跳閘邏輯［3］如圖3:

圖3 閥冷系統(tǒng)冗余傳感器同時(shí)故障跳閘邏輯

1.3 電源配置

云廣直流工程閥冷系統(tǒng)直流電源回路［4］如圖4 所示。

圖4 閥冷系統(tǒng)直流電源回路

閥冷系統(tǒng)共有兩路外部220 V 直流電源，分別通過電源模塊轉(zhuǎn)為24 V 直流電，再經(jīng)二極管耦合形成一路24 V 直流母線，在母線上配置8 只直流空開－F03～－F10 對(duì)所有24 V 負(fù)荷進(jìn)行供電，其中傳感器B100 和B106 均由空開－F06 供電。

2 流量傳感器配置隱患分析

2.1 硬件配置隱患分析

由于流量低可以引起閥冷系統(tǒng)跳閘，因此配置單只傳感器風(fēng)險(xiǎn)較大，容易引起保護(hù)誤動(dòng)。

2.2 軟件配置隱患分析

圖2 的控制邏輯中，在流量傳感器正常時(shí)壓力傳感器B106 并未參與邏輯判斷，僅當(dāng)B100 故障時(shí)B106 才作為流量保護(hù)的判據(jù)，即軟件上的配置并未實(shí)現(xiàn)真正意義上的冗余。若B100 傳感器出現(xiàn)故障且控制系統(tǒng)不能及時(shí)判斷(信號(hào)電流在正常范圍內(nèi))，閥冷系統(tǒng)將極有可能因傳感器誤策而導(dǎo)致直流閉鎖，故需對(duì)跳閘邏輯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。

圖3 的控制邏輯中設(shè)定兩傳感器同時(shí)故障則閥冷系統(tǒng)跳閘，由于傳感器故障僅表示控制系統(tǒng)失去了對(duì)閥冷流量、壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測，閥冷仍可正常運(yùn)行，換流閥也處于正常的工作狀況，所以該邏輯設(shè)置不合理。

2.3 直流電源配置隱患分析

1)根據(jù)圖4 可知經(jīng)電源模塊和二極管耦合后僅有一條24 V 母線，若母線出現(xiàn)短路、接地等故障時(shí)，閥冷系統(tǒng)將停運(yùn)，直流閉鎖;

2)流量傳感器B100 和壓力傳感器B106 均由－F06 控制，誤斷該空開后，閥冷系統(tǒng)將同時(shí)報(bào)出兩傳感器故障，最終導(dǎo)致直流閉鎖。

3 優(yōu)化措施

3.1 硬件優(yōu)化方案

在閥冷系統(tǒng)出閥管道中新增流量傳感器，實(shí)現(xiàn)流量傳感器的冗余化配置。

3.2 軟件優(yōu)化方案

針對(duì)流量保護(hù)邏輯的設(shè)計(jì)缺陷，可將邏輯作如圖5 所示的修改，以實(shí)現(xiàn)流量、壓力在軟件中的冗余配置:

圖5 優(yōu)化后的閥冷系統(tǒng)流量低故障跳閘邏輯

通過邏輯優(yōu)化，在兩傳感器均正常時(shí)，當(dāng)流量、壓力同時(shí)低于跳閘定值，閥冷系統(tǒng)發(fā)出跳閘命令;當(dāng)傳感器有一故障，則性能正常的傳感器測量值低于跳閘定值時(shí)，閥冷系統(tǒng)發(fā)出跳閘命令。

對(duì)冗余傳感器同時(shí)故障保護(hù)邏輯，可采取長延時(shí)跳閘的方式，既保留該保護(hù)邏輯，又提供充分的故障處理時(shí)間，修改邏輯示意圖如圖6:

圖6 優(yōu)化后的閥冷系統(tǒng)冗余傳感器同時(shí)故障跳閘邏輯

3.3 電源回路優(yōu)化方案

針對(duì)24 V 直流母線不滿足冗余配置要求的情況，可通過實(shí)施技改項(xiàng)目，為閥冷系統(tǒng)新增一條24 V 母線，示意圖如圖7 所示:

圖7 優(yōu)化后冗余配置的閥冷系統(tǒng)24 V 直流母線示意圖

對(duì)于斷開單只直流空開導(dǎo)致流量傳感器B100和壓力傳感器B106 同時(shí)故障的隱患，需將兩者電源空開獨(dú)立配置，保證設(shè)備的完全冗余，提高抗擾動(dòng)能力。

4 結(jié)束語

1)云廣直流工程閥冷系統(tǒng)目前僅配置一只流量傳感器，需進(jìn)行冗余化配置改造。

2)流量傳感器安裝工程浩大，在安裝工作完成前先在軟件的控制程序中將壓力與流量配合以實(shí)現(xiàn)冗余，可以有效提高流量保護(hù)的可靠性。

3)閥冷系統(tǒng)直流供電可靠性不強(qiáng)，需增設(shè)24 V 直流母線并將具備跳閘功能的傳感器電源空開完全獨(dú)立。

［1］超高壓輸電公司安寧局.±800 kV 云廣特高壓直流輸電工程楚雄換流站運(yùn)行規(guī)程［Z］.昆明:中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司安寧局，2012.

［2］西門子公司.楚雄換流站閥冷系統(tǒng)流程圖［Z］.德國:西門子公司，2007.

［3］西門子公司.楚雄換流站閥冷系統(tǒng)控制保護(hù)程序［Z］.德國:西門子公司，2007.

［4］西門子公司.云南－廣東±800 kV 直流輸電工程楚雄換流站閥冷系統(tǒng)配屏圖［Z］.德國:西門子公司，2005.