李陽(yáng) 張彥良 熊銀武 徐鴻

摘要：分析了魯西換流站閥冷系統(tǒng)的隱患排查過(guò)程以及實(shí)施的整改措施，可有效降低因閥冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致的直流系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)概率，為其他換流站的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)提供了參考。

關(guān)鍵詞：閥冷系統(tǒng);主循環(huán)泵;噴淋泵;隱患排查

0 引言

閥冷系統(tǒng)作為直流輸電系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它將換流閥上各元器件的功耗發(fā)熱量排放到閥廳外，以保證換流閥運(yùn)行溫度維持在正常范圍內(nèi)。閥冷系統(tǒng)直接影響著直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，因此，既要保證閥冷系統(tǒng)有足夠的冷卻容量，又要具備較高的運(yùn)行可靠性[1]。

1 魯西換流站閥冷系統(tǒng)

云南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)工程——魯西換流站，是目前世界上首次采用大容量柔性直流與常規(guī)直流組合模式的背靠背直流工程，柔性直流云南側(cè)、廣西側(cè)各一個(gè)閥廳，各配置一套獨(dú)立的閉式循環(huán)閥冷系統(tǒng)設(shè)備，常規(guī)直流云南側(cè)和廣西側(cè)共用一套閉式循環(huán)閥冷系統(tǒng)設(shè)備，用于維持換流閥運(yùn)行溫度在正常范圍內(nèi)。

魯西站閥冷系統(tǒng)主要包括：閥內(nèi)冷系統(tǒng)（主循環(huán)設(shè)備、內(nèi)冷水處理設(shè)備）、閥外冷系統(tǒng)（冷卻塔、噴淋泵組、外冷水處理系統(tǒng)）、內(nèi)外冷系統(tǒng)共用的電源和控制系統(tǒng)、工業(yè)水泵組以及整個(gè)系統(tǒng)的所有管道附件。

閥冷控制系統(tǒng)采用S7-400主站與ET200M進(jìn)行硬件組態(tài)，雙重化冗余配置的兩層分布式結(jié)構(gòu)，所有的重要部件均為冗余配置，包括冗余的CPU、電源模塊、用于冗余CPU通信的同步模塊、冗余通信介質(zhì)及冗余接口模件IM153-2。

閥冷控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 魯西換流站隱患排查及整改措施

2.1? ? 閥冷控制邏輯隱患及整改措施

2.1.1? ? 噴淋泵故障切換邏輯

常規(guī)直流閥冷控制系統(tǒng)噴淋水回路設(shè)置有壓力及流量監(jiān)視，但沒(méi)有參與噴淋泵控制邏輯。若噴淋泵發(fā)生隱性故障，泵無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，噴淋水回路壓力及流量均出現(xiàn)異常的情況也不會(huì)切泵，在特定工況下（如其他兩個(gè)冷卻塔的一個(gè)已退出運(yùn)行而直流系統(tǒng)又是大功率運(yùn)行），可能存在直流功率受限的風(fēng)險(xiǎn)。

整改措施：增加噴淋水流量及壓力配合作用于噴淋泵的切換邏輯，噴淋泵運(yùn)行時(shí)，當(dāng)同時(shí)產(chǎn)生噴淋泵出口壓力低報(bào)警和噴淋水回路流量低報(bào)警時(shí)，切換至備用泵運(yùn)行，若切換后仍存在出口壓力低報(bào)警和流量低報(bào)警，則不再切換，待延時(shí)5 min后若依然存在出口壓力低報(bào)警和流量低報(bào)警，不再回切。若切換至備用泵5 min后，流量或壓力恢復(fù)正常了，允許再次出現(xiàn)流量、壓力低報(bào)警時(shí)可回切至原來(lái)的噴淋泵，可防止因儀表或管路堵塞問(wèn)題導(dǎo)致的頻繁切泵。

2.1.2? ? 三冗余傳感器維護(hù)設(shè)置

常規(guī)直流閥冷控制系統(tǒng)重要傳感器（如進(jìn)閥壓力傳感器、高位水箱液位傳感器、冷卻水電導(dǎo)率傳感器、進(jìn)閥溫度傳感器）在人機(jī)界面可同時(shí)設(shè)置維護(hù)，在直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，所有冗余配置的傳感器若發(fā)生故障，均可在線更換，由于所有傳感器均可同時(shí)被設(shè)置維護(hù)，加大了在線更換傳感器時(shí)誤將正常傳感器設(shè)置維護(hù)的可能性，進(jìn)一步導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)傳感器失去冗余，甚至導(dǎo)致所有冗余傳感器均不可用，使直流誤閉鎖。

整改措施：新增用于處理重要傳感器的維護(hù)功能。對(duì)于涉及跳閘的傳感器，當(dāng)有兩個(gè)傳感器均不可用（故障或維護(hù)）時(shí)，禁止對(duì)第三個(gè)傳感器手動(dòng)設(shè)置維護(hù)。

2.1.3? ? 冷卻水出閥壓力超低、高告警邏輯

常規(guī)直流閥冷控制系統(tǒng)冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警靈敏性不足，冷卻水出閥壓力監(jiān)視配置3個(gè)出閥壓力傳感器，冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警按“三取二”后“二取二”邏輯出口告警，即采樣的兩個(gè)最相近的有效數(shù)據(jù)需同時(shí)越限告警定值才會(huì)出口告警，當(dāng)冷卻水出閥壓力的壓力值處于出閥壓力超低或者出閥壓力高告警定值附近時(shí)，由于傳感器采樣存在固有誤差，導(dǎo)致“三取二”后“二取二”邏輯條件不易滿足，不利于系統(tǒng)運(yùn)行異常（如濾網(wǎng)堵塞）的及時(shí)發(fā)現(xiàn)。考慮到冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警不參與跳閘出口邏輯，宜按高靈敏性設(shè)置[2]。

整改措施：對(duì)冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高報(bào)警按“三取二”后“二取一”邏輯出口，提高此類告警的靈敏度，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行異常（如濾網(wǎng)堵塞）的情況。

2.2? ? 硬件回路隱患及整改措施

2.2.1? ? 電壓監(jiān)視繼電器監(jiān)視點(diǎn)

柔性直流閥冷系統(tǒng)第一組電加熱器設(shè)置了一個(gè)總開(kāi)關(guān)QFC01，第二組電加熱器設(shè)置了一個(gè)總開(kāi)關(guān)QFC02，QFC01、QFC02兩個(gè)開(kāi)關(guān)沒(méi)有配置輔助觸點(diǎn)，且電加熱器電壓監(jiān)視繼電器設(shè)置在開(kāi)關(guān)電源側(cè)，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)情況下，控制系統(tǒng)仍判定相應(yīng)電加熱器組可用，實(shí)際卻無(wú)加熱器可用，導(dǎo)致內(nèi)冷系統(tǒng)電加熱失敗。當(dāng)內(nèi)冷水溫度低于凝露溫度時(shí)，電加熱失敗可能導(dǎo)致閥廳內(nèi)冷水管路產(chǎn)生凝露，降低閥塔上內(nèi)冷水管路的絕緣水平。

整改措施：將電加熱器電壓監(jiān)視繼電器設(shè)置在QFC01、QFC02開(kāi)關(guān)的負(fù)荷側(cè)，當(dāng)QFC01、QFC02開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電壓監(jiān)視繼電器報(bào)警，達(dá)到電源監(jiān)視目標(biāo)。

2.2.2? ? 電壓監(jiān)視繼電器供電電源

柔性直流閥冷系統(tǒng)4臺(tái)主循環(huán)泵的交流電源進(jìn)線電壓監(jiān)視繼電器電源均來(lái)自同一空氣開(kāi)關(guān)QFC1，若空氣開(kāi)關(guān)QFC1故障或空開(kāi)回路端子松動(dòng)，將導(dǎo)致4臺(tái)主泵同時(shí)報(bào)動(dòng)力電源故障，雖然運(yùn)行的泵仍保持運(yùn)行，但兩個(gè)停運(yùn)的主循環(huán)泵將被誤判為故障不可作為備用，主循環(huán)泵失去冗余，在此情況下，若運(yùn)行的兩臺(tái)主泵其中一臺(tái)因故障而停運(yùn)，將導(dǎo)致直流閉鎖。噴淋泵的交流電源進(jìn)線電壓監(jiān)視繼電器電源均來(lái)自同一空氣開(kāi)關(guān)QFA4，若空氣開(kāi)關(guān)QFA4出現(xiàn)故障或空開(kāi)回路端子松動(dòng)，將導(dǎo)致6臺(tái)噴淋泵同時(shí)報(bào)動(dòng)力電源故障，雖然運(yùn)行的泵仍保持運(yùn)行，但3個(gè)停運(yùn)的噴淋泵都將被誤判為故障不可作為備用，噴淋泵失去冗余，在此情況下，若運(yùn)行的噴淋泵因故障而停運(yùn)，將導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)冷卻能力下降。

整改措施：4臺(tái)主循環(huán)泵和6臺(tái)噴淋泵的交流電源進(jìn)線電壓監(jiān)視繼電器分別配置獨(dú)立的供電電源空氣開(kāi)關(guān)，避免單一空氣開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)失去冗余。

2.2.3? ? 跳閘回路

常規(guī)直流閥冷控制系統(tǒng)開(kāi)出至極控系統(tǒng)的“閥冷系統(tǒng)跳閘”及“閥冷控制系統(tǒng)A/B同時(shí)故障”信號(hào)回路，極控系統(tǒng)軟件中采集這兩個(gè)信號(hào)均輸入跳閘矩陣，用于閥閉鎖及斷路器跳閘?！伴y冷系統(tǒng)跳閘”出口回路采用單節(jié)點(diǎn)出口且沒(méi)有配置出口壓板，存在單一元件因故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，“閥冷控制系統(tǒng)A/B同時(shí)故障”出口回路也沒(méi)有配置出口壓板，不利于設(shè)備檢修維護(hù)工作的開(kāi)展。

整改措施：“閥冷系統(tǒng)跳閘”信號(hào)回路采用兩個(gè)跳閘繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)方式，即在原有信號(hào)回路基礎(chǔ)上，增加一個(gè)跳閘繼電器，將其常開(kāi)觸點(diǎn)接入該信號(hào)回路，減少單一繼電器導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，在“閥冷系統(tǒng)跳閘”及“閥冷控制系統(tǒng)A/B同時(shí)故障”信號(hào)回路中增加獨(dú)立跳閘壓板，便于設(shè)備檢修維護(hù)工作的進(jìn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

換流站閥冷系統(tǒng)能維持換流閥溫度在正常范圍內(nèi)，是換流站重要的輔助系統(tǒng)之一，被譽(yù)為換流站的“血液循環(huán)系統(tǒng)”，同時(shí)也是直流輸電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一，南方電網(wǎng)多個(gè)換流站曾因閥冷系統(tǒng)故障導(dǎo)致直流停運(yùn)事故。閥冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，包含各種水泵、電機(jī)、閥門、管道、風(fēng)機(jī)及傳感器，對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求高，各元件故障頻率高。魯西換流站閥冷系統(tǒng)進(jìn)行的隱患排查以及實(shí)施的整改措施，可有效降低因閥冷系統(tǒng)故障導(dǎo)致的直流系統(tǒng)強(qiáng)迫停運(yùn)率，為其他換流站的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)提供了參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 趙婉君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[2] 嚴(yán)喜林，國(guó)建寶，楊光源，等.高壓直流換流閥冷卻系統(tǒng)保護(hù)配置及定值整定[J].廣東電力，2019，32（4）：125-130.

收稿日期：2020-06-03

作者簡(jiǎn)介：李陽(yáng)（1993—），男，廣西桂林人，助理工程師，研究方向：高壓直流輸電控制保護(hù)。