王輝 閏興龍 王強(qiáng) 姜海波

摘 要：國(guó)內(nèi)高壓直流輸電工程換流閥水冷系統(tǒng)模擬與分析研究滯后，本文以建立一個(gè)與實(shí)際運(yùn)行相識(shí)的換流閥水冷模擬裝置為目標(biāo)，滿足換流站運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)模擬培訓(xùn)、離線或者實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，為換流閥水冷系統(tǒng)各種工況下故障診斷、性能預(yù)測(cè)、控制方式優(yōu)化的研究創(chuàng)造一種應(yīng)用環(huán)境。

關(guān)鍵詞：水冷系統(tǒng)；模擬裝置；分析；培訓(xùn)

隨著高壓直流輸電工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電壓等級(jí)也越來(lái)越高，因此對(duì)直流輸電工程中換流閥及其水冷設(shè)備要求也日漸嚴(yán)格，并且對(duì)其運(yùn)行人員的知識(shí)技能也提出了更高的要求。但目前，國(guó)內(nèi)高壓直流換流閥純水水冷系統(tǒng)模擬與分析研究滯后，因此，本文以建立一個(gè)與實(shí)際運(yùn)行相識(shí)的高壓直流輸電工程換流閥水冷模擬裝置為目標(biāo)，開(kāi)展模擬培訓(xùn)、數(shù)據(jù)分析，提升現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員技術(shù)水平。

1 換流閥水冷系統(tǒng)介紹

國(guó)內(nèi)直流±800kV直流輸電工程水冷系統(tǒng)通常采用的是ABB公司生產(chǎn)的水冷系統(tǒng)。以復(fù)龍換流站為例，每極高、低端換流閥各配置一套獨(dú)立的水冷系統(tǒng)，全站共四套。該系統(tǒng)由兩個(gè)水冷循環(huán)系統(tǒng)組成：一是內(nèi)水冷循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)帶含氧量的去離子水對(duì)換流閥晶閘管進(jìn)行水冷；二是外水冷循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)水冷塔對(duì)內(nèi)水冷進(jìn)行水冷。外冷水經(jīng)過(guò)軟化單元和反滲透單元處理之后合格的水，方可進(jìn)入平衡水池及水冷塔，且平衡水池安裝有一套砂濾系統(tǒng)，對(duì)平衡水池內(nèi)的外冷水實(shí)現(xiàn)24小時(shí)過(guò)濾。

內(nèi)冷水系統(tǒng)主要由主循環(huán)泵、ACS800變頻器、加熱器、機(jī)械過(guò)濾器、精細(xì)過(guò)濾器、離子交換器、除氣罐、高位膨脹水箱、補(bǔ)水箱、補(bǔ)水泵等組成。

外冷水系統(tǒng)主要由水冷塔、噴淋泵、電動(dòng)閥等部分組成。外冷水水處理系統(tǒng)主要由軟化單元、機(jī)械過(guò)濾單元、反滲透單元、砂濾單元、平衡水池等部分組成。

2 模擬裝置總體構(gòu)成

該模擬裝置以換流閥水冷系統(tǒng)為研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)際培訓(xùn)需求，建立模擬裝置所需各關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

2.1 模型設(shè)計(jì)

換流閥水冷系統(tǒng)可以采用機(jī)理建模和統(tǒng)計(jì)建模兩種方式開(kāi)展研究，并通過(guò)相互數(shù)據(jù)交換不斷優(yōu)化模型參數(shù)，使其更能接近實(shí)際運(yùn)行工況，具體實(shí)施方法如下所示：

（1）機(jī)理建模。換流閥水冷系統(tǒng)主要是由換流閥（晶閘管閥）、空氣水冷器兩部組成的循環(huán)系統(tǒng)。通常采用內(nèi)部機(jī)理分析，建立機(jī)理模型。

（2）統(tǒng)計(jì)建模。根據(jù)跨區(qū)電網(wǎng)換流站實(shí)際運(yùn)行工況，可以通過(guò)分析大量歷史數(shù)據(jù)，如溫度、流量、壓力、電導(dǎo)率等，采用先進(jìn)算法（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、相關(guān)向量機(jī)等）建立數(shù)學(xué)仿真模型。

2.2 工況預(yù)測(cè)與故障預(yù)警

根據(jù)上述建立的換流閥水冷系統(tǒng)模型，以國(guó)內(nèi)首個(gè)背靠背換流站換流閥水冷系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為研究背景，設(shè)計(jì)工況預(yù)測(cè)及故障預(yù)警專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)換流閥水冷系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)智能化判斷、評(píng)估的功能。

2.3 閥水冷系統(tǒng)培訓(xùn)

在建立換流閥水冷系統(tǒng)建模及故障預(yù)警的框架下，建立一個(gè)與實(shí)際換流閥水冷系統(tǒng)相似的模擬裝置，具有模擬正常運(yùn)行操作、模擬故障處理功能，可以開(kāi)展閥水冷系統(tǒng)運(yùn)維人員技能培訓(xùn)等工作；依據(jù)高壓直流輸電換流閥水冷系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范、運(yùn)行規(guī)范、檢修規(guī)范、狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則等，建立“運(yùn)維一體化”換流閥水冷系統(tǒng)培訓(xùn)模塊，實(shí)現(xiàn)規(guī)范與操作的統(tǒng)一。

3 模擬裝置硬件設(shè)計(jì)

該模擬裝置主要包含兩部分硬件系統(tǒng)，第一部分為物理仿真接口屏，主要用于模擬現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)變化觸發(fā)的保護(hù)邏輯，第二部分為教學(xué)培訓(xùn)機(jī)組，主要用于教學(xué)培訓(xùn)、學(xué)員操作、學(xué)員考核。

物理仿真接口屏：物理仿真接口屏由一套SIMATIC S7-300的控制系統(tǒng)組成，嵌入了閥冷控制系統(tǒng)的主要邏輯，I/O包含了閥冷主要設(shè)備開(kāi)關(guān)量信號(hào)以及閥冷所有儀表的模擬量信號(hào)。接口屏所處理的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)接入服務(wù)器。接口屏的4-20mA模擬器可以仿真、驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)出閥溫度、壓力，流量，液位，電導(dǎo)率的保護(hù)邏輯以及相關(guān)泵、閥的動(dòng)作邏輯，更全面的讓培訓(xùn)人員、檢修人員對(duì)閥冷現(xiàn)場(chǎng)邏輯的理解，同時(shí)也給現(xiàn)場(chǎng)故障的仿真推導(dǎo)提供了有力的依據(jù)。

教學(xué)培訓(xùn)機(jī)組主要由教員工作站、學(xué)員機(jī)、打印機(jī)等輔助設(shè)備組成，教員機(jī)以及學(xué)員機(jī)通過(guò)教學(xué)軟件進(jìn)行互動(dòng)，教員通過(guò)教員機(jī)給學(xué)員示范切換操作、運(yùn)行監(jiān)視及控制操作，同時(shí)教員機(jī)可以授權(quán)給學(xué)員機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作并進(jìn)行考核。

4 模擬軟件設(shè)計(jì)

模擬界面全部展現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備概貌，細(xì)化到管道方向、閥門(mén)等具有可操作的標(biāo)識(shí)，能用動(dòng)畫(huà)的形式予以展示，比如管道水的流動(dòng)性、閥門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉的狀態(tài)顯示、主泵的旋轉(zhuǎn)方向、膨脹罐水位變化動(dòng)態(tài)顯示、風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)顯示等，為故障模擬仿真提供直接畫(huà)面做好準(zhǔn)備。包括工藝流程圖和運(yùn)行曲線兩部分。

工藝流程圖可以對(duì)組件（泵與開(kāi)關(guān)等）進(jìn)行雙擊操作，可以啟動(dòng)和停止（打開(kāi)和關(guān)閉）組件狀態(tài)，從而影響系統(tǒng)環(huán)境狀態(tài)。當(dāng)在顯示故障模式下，可以清楚看到出現(xiàn)故障的組件設(shè)備，并且點(diǎn)擊后可以查看相應(yīng)的故障常規(guī)排查和處理方法。

5 結(jié)論

通過(guò)模擬裝置應(yīng)用于換流閥水冷系統(tǒng)，滿足換流站運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)模擬培訓(xùn)、離線或者實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，為換流閥水冷系統(tǒng)各種工況下故障診斷、性能預(yù)測(cè)、控制方式優(yōu)化的研究創(chuàng)造一種應(yīng)用環(huán)境。

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作者簡(jiǎn)介：王輝（1979-），男，本科，工程師，主要從事?lián)Q流站運(yùn)維技術(shù)工作。