基于ABB閥冷技術(shù)冷卻塔檢修狀態(tài)的分析和優(yōu)化

毛志平，武劍利，孫鵬

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004)

目前國(guó)家電網(wǎng)公司多數(shù)換流站采用的是基于ABB技術(shù)路線的閥冷卻設(shè)備，水冷系統(tǒng)作為對(duì)可控硅進(jìn)行冷卻的重要設(shè)備，直接影響到換流閥的安全可靠運(yùn)行。閥冷卻系統(tǒng)分為內(nèi)冷水系統(tǒng)和外冷水系統(tǒng)。文中就ABB技術(shù)的閥冷系統(tǒng)冷卻塔檢修安措進(jìn)行分析，提出優(yōu)化方案。

1 換流站閥水冷設(shè)計(jì)原理

1.1 水冷系統(tǒng)設(shè)備主要組成及功能介紹

閥冷卻系統(tǒng)通過(guò)冷卻介質(zhì)的流動(dòng)帶走可控硅閥運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量。從散熱效果、防火、防腐蝕等方面考慮，閥冷卻系統(tǒng)由2部分組成:內(nèi)冷水系統(tǒng)，介質(zhì)采用去離子水;外冷水系統(tǒng)，介質(zhì)采用軟化水。圖1為閥冷卻系統(tǒng)原理圖。

1.1.1 動(dòng)力單元

水冷系統(tǒng)主要?jiǎng)恿卧餮h(huán)泵E1.P1和E1.P2用于為內(nèi)冷水系統(tǒng)提供循環(huán)動(dòng)力，使處理過(guò)的內(nèi)冷水經(jīng)過(guò)冷卻塔冷卻后持續(xù)對(duì)換流閥進(jìn)行冷卻。目前工程中，換流站每極 (單元)有2臺(tái)主循環(huán)泵，正常工況下，1臺(tái)高速運(yùn)行，1臺(tái)備用，除非內(nèi)水冷泄漏保護(hù)動(dòng)作停泵跳閘。

圖1 閥冷卻系統(tǒng)原理圖

1.1.2 可控硅組件冷卻單元

常規(guī)直流換流站閥塔按電壓由若干個(gè)可控硅組件組成，每個(gè)可控硅組件由6個(gè)可控硅元件和7個(gè)冷卻器組成，如圖2。

圖2 可控硅組件冷卻原理圖

圖2中虛線為進(jìn)水管路，溫度較低，實(shí)線為出水管路，溫度較高，進(jìn)、出水管路設(shè)計(jì)采用交叉串聯(lián)方式，即單個(gè)可控硅兩側(cè)冷卻器一個(gè)水溫高，一個(gè)水溫低，這種設(shè)計(jì)在兼顧設(shè)備安全運(yùn)行的同時(shí)也保證了一個(gè)可控硅組件中每個(gè)可控硅元件冷卻效果的均勻性。

1.1.3 冷卻塔

冷卻塔單元由水噴淋單元和風(fēng)冷單元組成。水噴淋單元用于對(duì)內(nèi)冷水散熱管進(jìn)行噴淋水冷，風(fēng)冷單元?jiǎng)t將噴淋散熱管后產(chǎn)生的熱量帶出冷卻塔，保證冷卻塔內(nèi)部熱冷空氣的對(duì)流。鵝城換流站每極配置3個(gè)冷卻塔，每個(gè)冷卻塔對(duì)應(yīng)1臺(tái)噴淋泵，另每極備有1臺(tái)備用噴淋泵，當(dāng)任何一臺(tái)主用噴淋泵故障時(shí)備用噴淋泵都會(huì)取代其運(yùn)行。

冷卻塔頂部為風(fēng)冷單元，中部為噴淋單元，下部為內(nèi)冷水系統(tǒng)散熱管，如圖3所示。

圖3 冷卻塔冷卻原理圖

冷卻水通過(guò)噴淋管下部安裝的噴嘴形成水霧面對(duì)散熱管進(jìn)行不間斷冷卻，同時(shí)通過(guò)風(fēng)冷單元加快空氣對(duì)流，提高冷卻塔的降溫效果。由于冷卻塔風(fēng)扇主要為機(jī)械設(shè)備，全天24 h不間斷運(yùn)行，加之其運(yùn)行環(huán)境較為潮濕，導(dǎo)致故障率極高。

冷卻塔風(fēng)冷單元風(fēng)扇由變頻器控制，控制系統(tǒng)根據(jù)冷卻容量需求，控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

2 冷卻塔檢修狀態(tài)

2.1 冷卻塔檢修狀態(tài)定義及風(fēng)險(xiǎn)

2.1.1 冷卻塔轉(zhuǎn)至檢修狀態(tài)的操作:1)斷開(kāi)備用噴淋泵電源;2)拉開(kāi)需檢修的冷卻塔對(duì)應(yīng)噴淋泵電源;3)拉開(kāi)需檢修的冷卻塔風(fēng)扇電源;4)關(guān)閉備用噴淋泵切換電動(dòng)閥門(mén)的操作電源;5)斷開(kāi)上述設(shè)備的安全開(kāi)關(guān);6)關(guān)閉需檢修的冷卻塔進(jìn)出水閥門(mén)。

完成以上6項(xiàng)操作后，檢修人員才能進(jìn)入冷卻塔，對(duì)冷卻塔內(nèi)故障部件進(jìn)行檢修或更換。

2.1.2 操作的風(fēng)險(xiǎn):1)斷開(kāi)備用噴淋泵電源后，其它正常運(yùn)行的冷卻塔噴淋泵將失去備用，導(dǎo)致冷卻塔失去1/3冷卻容量。2)若不退出備用噴淋泵電源，在拉開(kāi)需檢修冷卻塔的噴淋泵電源后，備用噴淋泵會(huì)自動(dòng)投入，需進(jìn)行檢修的冷卻塔無(wú)法退出運(yùn)行轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)。

2.2 冷卻塔檢修狀態(tài)分析

由于冷卻塔故障率較高，故障處理需對(duì)冷卻塔在運(yùn)行狀態(tài)和檢修狀態(tài)進(jìn)行頻繁轉(zhuǎn)換，根據(jù)現(xiàn)有冷卻塔檢修狀態(tài)的定義，每次冷卻塔退出轉(zhuǎn)檢修都要將備用噴淋泵及其切換閥門(mén)電源斷掉，事件記錄會(huì)發(fā)出“valve cooling spray water red eqm faulty”黃色告警，該檢修狀態(tài)對(duì)其它正常系統(tǒng)的運(yùn)行造成風(fēng)險(xiǎn)，此報(bào)警發(fā)出后，其它冷卻塔故障時(shí)，不再發(fā)出報(bào)警，將嚴(yán)重影響其它系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控。

2.2.1 主用噴淋泵故障后替換過(guò)程

當(dāng)主用噴淋泵故障，發(fā)出“valve cooling spray pump E4.PX faulty”告警，系統(tǒng)如判定需要繼續(xù)啟動(dòng)該組冷卻塔，在備用噴淋系統(tǒng)可用的情況下，會(huì)打開(kāi)相應(yīng)的切換閥門(mén)，并啟動(dòng)備用噴淋泵運(yùn)行，因此備用噴淋泵的啟動(dòng)順序可簡(jiǎn)單歸納為:主用噴淋泵故障—打開(kāi)相應(yīng)切換閥門(mén)—啟動(dòng)備用噴淋泵。只有打開(kāi)了相應(yīng)的切換閥門(mén)，備用噴淋泵才能啟動(dòng)。

備用噴淋泵切換閥門(mén)打開(kāi)的條件:1)該組冷卻塔有啟動(dòng)信號(hào);2)該組冷卻塔噴淋泵故障;3)其他切換閥門(mén)未打開(kāi);4)噴淋泵及該切換閥門(mén)未故障。

2.2.2 事件記錄發(fā)“valve cooling spray water red eqm faulty”(備用噴淋裝置故障)黃色告警的條件

1)備用噴淋泵故障 (E4.P4);

2)主用噴淋泵切換閥門(mén)故障 (E4.K4/E4.K5/E4.K6)。

因此，“valve cooling spray water red eqm faulty”(備用噴淋裝置故障)不僅僅只是備用噴淋泵故障的信號(hào)，它還可能包含了切換閥門(mén)的故障信號(hào)，具體軟件分析如圖4所示。

圖4 備用噴淋裝置故障告警條件

2.2.3 備用噴淋泵不啟動(dòng)條件分析

當(dāng)某組冷卻塔的任一風(fēng)扇故障，軟件中顯示該冷卻塔的OK信號(hào)消失，該冷卻塔的其它風(fēng)扇也隨即停運(yùn)。由于噴淋泵信號(hào)是RS觸發(fā)門(mén)控制，因此可以保持主用系統(tǒng)的冷卻塔啟動(dòng)信號(hào)“start”信號(hào)，而此時(shí)備用系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)噴淋泵故障的信號(hào)。當(dāng)冷卻塔的OK信號(hào)消失后，系統(tǒng)不再發(fā)出該組冷卻塔的“start”信號(hào)，根據(jù)備用噴淋泵切換閥門(mén)打開(kāi)的條件可知，系統(tǒng)不打開(kāi)備用噴淋泵切換閥門(mén)，也就不會(huì)啟動(dòng)備用噴淋泵，具體軟件分析如圖5。

圖5 備用噴淋泵不啟動(dòng)軟件分析圖

3 檢修狀態(tài)優(yōu)化

通過(guò)以上分析，原有冷卻塔檢修狀態(tài)定義中，退出相應(yīng)備用噴淋泵切換閥門(mén)和備用噴淋泵有一定風(fēng)險(xiǎn)，不僅增加了操作風(fēng)險(xiǎn)，且將備用噴淋泵退出會(huì)使其它運(yùn)行的噴淋泵失去冗余，增加了外冷水冷卻容量不足導(dǎo)致內(nèi)冷水溫度過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn)。鑒于上述分析，冷卻塔單只風(fēng)扇或整組退出運(yùn)行時(shí)，無(wú)需關(guān)閉備用噴淋泵電源，改變了冷卻塔檢修狀態(tài)的定義。

為此，冷卻塔的檢修狀態(tài)優(yōu)化為:拉開(kāi)需檢修冷卻塔風(fēng)扇電源;拉開(kāi)需檢修冷卻塔噴淋泵電源;斷開(kāi)上述設(shè)備的安全開(kāi)關(guān);關(guān)閉冷卻塔進(jìn)出水閥門(mén)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)檢修狀態(tài)的優(yōu)化，斷開(kāi)該組冷卻塔噴淋泵電源后，備用噴淋泵不會(huì)自動(dòng)投入，冷卻塔可順利轉(zhuǎn)檢修，而且備用噴淋泵不用退出備用，其它運(yùn)行冷卻塔不會(huì)失去備用，增加了其它運(yùn)行設(shè)備的可靠性。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社.

〔2〕國(guó)家電網(wǎng)公司.直流換流站運(yùn)維技能培訓(xùn)教材—換流站運(yùn)行〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社2012.

〔3〕湖南省電力公司.500 kV鵝城換流站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程〔S〕，2012.