貴廣I回肇慶換流站換流閥冷卻系統(tǒng)逆止閥異常事件分析及對(duì)策

陶敏+梁家豪

摘要：2015年8月3日貴廣I回直流工程±500kV肇慶換流站極一閥冷主泵定期切換運(yùn)行時(shí)，工作站發(fā)出水流量低告警，閥塔壓差低跳閘，極一外部保護(hù)跳閘，極一退至備用狀態(tài)出現(xiàn)故障。通過對(duì)此事件的全面分析，發(fā)現(xiàn)了事件的主要原因是逆止閥卡澀，導(dǎo)致主泵切換后內(nèi)冷水回流引起主水回路壓力低，使得閥塔壓差低跳閘。經(jīng)過一系列試驗(yàn)研究，研究人員提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，結(jié)果經(jīng)過近一年的運(yùn)行，證明了改進(jìn)方案是可行的，應(yīng)用軟件技術(shù)降低了機(jī)械故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：換流閥；冷卻系統(tǒng)；逆止閥；異常事件；換流站；直流輸電工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM564 文章編號(hào)：1009-2374（2016）35-0174-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.085

1 換流閥冷卻系統(tǒng)介紹

換流閥冷卻系統(tǒng)是指換流站每極可控硅閥配置的一套獨(dú)立的水冷卻系統(tǒng)，是直流輸電工程中重要的輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩個(gè)冷卻循環(huán)系統(tǒng)組成：一是內(nèi)冷水循環(huán)系統(tǒng)，通過低含氧量的去離子水對(duì)閥進(jìn)行冷卻；二是外冷水循環(huán)系統(tǒng)，通過冷卻塔對(duì)內(nèi)冷水進(jìn)行冷卻。

1.1 換流閥內(nèi)冷卻系統(tǒng)

換流閥內(nèi)冷卻系統(tǒng)是給閥廳閥塔設(shè)備提供水冷卻的一套重要系統(tǒng)，也是直流系統(tǒng)的核心部分。內(nèi)冷卻系統(tǒng)主要由循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、過濾器、逆止閥、離子交換器、排氣、膨脹器、補(bǔ)水箱等組成。其工作原理如下：循環(huán)泵將內(nèi)冷水抽至閥塔頂部的主進(jìn)水管道，然后經(jīng)過各個(gè)閥塔對(duì)可控硅模件進(jìn)行冷卻，帶走閥熱量后，經(jīng)冷卻塔與外冷水進(jìn)行熱量交換，冷卻后再由循環(huán)泵加壓抽至主進(jìn)水管道循環(huán)。如果內(nèi)冷水水位降低至一定程度，內(nèi)冷水將由補(bǔ)水泵經(jīng)離子交換器，進(jìn)行去離子后補(bǔ)充到主水管道。即使在正常運(yùn)行時(shí)，從循環(huán)泵出口處將有一部分內(nèi)冷水經(jīng)離子交換器進(jìn)行去離子，以保證水的電導(dǎo)率合格。

1.2 逆止閥

逆止閥（止回閥）Check Valve：?jiǎn)㈤]件靠介質(zhì)流動(dòng)的力量自行開啟或關(guān)閉，以防止介質(zhì)倒流的閥門叫止回閥。逆止閥屬于自動(dòng)閥類，主要用于介質(zhì)單向流動(dòng)的管道上，只允許介質(zhì)向一個(gè)方向流動(dòng)，以防止發(fā)生事故。換流閥

冷系統(tǒng)中應(yīng)用逆止閥的自動(dòng)關(guān)閉，確保主水回路無(wú)分流。

2 事件簡(jiǎn)介及控制原理分析

±500kV肇慶換流站是高肇直流輸電系統(tǒng)的逆變站，2015年8月3日，極一閥冷主泵定期切換由泵2切至泵1運(yùn)行時(shí)，工作站和現(xiàn)場(chǎng)均顯示主水壓力為4.4Bar，工作站發(fā)出水流量低告警，閥塔壓差低跳閘，極一外部保護(hù)跳閘，極一退至備用狀態(tài)。

2.1 閥塔壓差低跳閘原理

肇慶換流站極1閥塔共計(jì)6塊壓差表，每座閥塔配置1塊壓差表，當(dāng)任意一座閥塔壓差低于2.7bar時(shí)，延時(shí)4s跳閘。邏輯圖如圖1所示：

此次事件中，主泵在07∶39∶59.000時(shí)切換，切換后4s，閥塔壓差仍低于2.7bar，故出口跳閘，閥冷控制系統(tǒng)正確動(dòng)作。

2.2 主水壓力低主泵切換原理

主水壓力低于3.8bar時(shí)，延時(shí)2s主泵切換。此次事件發(fā)生時(shí)，主泵切換后，主水壓力為4.4bar（正常運(yùn)行時(shí)為5.7bar），高于回切定值（3.8bar），故主泵不回切。

3 事件原因分析

停電后拆下極一閥冷系統(tǒng)兩臺(tái)主泵逆止閥，檢查發(fā)現(xiàn)逆止閥彈簧桿及彈簧無(wú)損壞，逆止閥內(nèi)部無(wú)異物，極一#1主泵逆止閥開閉功能正常，極一#2主泵逆止閥開閉有卡澀；拆開極一#2主泵逆止發(fā)現(xiàn)閥雙瓣墊片受損導(dǎo)致逆止閥開閉有卡澀；檢查主過濾器處未見異物堵塞情況，濾網(wǎng)無(wú)破損。

經(jīng)檢查分析，確定極一#2主泵逆止閥存在異常，當(dāng)主泵由#2主泵定期切換至#1主泵運(yùn)行過程中，#2主泵逆止閥存在密封不嚴(yán)的情況，導(dǎo)致#1主泵啟動(dòng)后部分水回流至#2主泵回路（如圖2所示），#2主泵在接觸器斷開的情況下仍在轉(zhuǎn)動(dòng)，造成主水壓力為4.4bar，閥塔壓差表數(shù)值低于2.7bar，延時(shí)4s出口跳閘。

4 措施及建議

4.1 運(yùn)行工況參數(shù)測(cè)試

進(jìn)一步分析研究軟件邏輯改進(jìn)措施，對(duì)閥冷系統(tǒng)各種工況下的流量、閥塔壓差等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

4.1.1 主泵正常啟動(dòng)試驗(yàn)。正常啟動(dòng)極1閥冷系統(tǒng)#2主泵，記錄閥冷系統(tǒng)壓力、壓差、流量等參數(shù)的變化情況。

#2主泵啟動(dòng)流量壓力變化波形如圖3所示，可見#2主泵啟動(dòng)后，經(jīng)過約0.88s，閥塔壓差超過跳閘定值2.7bar；約1.5s主水壓力大于正常值5.6bar，流量反應(yīng)較慢，約10s后趨于穩(wěn)定。

4.1.2 主泵正常停止試驗(yàn)。正常停止極1閥冷系統(tǒng)#2主泵，記錄閥冷系統(tǒng)壓力、壓差、流量等參數(shù)的變化情況。

#2主泵停止流量壓力變化波形如圖4所示，可見#2主泵停止后，經(jīng)過約0.21s，閥塔壓差低于跳閘定值2.7bar；約0.87s主水壓力穩(wěn)定在1.5bar左右（閥冷系統(tǒng)停止時(shí)，主水壓力值），流量反應(yīng)較慢，約20s后趨于0L/min。

4.1.3 主泵正常切換試驗(yàn)。閥冷系統(tǒng)運(yùn)行在#1主泵，#2主泵在備用狀態(tài)，按下主泵切換按鈕，用攝像機(jī)記錄閥冷系統(tǒng)壓力、壓差、流量等參數(shù)的變化情況。

主泵切換過程流量壓力變化波形如圖5所示，可見按下主泵切換按鈕后主泵自動(dòng)切換至#2主泵運(yùn)行，經(jīng)過約0.24s，閥塔壓差低于跳閘定值2.7bar；#2主泵運(yùn)行重新建壓，約1.09s閥塔壓差超過定值2.7bar，歷時(shí)0.85s，未到達(dá)閥塔壓差低跳閘延時(shí)4s，故未出口跳閘，成功切換到#2主泵。此過程時(shí)序如圖6所示。

4.2 控制邏輯修改

統(tǒng)計(jì)其他各換流站關(guān)于主水流量的跳閘如表1所示：

由此可見，各換流站對(duì)于主水流量的速斷跳閘定值均在正常流量的50%以下，即當(dāng)主水流量小于正常流量值的50%時(shí)，閥冷系統(tǒng)延時(shí)1s跳閘，同時(shí)肇慶站西門子手冊(cè)中提到容許流量不低于正常流量值的50%短時(shí)間運(yùn)行。

肇慶站閥塔壓差低于2.7bar，延時(shí)4s出口跳閘（控制邏輯如圖1所示），此時(shí)主水流量約為正常流量值的75%，此定值對(duì)流量要求較為嚴(yán)苛。適當(dāng)延長(zhǎng)肇慶站閥塔壓差低跳閘延時(shí)（閥塔流量由正常流量下降到50%約需時(shí)6s），并增加閥塔壓差低切泵功能，即閥塔壓差低于2.7bar延時(shí)4.5s切換主泵運(yùn)行，延時(shí)7s跳閘（控制邏輯如圖7所示）。

4.3 后續(xù)改進(jìn)措施

在控制邏輯修改后進(jìn)一步對(duì)比研究不同類型、品牌的逆止閥可靠性，選擇可靠性較高的品牌，使用同一型號(hào)將其替換，以便提高逆止閥本身的機(jī)械性能，確保換流閥冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)跳閘事件的全面分析，指出了事件的主要原因是逆止閥卡澀導(dǎo)致主泵切換后，內(nèi)冷水回流引起主水回路壓力低，導(dǎo)致閥塔壓差低跳閘。為此進(jìn)行一系列試驗(yàn)研究，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。經(jīng)過近一年的運(yùn)行，證明了改進(jìn)方案是可行的，從軟件技術(shù)上降低了機(jī)械故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了換流閥冷卻系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，對(duì)其他類似故障的換流閥冷卻系統(tǒng)的運(yùn)維提供了有益參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 李興，汪洋，江一，等.±500kV貴廣直流輸電系統(tǒng)肇慶換流站運(yùn)行規(guī)程（第六版）[S].中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，2011.

[2] 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，2004.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）