顧先濤, 郭興旺, 田 杰, 周 正, 宋麒慧

(1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 安徽 合肥 230601；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

換流閥冷卻系統(tǒng)是換流站最重要的設(shè)備之一，作為閥冷卻系統(tǒng)核心組成部分的主循環(huán)泵(以下簡稱主泵)，其主要作用是提供用于散熱的水循環(huán)動力。閥冷設(shè)備的日常運行維護是直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提[1]。2019年國網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)換流站因閥水冷故障導(dǎo)致直流強迫停運1次，占2019年國家電網(wǎng)有限公司(以下簡稱國網(wǎng)公司)換流站設(shè)備故障導(dǎo)致強迫停運總數(shù)(15次)的6.7%[2]。強迫停運情況為2019年2年17日南橋站極1泵1的上級380 V電源開關(guān)故障，且極1泵2動力電源柜內(nèi)軟啟動器高壓板故障，最終雙泵停運導(dǎo)致直流閉鎖[3]。2019年因閥冷系統(tǒng)故障導(dǎo)致?lián)Q流站臨時停運4次，占2019年國網(wǎng)公司換流站設(shè)備故障導(dǎo)致臨時停運總數(shù)(46次)的8.7%，與去年同期持平[4]。

文章分析了某特高壓換流站閥冷系統(tǒng)因為E1.P01主泵旁路接觸器控制開關(guān)斷開，進而閥水冷控制系統(tǒng)自動切換至E1.P02主泵運行，導(dǎo)致主泵在切換過程中報進閥壓力低告警的典型故障，進行了原因查找及并提出了應(yīng)對措施，對其他換流站閥冷系統(tǒng)類似故障具有一定參考意義。

1 閥水冷系統(tǒng)簡介

閥水冷系統(tǒng)包括內(nèi)水冷系統(tǒng)和外水冷系統(tǒng)兩部分。內(nèi)水冷系統(tǒng)主要包含兩個模塊，分別為主循環(huán)回路和水處理回路；外水冷系統(tǒng)主要包括噴淋降溫系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)以及過濾系統(tǒng)和補水系統(tǒng)等。閥冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 閥冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

主循環(huán)回路實現(xiàn)對換流閥的持續(xù)冷卻，冷卻水在閥塔內(nèi)吸收可控硅換流閥的熱量后溫度將上升，升溫后的熱水由主泵驅(qū)動進入室外閉式冷卻塔內(nèi)的換熱盤管，噴淋泵從水池中抽水后均勻噴灑到冷卻塔內(nèi)的換熱盤管表面，噴淋水吸熱后由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)(水蒸汽)，再通過風(fēng)機排至大氣。水在相變過程中將吸收大量的熱量，因此，換熱盤管內(nèi)的冷卻水將得到冷卻，降溫后的冷卻水由主泵再送回至換流閥，如此周而復(fù)始地循環(huán)。

2 基于閥冷系統(tǒng)進閥壓力低的分析

2.1 事件概述

2021年10月26日，某換流站運行人員工作站(Operator Workstation，簡稱OWS)報極2高閥冷系統(tǒng)E1.P01主泵旁路接觸器控制開關(guān)斷開，閥水冷控制系統(tǒng)自動切換至E1.P02主泵運行，主泵在切換過程中報進閥壓力低告警，未出現(xiàn)主水流量低告警，換流閥組未出現(xiàn)異常。

2.2 進閥壓力低原因檢查及研究分析

2.2.1 閥水冷系統(tǒng)主泵配置及控制邏輯

某換流站單閥組配置兩臺閥冷主泵，正常情況下為一用一備模式運行，間隔168小時自動進行切換。兩臺主泵上級電源分別來自兩路400 V母線，主泵正常情況下由軟啟動器啟動，2秒后軟啟動器將主泵拖動至工頻運行速度，隨后旁路接觸器閉合，工頻回路與軟起回路共同拖動主泵運行，10秒后軟啟動器回路接觸器打開，主泵轉(zhuǎn)為工頻旁路長期運行，如圖2所示。當(dāng)運行中的主泵發(fā)生故障或出現(xiàn)主水流量低且進閥壓力低時，主泵將自動進行切換。

圖2 主泵電源配置圖

2.2.2 故障檢查及分析

故障發(fā)生后經(jīng)過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，極2高閥水冷動力柜上P01主泵旁路控制開關(guān)跳開，開關(guān)和接觸器均未發(fā)現(xiàn)電源端子燒蝕、發(fā)熱和輔助接點模塊脫落等異常情況。主泵旁路接觸器控制回路圖如圖3所示。

圖3 主泵旁路接觸器控制回路圖

圖3中，KA309、KB309分別為閥冷A、B系統(tǒng)啟動旁路的輸出接點，3KM2為旁路接觸器的動作線圈。系統(tǒng)啟動旁路控制回路(即圖3所示回路)時，閉合該回路中的接點KA309和KB309，使接觸器線圈3KM2帶電，驅(qū)動主泵動力回路(如圖4所示)上的輔助觸點3KM2導(dǎo)通。

圖4 主泵動力回路工作原理示意圖

用萬用表測得控制回路電源開關(guān)3QF2的上口1、3端子間電壓220 V；下口2、4端子間電阻為13 MΩ，下口2、4端子、圖3中23、24端子對地電阻為無窮大，接觸器線圈3KM2的A1與A2端子間電阻為1.4 Ω，說明主泵旁路控制回路進線電壓正常，絕緣正常，接觸器線圈電阻過小。

為了比對，在極II低端閥冷不運行的P01主泵的旁路控制回路接觸器線圈上量兩端電阻，測得值為0.6 MΩ。初步判斷極2高閥冷P01主泵的旁路接觸器線圈3KM2燒毀。當(dāng)控制回路電源開關(guān)3QF2送上，A或B閥冷系統(tǒng)啟動旁路的輸出接點(即KA309和KB309)閉合時，因回路整體阻抗較小，將產(chǎn)生較大的電流將控制回路電源開關(guān)3QF2跳開。

現(xiàn)場進行一次切泵試運行，擬將現(xiàn)運行的P02主泵切至P01主泵。合上極2高閥冷動力柜上P01主泵的旁路控制回路電源開關(guān)3QF2，無異常。運行人員在OWS后臺操作，將P02主泵切換至P01主泵，在切換指令下達后，P01主泵由軟啟動回路轉(zhuǎn)至工頻旁路時，控制回路電源開關(guān)3QF2再次跳開，系統(tǒng)馬上回切至P02主泵運行。

通過上述檢查研究分析可以判斷本次故障主要原因為極2高閥冷系統(tǒng)P01主泵的旁路接觸器線圈故障，導(dǎo)致工頻旁路不可用。

3 故障處理措施及優(yōu)化建議

3.1 處理措施

在當(dāng)前狀態(tài)下，P01主泵旁路已為不可用狀態(tài)，根據(jù)主泵旁路運行時故障切換邏輯：若出現(xiàn)P02主泵旁路接觸器故障，則會切至P01軟啟回路長期運行，若以后P01主泵軟啟回路故障，則會切至P02主泵軟啟回路長期運行。

簡而言之，目前極2高閥內(nèi)冷主泵仍存在三條可用回路，順序依次為：P02主泵旁路→P01主泵軟啟回路→P02主泵軟起回路，總體可靠性為75%。因接觸器線圈與接觸器本體組合在一起，線圈無法單獨更換，若在閥組帶電運行狀態(tài)下對P01主泵旁路接觸器整體進行更換，則需要拉開P01主泵軟啟回路進線開關(guān)和旁路進線開關(guān)，即P01主泵不可用。為避免一臺主泵檢修的同時另一臺主泵故障造成閥組閉鎖的風(fēng)險，因此必須在極1高閥組停電檢修期間才可對P01主泵旁路接觸器進行更換。

若需進行不停電處理，則可以按以下方式進行：

(1)不拉開P01主泵軟啟回路進線開關(guān)3QF1。此時P01主泵仍具體軟啟功能，一旦極2高閥冷系統(tǒng)由P02主泵切至P01軟啟回路運行，則KM2旁路接觸器下口帶電，因此需做好下口帶電防止人身觸電，以及交流相間短路、對地短路的安全措施。若此時發(fā)生交流相間短路、對地短路后，系統(tǒng)會切至P02主泵的軟啟回路，而現(xiàn)場作業(yè)空間狹小，銅排粗硬，短路的火花和弧光可能會造成人身傷亡。

(2)拉開P01主泵軟啟回路進線開關(guān)3QF1。此時極2高閥冷系統(tǒng)為單泵運行，運行的P02只要故障，則導(dǎo)致極2高直流系統(tǒng)閉鎖。作業(yè)相對安全，無人身觸電和交流短路風(fēng)險，但會有直流系統(tǒng)閉鎖的風(fēng)險。

3.2 優(yōu)化建議

極高2端閥冷系統(tǒng)P01主泵旁路接觸器本體故障，其型號為西門子3RT1075，本次故障的接觸器型號為西門子3RT1076。

文章建議再次更換備件時考慮其他廠家或者系列性能較好的接觸器，并可考慮在主泵旁路接觸器和軟啟接觸器后端各增加一個開關(guān)。當(dāng)某個接觸器故障需要更換時，可拉開接觸器前后開關(guān)對其實現(xiàn)隔離，主泵仍保留三條可用回路，可大幅提升閥組運行可靠性。

4 總結(jié)

閥冷系統(tǒng)作為換流站重要的輔助設(shè)備，是保證吉泉直流輸電工程穩(wěn)定運行的前提。文章通過對閥冷系統(tǒng)主泵接觸器故障的研究分析，檢查發(fā)現(xiàn)了故障點并提出對故障點的處理措施及優(yōu)化方案，同時在現(xiàn)場進行驗證和應(yīng)用，及時消除了閥冷系統(tǒng)隱患，保證吉泉直流輸電工程的穩(wěn)定運行。該典型閥冷系統(tǒng)設(shè)備故障的研究分析思路可用于指導(dǎo)直流工程換流站閥冷系統(tǒng)的運行維護及類似的故障處理中。