供稿|李宗紅，肖惠寧，周金龍，何瀟，郭新良，劉安琳 / LI Zong-hong, , XIAO Hui-ning, ZHOU Jinglong, HE Xiao, GUO Xin-liang, LIU An-lin

作者單位：1. 華北電力大學(xué)(保定)，河北 保定 071003；2. 云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650217；3. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650000；4. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖馬龍供電局，云南 馬龍 655199

內(nèi)容導(dǎo)讀我國(guó)獨(dú)特的西電東送、南北互供電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略使得高壓直流輸電在我國(guó)具有較好的發(fā)展前景。換流閥是高壓直流輸電的核心設(shè)備之一，但其在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這就需要閥冷卻水系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行冷卻。因此，對(duì)高壓換流站直流換流閥冷卻水處理優(yōu)化技術(shù)研究很有必要。本文對(duì)閥冷卻水系統(tǒng)隱患進(jìn)行排查，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)換流閥的安全穩(wěn)定運(yùn)行將具有深遠(yuǎn)意義，對(duì)國(guó)內(nèi)高壓直流輸電具有借鑒作用。

高壓直流輸電從1954年問(wèn)世以來(lái)，先后經(jīng)歷了4次大型變革：1954年用汞弧換流器作換流閥；1972年用可控硅閥換流器作換流閥；1976年微型處理器應(yīng)用于控制保護(hù)系統(tǒng)上；20世紀(jì)80年代許多新型的電力電子器件如金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、大功率雙極晶體管(BJT)等涌現(xiàn)并廣泛應(yīng)用于工業(yè)上。這些新設(shè)備的不斷出現(xiàn)和變革為高壓直流輸電技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展提供了契機(jī)[1]。此外，高壓直流輸電與高壓交流輸電相比具有許多優(yōu)勢(shì)：(1)高壓直流輸電和與之相連的交流輸電系統(tǒng)的頻率、相位無(wú)關(guān)。(2)高壓直流輸電在輸電過(guò)程中只傳送有功功率，并且可以實(shí)現(xiàn)大容量、長(zhǎng)距離輸電。(3)高壓直流輸電的傳送功率(包括大小和方向)可實(shí)現(xiàn)快速可控。(4)高壓直流輸電一次投資較大，后期線路維護(hù)調(diào)控費(fèi)用少[2-5]。我國(guó)幅員遼闊，西電東送、南北互供的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)大容量、長(zhǎng)距離輸電需求越來(lái)越明顯，這使得高壓直流輸電在中國(guó)占據(jù)著越來(lái)越重要的地位[6-10]。

換流閥是高壓直流輸電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換最核心和最關(guān)鍵的部件，正常運(yùn)行時(shí)承受著高電壓和大電流，其換流閥內(nèi)部的可控硅元件將會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。這時(shí)，為防止可控硅元件溫度過(guò)高而損壞，就需要設(shè)置閥冷卻水系統(tǒng)將可控硅元件上多余的熱量帶走[11-12]。這使得閥冷卻水系統(tǒng)成為了一個(gè)“屬于輔助但實(shí)際中卻處于絕對(duì)核心地位”極其特殊的系統(tǒng)，它直接關(guān)系到換流閥運(yùn)行安全。此外，閥冷卻水系統(tǒng)還可直接發(fā)出單雙極閉鎖、停運(yùn)指令。因此，高效可靠的閥冷卻水系統(tǒng)是確保換流閥安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

但實(shí)際上，閥冷卻水系統(tǒng)的子系統(tǒng)設(shè)備較多，是動(dòng)態(tài)運(yùn)行的而非靜止設(shè)備。傳統(tǒng)慣性思維使得對(duì)水系統(tǒng)設(shè)備可靠性重視程度遠(yuǎn)不及電氣設(shè)備。因此，在實(shí)際運(yùn)行中閥冷卻水系統(tǒng)成為高壓直流系統(tǒng)中故障概率最高的設(shè)備之一，嚴(yán)重影響高壓直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對(duì)閥冷卻水系統(tǒng)故障進(jìn)行研究分析，找出閥冷卻水系統(tǒng)的隱患，提出相應(yīng)的防范和解決措施，對(duì)換流閥的安全穩(wěn)定運(yùn)行將具有深遠(yuǎn)意義。

閥冷卻水系統(tǒng)

閥冷卻水系統(tǒng)由閥外冷水系統(tǒng)和閥內(nèi)冷水系統(tǒng)構(gòu)成[13]，閥內(nèi)冷水系統(tǒng)負(fù)責(zé)將閥組件產(chǎn)生的的熱量排放到閥廳外，保證換流閥組件晶閘管在可控的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，然后閥外冷水系統(tǒng)又將內(nèi)冷水系統(tǒng)的熱量帶走，排放到大氣環(huán)境中，保證內(nèi)冷水系統(tǒng)具有持續(xù)的冷卻能力。內(nèi)冷水系統(tǒng)和外冷水系統(tǒng)共同合作完成對(duì)換流閥的持續(xù)冷卻，從而保證了其安全穩(wěn)定運(yùn)行。圖1為閥冷卻水系統(tǒng)原理圖。

圖1 閥冷卻水系統(tǒng)原理圖

閥內(nèi)冷水系統(tǒng)是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)[14-17]，由三個(gè)主要回路構(gòu)成：主水回路、穩(wěn)壓回路和水處理回路。圖2為閥內(nèi)冷水系統(tǒng)流程圖。如圖所示，主水回路由主循環(huán)泵、脫氣罐、管道等構(gòu)成；穩(wěn)壓回路由氮?dú)馄?、膨脹罐?gòu)成；水處理回路由離子交換樹(shù)脂、補(bǔ)水泵等構(gòu)成。主水回路連接換流閥和閥外冷水系統(tǒng)換熱器，將熱量源源不斷地排出換流閥；水處理回路持續(xù)地對(duì)主水回路的一小部分水進(jìn)行處理，除去水中雜質(zhì)并且對(duì)補(bǔ)水進(jìn)行處理，保證主水回路內(nèi)冷水持續(xù)、穩(wěn)定的質(zhì)量；穩(wěn)壓回路用于緩沖系統(tǒng)水容積變化、隔絕空氣和保持壓力恒定等。

圖2 換流閥內(nèi)冷水系統(tǒng)圖

閥外冷水系統(tǒng)有兩種冷卻方式：水冷和風(fēng)冷。風(fēng)冷方式適用于寒冷地區(qū)，通過(guò)風(fēng)機(jī)將冷風(fēng)吹到換熱盤(pán)管外表面，使得換熱盤(pán)管內(nèi)的閥冷卻水得到冷卻。水冷則是在冷卻塔內(nèi)通過(guò)噴淋外冷水到換熱盤(pán)表面，使得換熱盤(pán)管內(nèi)的閥冷卻水得到冷卻。相比風(fēng)冷，水冷方式更具有普遍性，本文主要討論水冷方式。水冷方式的閥外冷系統(tǒng)也是由三部分組成，分別是軟化單元、反滲透單元及噴淋單元。圖3為換流閥外冷(水冷)系統(tǒng)圖。如圖所示，軟化單元和反滲透單元設(shè)備比較簡(jiǎn)單，僅僅有軟化設(shè)備和反滲透設(shè)備；噴淋單元比較復(fù)雜，由水冷冷卻塔、噴淋池及噴淋泵組成。

圖3 換流閥外冷(水冷)系統(tǒng)圖

故障排查及措施

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1990—2015年，我國(guó)29座直流換流站發(fā)生過(guò)160多次故障，其中故障涉及到直流換流閥冷卻水系統(tǒng)有43次，占了總故障次數(shù)的1/4。直流換流閥冷卻水系統(tǒng)發(fā)生的43次事故主要的事故類(lèi)型有緊急(被迫)停運(yùn)、跳閘、單(雙)極閉鎖、告警以及降功率，其中80%的故障造成了嚴(yán)重后果。因此，對(duì)直流換流閥冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行故障分析以及隱患排查對(duì)換流站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有深遠(yuǎn)意義。

外冷水系統(tǒng)缺陷

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)顯示，直流換流閥出現(xiàn)的43次故障中有8次出現(xiàn)在閥外冷水系統(tǒng)，分別為2次水質(zhì)故障、3次水淹、1次水位傳感器誤觸發(fā)、2次電源故障，并且這8次故障都分別導(dǎo)致了直流換流閥閉鎖、跳閘或停運(yùn)，對(duì)換流站的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了一定的影響。外冷水系統(tǒng)故障對(duì)換流閥運(yùn)行不是直接的過(guò)程而是一個(gè)間接的過(guò)程，其影響過(guò)程如圖4所示。外冷水系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，會(huì)導(dǎo)致冷卻容量不足，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)冷水水溫過(guò)高從而出現(xiàn)閉鎖、跳閘及停運(yùn)的事故發(fā)生。

針對(duì)外冷水出現(xiàn)的這8次故障提出相應(yīng)的措施進(jìn)行解決。對(duì)于3次水淹導(dǎo)致的故障重在預(yù)防，尤其是在雨量較多的地方建的換流站，應(yīng)該及時(shí)關(guān)注天氣情況，時(shí)常對(duì)排水泵進(jìn)行檢查或者是增加排水泵的冗余，減少外冷水系統(tǒng)水淹的可能性。針對(duì)2次電源故障解決措施可以是增加站用電供電冗余。對(duì)于傳感器誤觸發(fā)的故障也是重在預(yù)防，應(yīng)該優(yōu)化控制系統(tǒng)如采用雙傳感器。而對(duì)于2次水質(zhì)故障應(yīng)該引起重視，水質(zhì)故障是一個(gè)累積過(guò)程，水質(zhì)較差在初期是看不出問(wèn)題的，但是隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕結(jié)垢會(huì)慢慢累積，最終將會(huì)導(dǎo)致較大的故障，引起較大損失。此外，水質(zhì)較差時(shí)，不僅會(huì)有腐蝕結(jié)垢產(chǎn)生還會(huì)有藻類(lèi)及細(xì)菌生長(zhǎng)，藻類(lèi)生長(zhǎng)嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致其外冷水系統(tǒng)管道堵塞。因此，提高外冷水系統(tǒng)水質(zhì)狀況對(duì)閥冷卻水系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行有著較為重要的作用。

圖4 換流閥外冷水系統(tǒng)故障影響途徑

內(nèi)冷水系統(tǒng)隱患排查

相比外冷水系統(tǒng)，內(nèi)冷水系統(tǒng)故障情況就較為復(fù)雜多樣。在43次與閥冷卻水系統(tǒng)相關(guān)的故障中有35次出現(xiàn)在內(nèi)冷水系統(tǒng)，其中電源回路故障6次、控制系統(tǒng)故障8次、機(jī)械水路故障19次、水質(zhì)故障2次。內(nèi)冷水系統(tǒng)故障類(lèi)型較多，需要逐個(gè)分析其故障原因并提出相應(yīng)的解決措施。

◆ 電源回路故障

涉及到內(nèi)冷水系統(tǒng)的電源回路故障有6次，占內(nèi)冷水系統(tǒng)故障的17%，主要包括電源失電故障和電源切換失敗導(dǎo)致的故障，其影響途徑都是出現(xiàn)電源回路故障后導(dǎo)致主泵等用電設(shè)備停運(yùn)或者不能正常啟動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致單極閉鎖或者被迫停運(yùn)事故。電源失電故障產(chǎn)生原因主要是回路電源采用單回路缺乏備用冗余，一旦線路出現(xiàn)故障就會(huì)直接引起電源失電故障。解決措施重在預(yù)防，電源供電線路更換為雙回路供電，提高其安全穩(wěn)定性。電源切換故障被報(bào)道是在1990年南橋換流站，其主要原因是線路自切回路設(shè)計(jì)不當(dāng)，解決方案為優(yōu)化線路設(shè)計(jì)。

◆ 控制系統(tǒng)故障

涉及到內(nèi)冷水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)故障有8次，占內(nèi)冷水系統(tǒng)故障的23%，主要為傳感器故障和控制保護(hù)故障。傳感器故障主要是由于測(cè)量誤差或者儀表出問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)超過(guò)定值，進(jìn)而引起直流閉鎖、降功率等事故發(fā)生。如2007年6月23日南橋換流站極Ⅰ內(nèi)冷水3B支流流量傳感器出現(xiàn)故障，誤報(bào)流量低導(dǎo)致極Ⅰ直流閉鎖[13]；2005年10月15日鵝城換流站由于溫度傳感器故障引起測(cè)量誤差，進(jìn)而引起降功率運(yùn)行[13]。解決措施主要從三個(gè)方面考慮：其一要從傳感器邏輯控制系統(tǒng)出發(fā)，優(yōu)化溫度、水位、流量、壓力保護(hù)等方面的邏輯控制。如流量傳感器，取消水冷分支流量跳閘的功能，保留其報(bào)警功能。其二，考慮冗余方面，對(duì)可能導(dǎo)致閉鎖的流量計(jì)、水位計(jì)、壓力計(jì)等進(jìn)行雙重化改造。其三，定期對(duì)各傳感器進(jìn)行檢查，確保各接線端子牢固、底座安裝牢固、絕緣性能良好。控制保護(hù)故障主要是一些參考值選取欠佳，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗干擾差造成的。如2009年8月15日，高嶺換流站，由于廠家設(shè)置的微分泄露定值不當(dāng)(太靈敏)，在膨脹水箱超過(guò)定值后，微分泄露保護(hù)誤觸發(fā)導(dǎo)致單元1閉鎖[18]。解決措施可以從兩方面考慮，其一，從各控制保護(hù)定值出發(fā)，依據(jù)各換流站的實(shí)際情況設(shè)置更為合理的保護(hù)定值。如高齡換流站微分泄露保護(hù)定值從連續(xù)三次10 s內(nèi)膨脹水箱水位下降3 mm改為6 mm，單元1運(yùn)行正常。其二，從控制保護(hù)軟件系統(tǒng)考慮，優(yōu)化邏輯控制。

◆ 機(jī)械水路故障

涉及到內(nèi)冷水的機(jī)械水路故障有19次，占內(nèi)冷水故障的54%，是內(nèi)冷水系統(tǒng)出現(xiàn)故障最多的地方。主要故障類(lèi)型為腐蝕、結(jié)垢、堵塞、漏水等，故障類(lèi)型復(fù)雜多樣，需要具體分析。

1) 內(nèi)冷水系統(tǒng)的腐蝕問(wèn)題。

內(nèi)冷水系統(tǒng)腐蝕問(wèn)題主要出現(xiàn)在兩個(gè)地方，一個(gè)是散熱器腐蝕，一個(gè)是均壓電極密封圈腐蝕[21]。

散熱器是內(nèi)冷水系統(tǒng)的核心部件之一，將可控硅閥產(chǎn)生的熱量通過(guò)內(nèi)冷水源源不斷地帶出換流閥，保證換流閥安全穩(wěn)定運(yùn)行。散熱器的主要材質(zhì)是鋁合金，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行一段時(shí)間后散熱器內(nèi)部會(huì)有一定程度的腐蝕，其腐蝕類(lèi)型主要是點(diǎn)蝕。對(duì)散熱器腐蝕目前有三種解釋?zhuān)湟皇钦J(rèn)為散熱器腐蝕存在電解腐蝕，內(nèi)冷水系統(tǒng)采用去離子水作為內(nèi)冷水，電導(dǎo)率≤0.5 μS/cm，不同電位晶閘管散熱器、水冷電阻、水冷電抗器之間充滿(mǎn)了內(nèi)冷水，這就導(dǎo)致不同電位的金屬器件之間的水路中會(huì)產(chǎn)生電解電流，電解電流使得這些金屬件產(chǎn)生有不同程度的電解腐蝕。其二，金屬鋁在酸性堿性條件下都會(huì)發(fā)生腐蝕。由于內(nèi)冷水呈現(xiàn)微酸或微堿，且散熱器的主要材質(zhì)是鋁合金，因此散熱器會(huì)有一定程度的鋁腐蝕。其三，內(nèi)冷水系統(tǒng)水處理回路中的離子交換樹(shù)脂粉末會(huì)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)有一部分泄露到水路中，泄露出的樹(shù)脂粉末會(huì)吸附到散熱器表面，這些樹(shù)脂粉末和散熱器表面的材質(zhì)鋁形成一個(gè)堿性小環(huán)境從而對(duì)散熱器產(chǎn)生堿腐蝕。散熱器的腐蝕目前還在處于研究階段，還沒(méi)有產(chǎn)生一個(gè)定論，樹(shù)脂粉末泄露引起散熱器腐蝕認(rèn)同度較高。對(duì)應(yīng)其腐蝕產(chǎn)生的原因可以有針對(duì)性的措施。針對(duì)電解腐蝕，目前常用的方法是安裝均壓電極，這個(gè)方法已經(jīng)被廣泛采用。針對(duì)鋁腐蝕，可以從水處理方面著手，優(yōu)化水處理回路，提高內(nèi)冷水的水質(zhì)。對(duì)應(yīng)樹(shù)脂粉末引起的堿腐蝕，可以從兩個(gè)方面考慮：一方面可從旁路過(guò)濾器方面考慮，減小過(guò)濾器的孔徑，盡可能多的過(guò)濾樹(shù)脂粉末。另一方面可以從流速上考慮，降低水處理回路水流速度，可以在一定程度上減少樹(shù)脂粉末的泄露。

圖5 均壓電極密封圈腐蝕對(duì)比圖

在安裝均壓電極的過(guò)程中，為了避免漏水，會(huì)在均壓電極上安裝密封圈。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行一段時(shí)間后密封圈會(huì)有一定程度的腐蝕，在故障統(tǒng)計(jì)中顯示涉及到內(nèi)冷水系統(tǒng)的35次故障中有4次是密封圈腐蝕漏水(其腐蝕對(duì)比如圖5)。密封圈腐蝕漏水的原因也可以從三個(gè)方面解釋?zhuān)浩湟怀粞醺g，均壓電極會(huì)結(jié)垢，垢質(zhì)具有絕緣性質(zhì)并且均壓電極結(jié)垢從尖端開(kāi)始向根部發(fā)展，結(jié)垢后的均壓電極尖端結(jié)垢較厚會(huì)呈現(xiàn)高阻性，而根部結(jié)垢較薄導(dǎo)電性較好從而使其電流密度較大，當(dāng)電流密度達(dá)到一定程度就會(huì)電解產(chǎn)生臭氧，臭氧便將密封圈腐蝕。其二，安裝均壓電極的過(guò)程中，操作不當(dāng)，過(guò)于擰緊導(dǎo)致其密封圈損壞。其三，設(shè)計(jì)不合理，未考慮實(shí)際情況。如天廣直流換流站最初的均壓電極安裝沒(méi)有考慮實(shí)際情況，安裝結(jié)構(gòu)無(wú)骨架，安裝后的均壓電極密封圈暴露在了因均壓電極結(jié)垢而產(chǎn)生臭氧的環(huán)境中，導(dǎo)致其密封圈腐蝕進(jìn)而引起密封圈漏水。針對(duì)密封圈腐蝕原因建議：(1)減少水垢產(chǎn)生；(2)密封圈改進(jìn)，對(duì)密封圈的各項(xiàng)參數(shù)如硬度等相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在安裝過(guò)程中依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行安裝；(3)對(duì)均壓電極進(jìn)行改造，提高其自密性和預(yù)密性[19]。

2) 內(nèi)冷水系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題。

內(nèi)冷水系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題，最主要的是均壓電極結(jié)垢問(wèn)題。為了減少內(nèi)冷水系統(tǒng)的電解腐蝕，現(xiàn)在換流站內(nèi)冷水系統(tǒng)一般都在其閥段并聯(lián)水路的進(jìn)、出匯流管及其他相應(yīng)位置安裝了電極[20-24]。閥塔均壓電極安裝位置有3處：(1)閥組件匯流管內(nèi)電極，安裝在閥段兩端對(duì)應(yīng)的進(jìn)、出水管內(nèi)，如圖6所示，E1、E2、E7、E8為陰極電極，E3、E4、E5、E6為陽(yáng)極電極[25]；(2)安裝在組件匯流管與S型主水管連接處；(3)S型主水管電極，安裝在S型主水管的首端、尾端以及閥層之間。

圖6 閥組件內(nèi)均壓電極的安裝位置

均壓電極的安裝在一定程度上減少了散熱器的電解腐蝕，但也產(chǎn)生一些其他問(wèn)題，其主要問(wèn)題便是結(jié)垢，如圖7所示。均壓電極結(jié)垢會(huì)產(chǎn)生一系列相關(guān)問(wèn)題，如均壓電極密封圈腐蝕、過(guò)濾器堵塞等。對(duì)結(jié)垢后的均壓電極進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，順流閥陰極側(cè)結(jié)垢較為嚴(yán)重逆流閥陽(yáng)極側(cè)較為嚴(yán)重，垢質(zhì)的主要成分為β三羥基鋁石(96%～98%)，次要成分為α三水鋁石(2%～3%)。目前均壓電極結(jié)垢原因還處于研究階段，還沒(méi)有定論，主流觀點(diǎn)認(rèn)為是由于散熱器腐蝕，腐蝕產(chǎn)物以[Al(OH)4]–形式存在，最終沉積到均壓電極上。依據(jù)這一原因分析，可以對(duì)應(yīng)提出改進(jìn)措施。改進(jìn)措施從均壓電極的設(shè)計(jì)安裝和運(yùn)行維護(hù)方面考慮。在設(shè)計(jì)方面，張培東等[22]提出了一些改造方案，改造后的電極采用一體式金屬結(jié)構(gòu)，探針直徑由1 mm增為2 mm，電極強(qiáng)度得到較大提高。此外，考慮到電極檢查的方便，將水管上的電極孔直徑由1 mm擴(kuò)為4 mm，電極墊圈由探針末端移至水管外。在運(yùn)行維護(hù)方面，從結(jié)垢方面考慮，提高水質(zhì)狀況，減少散熱器的腐蝕，最終達(dá)到減少結(jié)垢的發(fā)生。

圖7 均壓電極結(jié)垢圖

3) 內(nèi)冷水系統(tǒng)堵塞問(wèn)題。

內(nèi)冷水系統(tǒng)堵塞問(wèn)題主要是主過(guò)濾器堵塞。內(nèi)冷水在閥塔上通過(guò)“毛細(xì)管”進(jìn)入散熱器內(nèi)部，內(nèi)冷水不斷循環(huán)將換流閥熱量帶走。為防止雜物進(jìn)入閥塔的“毛細(xì)管”導(dǎo)致水管堵塞和結(jié)垢，在內(nèi)冷水系統(tǒng)主回路上安裝主過(guò)濾器[26]。

對(duì)幾個(gè)換流站的堵塞物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)其堵塞物種類(lèi)較多，有垢樣、碎布、碎石、毛發(fā)以及墊片等。因此，可以推測(cè)主過(guò)濾器堵塞的原因可以有如下幾種：(1)碎布、碎石、毛發(fā)等可能是工程階段遺留在主泵處的U形水管、主管盲管、膨脹水箱等內(nèi)冷水管道“死區(qū)”中，最終被水流沖帶到主過(guò)濾上進(jìn)而引起其堵塞。(2)均壓電極上脫落部分垢質(zhì)，被內(nèi)冷水沖帶到主過(guò)濾器上進(jìn)而引起堵塞。針對(duì)其原因分析可以從換流站建造和運(yùn)行維護(hù)兩方面考慮。換流站建造方面，首先考慮管道設(shè)計(jì)，盡量減少“死區(qū)”的存在，如減小盲管的長(zhǎng)度，將其末端改為弧形并加裝閥門(mén)。其次考慮主過(guò)濾的冗余，設(shè)計(jì)備用主過(guò)濾器，主過(guò)濾器堵塞后可以切換至備用過(guò)濾器，消除因過(guò)濾器堵塞而導(dǎo)致緊急停運(yùn)事故發(fā)生。換流閥運(yùn)行維護(hù)方面，考慮提高內(nèi)冷水水質(zhì)，減少均壓電極結(jié)垢的發(fā)生。

◆ 水質(zhì)故障

涉及到內(nèi)冷水的水質(zhì)故障出現(xiàn)過(guò)2次，其原因是電導(dǎo)率超過(guò)定值。為了實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)冷水水質(zhì)，目前換流站用電導(dǎo)率作為衡量?jī)?nèi)冷水水質(zhì)的指標(biāo)，將內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)定為≤0.5 μS/cm。其改進(jìn)措施可以為增設(shè)其他內(nèi)冷水水質(zhì)指標(biāo)如含氧量、pH等，通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)協(xié)同衡量?jī)?nèi)冷水水質(zhì)。

◆ 內(nèi)冷水系統(tǒng)隱患

內(nèi)冷水系統(tǒng)故障是閥冷卻水系統(tǒng)故障的主要來(lái)源，對(duì)主要故障類(lèi)型進(jìn)行細(xì)致分析發(fā)現(xiàn)電源回路故障和控制系統(tǒng)故障主要原因是由于控制邏輯和冗余考慮不足導(dǎo)致的，因此要優(yōu)化其控制邏輯，增加重要設(shè)備的冗余量。而機(jī)械水路故障的主要原因最終都可追溯到水質(zhì)狀況和冗余上，提高水質(zhì)狀況可以從根本上解決機(jī)械水路故障問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)

高壓直流換流閥在我國(guó)具有良好的發(fā)展前途。換流閥系統(tǒng)中“屬于輔助但實(shí)際中卻處于絕對(duì)核心地位”的閥內(nèi)冷水系統(tǒng)，由于重視程度不夠，發(fā)生了多起由其故障引起的降功率、閉鎖、緊急停運(yùn)等事故，嚴(yán)重影響了換流站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)故障進(jìn)行分析，主要原因有：(1)控制邏輯方面不完善，導(dǎo)致一些誤觸發(fā)發(fā)生；(2)某些重要的設(shè)備冗余不足，導(dǎo)致其出現(xiàn)故障后，換流站只能被迫停運(yùn)；(3)水質(zhì)狀況有待提高。因此，應(yīng)該從三個(gè)方面采取措施以保障換流站的穩(wěn)定運(yùn)行：(1)不斷完善閥冷卻水系統(tǒng)的控制邏輯和控制軟件；(2)重要設(shè)備安裝備用設(shè)備，提高運(yùn)行穩(wěn)定性；(3)提高循環(huán)水水質(zhì)，減少腐蝕結(jié)垢的發(fā)生。

攝影 李景源