特高壓直流閥水冷系統(tǒng)隱患深度排查及防范措施研究

毛志平，武劍利，蔣久松，劉源

（國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

特高壓直流閥水冷系統(tǒng)隱患深度排查及防范措施研究

毛志平，武劍利，蔣久松，劉源

（國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

閥水冷系統(tǒng)作為特高壓換流站的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著冷卻換流閥的作用，是保證直流系統(tǒng)正常運(yùn)行的根本。本文以特高壓換流站閥水冷系統(tǒng)設(shè)計、施工為切入點(diǎn)，對相關(guān)規(guī)程規(guī)范未涉及但可能影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要隱患進(jìn)行深度挖掘，提出相應(yīng)整改和防范措施，確保運(yùn)維階段閥水冷系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效提升直流輸電系統(tǒng)可靠性。

特高壓換流站；閥水冷；隱患防范措施

特高壓換流站閥水冷系統(tǒng)是直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，其正常運(yùn)行直接關(guān)系著直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，特別是閥水冷系統(tǒng)的一些控制邏輯、保護(hù)功能可直接閉鎖直流系統(tǒng)或?qū)е轮绷鬏斔凸β蕪?qiáng)迫回降。目前，很多特高壓換流站運(yùn)行階段出現(xiàn)的事故、異常均與設(shè)計或施工有著密切關(guān)系，這類隱患在相關(guān)規(guī)程規(guī)范、反措中暫未涉及，但隨著換流站投運(yùn)年限的增長而逐步凸顯，且呈現(xiàn)出整改難度大、整改不徹底甚至無法整改的現(xiàn)象。結(jié)合韶山換流站閥水冷系統(tǒng)設(shè)計施工階段暴露的問題，通過對類似隱患深度挖掘和深入分析，在保證現(xiàn)場施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度的前提下，制定具體整改措施，并提出今后的設(shè)計優(yōu)化建議。

1 特高壓閥水冷系統(tǒng)設(shè)計原理及配置

特高壓換流閥正常運(yùn)行時會生產(chǎn)大量熱量，為保證其運(yùn)行在正常溫度，防止由于高溫而損壞，需有一套冷卻系統(tǒng)對其進(jìn)行冷卻，按其功能可分為閥內(nèi)冷系統(tǒng)和閥外冷系統(tǒng)。

閥內(nèi)冷系統(tǒng)通過主循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)使內(nèi)冷水在密閉的回路中循環(huán)流動，流經(jīng)換流閥時帶走其熱量，保持換流閥運(yùn)行在正常溫度。閥內(nèi)冷系統(tǒng)配置有分支水處理回路，在一定時間內(nèi)將全部內(nèi)冷水進(jìn)行去離子處理，保證電導(dǎo)率在規(guī)定范圍內(nèi)。

閥外冷系統(tǒng)為敞開式設(shè)計，冷卻塔通過風(fēng)機(jī)產(chǎn)生向上的氣流，噴淋泵將噴淋水從噴淋水池抽出后產(chǎn)生向下的水流，在冷卻塔內(nèi)形成對流，對冷卻塔內(nèi)流動在盤管中的內(nèi)冷水進(jìn)行冷卻。噴淋水須進(jìn)行過一套水預(yù)處理系統(tǒng)，去除噴淋水中的渣滓、微生物，降低噴淋水硬度后，進(jìn)入噴淋水池。

特高壓換流站共4個閥廳，每個閥廳配置一套獨(dú)立的閉式循環(huán)閥水冷系統(tǒng)設(shè)備。每套完整的閥水冷設(shè)備包括:一套閥內(nèi)冷系統(tǒng)、一套閥外冷系統(tǒng)、一套內(nèi)冷系統(tǒng)電源和控制系統(tǒng)、一套外冷系統(tǒng)電源和控制系統(tǒng)、工業(yè)水泵組及整個設(shè)備的所有管道。

2 “直流反措”及 “精益化評價”要求

國家電網(wǎng)公司 《防止直流換流站單雙極閉鎖二十一項反事故措施》(以下簡稱 “直流反措”)第八章 “防止閥內(nèi)冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致閉鎖”、第九章 “防止閥外冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致閉鎖”及 《換流閥水冷系統(tǒng)全過程技術(shù)監(jiān)督精益化管理實施評價細(xì)則》(以下簡稱 “精益化評價”)均從規(guī)劃設(shè)計、采購制造、基建安裝、驗收投運(yùn)、運(yùn)維檢修等5個階段，對閥內(nèi)冷系統(tǒng)和閥外冷系統(tǒng)提出相關(guān)要求，明確具體防范措施。

其中 “防止閥內(nèi)冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致閉鎖”的規(guī)劃設(shè)計階段，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了主循環(huán)泵、傳感器等重要硬件設(shè)施的配置原則及控制保護(hù)系統(tǒng)、各類保護(hù)的配置原則；基建安裝階段，重點(diǎn)明確了管道、主泵及其電機(jī)的安裝方式、安裝要求等。

“防止閥外冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致閉鎖”的規(guī)劃設(shè)計階段，重點(diǎn)明確了冷卻塔、風(fēng)扇電機(jī)、噴淋泵的電源設(shè)計、邏輯控制、環(huán)境要求等；基建安裝階段，重點(diǎn)明確了冷卻塔換熱盤管安裝方式及工藝質(zhì)量，提出緩沖水池、鹽池應(yīng)考慮防滲水設(shè)計。

隨著新技術(shù)和新產(chǎn)品的應(yīng)用，在提高設(shè)備可靠性的同時可能出現(xiàn)一些新的缺陷和隱患，為防止其引起故障或事故，需要大量現(xiàn)場運(yùn)行實踐和跟蹤進(jìn)行分析和挖掘并提出整改措施進(jìn)行預(yù)防。

3 特高壓換流站閥水冷系統(tǒng)隱患及防范措施

3.1 主循環(huán)泵冷卻管接口封堵形式存在問題及措施

閥水冷系統(tǒng)的主循環(huán)泵猶如人體的心臟，其可靠運(yùn)行直接關(guān)系到閥水冷系統(tǒng)及整個直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前新建特高壓換流站的閥水冷主循環(huán)泵，全部采用臥式泵。為防止軸封運(yùn)行中過熱和漏水，所有主泵軸封采用雙軸封串聯(lián)設(shè)計，既增加了軸封的使用壽命，又減少其運(yùn)行中的摩擦和發(fā)熱，因此不需要冷卻。但目前主循環(huán)泵軸封上仍然保留其冷卻管接口，且采用堵頭加生料帶的形式進(jìn)行密封，形式較為簡陋，已出現(xiàn)過漏水現(xiàn)象，經(jīng)更換生料帶后不再漏水。該軸封的設(shè)計對主循環(huán)泵運(yùn)行產(chǎn)生較大的漏水隱患，如在運(yùn)行中出現(xiàn)漏水，處理該缺陷需要相應(yīng)閥組停運(yùn)，嚴(yán)重時將導(dǎo)致泄漏保護(hù)動作導(dǎo)致閥組強(qiáng)迫停運(yùn)。

防范措施:將現(xiàn)有的堵頭加生料帶的密封形式更改為帶有 “O”型密封圈的專用堵頭，增加密封的可靠性，確保封堵壽命，保證在主循環(huán)泵運(yùn)行時不產(chǎn)生泄漏，且利于后期運(yùn)行維護(hù)。

3.2 閥水冷管道穿墻存在問題及措施

閥水冷主要設(shè)備在室內(nèi)，但冷卻塔、噴淋水池等設(shè)備在戶外，室內(nèi)外之間通過不銹鋼管道穿墻連接。閥水冷主要穿墻不銹鋼管道有:內(nèi)冷水去冷卻塔的管道、內(nèi)冷水去換流閥的管道、噴淋水池到噴淋泵的管道、噴淋泵到冷卻塔的管道。正常運(yùn)行時，水的流量約為85 l/s，運(yùn)行過程中會產(chǎn)生較大震動。另外，這些管道本身具有熱脹冷縮效應(yīng)，如在穿墻時未采取密封和減震措施，墻體在長期的應(yīng)力作用下會產(chǎn)生裂紋，出現(xiàn)滲漏，甚至出現(xiàn)墻體垮塌、內(nèi)澇等情況，造成嚴(yán)重?fù)p失。

防范措施:不銹鋼管道穿墻時應(yīng)使用穿墻套管，用于緩沖震動，減少對墻體的應(yīng)力。如有防水要求，穿墻時應(yīng)使用A型或B型防水套管，在緩震的同時防止?jié)B漏水。

3.3 閥水冷系統(tǒng)地下穿線管存在問題及措施

特高壓換流站閥水冷采取下沉式噴淋水池、下沉式噴淋泵坑(位于地下4 m)設(shè)計，內(nèi)部大量動力電纜和控制電纜需從地下穿線管引入地面相關(guān)動力或控制盤柜中。由于地勢低，如未采取防水措施可能導(dǎo)致穿線管中大量積水，穿線管中的動力電纜和控制電纜長期浸泡在水中，可能引起絕緣下降，使動力、信號或控制電源丟失，造成設(shè)備運(yùn)行紊亂，甚至導(dǎo)致閥組強(qiáng)迫停運(yùn)。

防范措施:對于地勢較低的穿線管應(yīng)使用整體不銹鋼管且減少焊接，轉(zhuǎn)彎處宜使用整管彎接，如需焊接應(yīng)滿焊，不得點(diǎn)焊連接，焊接點(diǎn)應(yīng)采取防水防腐措施防止?jié)B水。

3.4 閥水冷泵坑設(shè)備室地面存在問題及措施

閥水冷泵坑內(nèi)安裝有噴淋泵、自循環(huán)泵等重要電氣設(shè)備，由于泵坑在離地面－4 m層，且未安裝空調(diào)等驅(qū)潮設(shè)備，長期處于陰暗潮濕的環(huán)境，地面在潮氣的作用下會產(chǎn)生積水，不利于電氣設(shè)備的運(yùn)行，有可能導(dǎo)致噴淋泵、自循環(huán)泵等電氣設(shè)備絕緣降低而影響其使用壽命，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞停運(yùn)，且積水的長期存在影響日常巡視和運(yùn)行維護(hù)工作。

防范措施:在設(shè)備安裝完畢后應(yīng)對地面進(jìn)行找平，并向集水坑內(nèi)傾斜，防止積水產(chǎn)生，有條件的特高壓換流站可在泵坑內(nèi)安裝驅(qū)潮裝置或空調(diào)達(dá)到除濕的目的。

3.5 閥水冷進(jìn)水管存在問題及措施

閥外冷系統(tǒng)噴淋泵、自循環(huán)泵正常運(yùn)行時的水源來自噴淋水池，流量約為195 l/s，主要起著向密閉式冷卻塔提供噴淋水和噴淋水池循環(huán)清潔的作用。噴淋水池頂部人孔和入口一般都有封閉措施，噴淋水池內(nèi)部墻壁一般都貼有瓷磚，瓷磚在長期浸泡下有脫落破碎的可能，如噴淋水池內(nèi)不慎掉入較大雜物或脫落破碎的瓷磚隨著水流進(jìn)入泵的本體，極易造成泵的葉片損傷或斷裂，嚴(yán)重時造成泵外殼破裂或電機(jī)燒毀等故障。

防范措施:在噴淋泵、自循環(huán)泵進(jìn)水口增加隔離池，將雜物隔離在隔離池之外，并在水管進(jìn)出口水處增加5 mm不銹鋼過濾網(wǎng)，防止雜物進(jìn)入管道內(nèi)，建議納入今后的閥水冷系統(tǒng)典型設(shè)計。

4 結(jié)論

上述隱患在相關(guān)規(guī)程規(guī)范等內(nèi)容中不會涉及或提及，容易被忽視，但在實際運(yùn)行過程中影響及危害較大，且隨著換流站運(yùn)行年限的增長問題逐漸凸顯，可能造成設(shè)備停運(yùn)、損壞甚至直流系統(tǒng)停運(yùn)等事故。為此，在系統(tǒng)設(shè)計、施工階段對上述隱患進(jìn)行排查和整改非常必要。建議納入閥水冷系統(tǒng)的典型設(shè)計，進(jìn)一步優(yōu)化閥水冷系統(tǒng)內(nèi)外部運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)而提升直流系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù) 〔M〕.北京:中國電力出版社，2009.

〔2〕國家電網(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:中國電力出版社，2012.

〔3〕國家電網(wǎng)公司.防止直流換流站單雙極閉鎖二十一項反事故措施 〔M〕.北京:中國電力出版社，2016.

〔4〕國家電網(wǎng)公司.高壓直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范: Q/GDW 527—2010〔S〕.北京:中國電力出版社，2010.

〔5〕國家電網(wǎng)公司.高壓直流輸電換流閥水冷卻設(shè)備:GB/T 30425—2013〔S〕.北京:中國電力出版社，2013.

〔6〕國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施:國家電網(wǎng)生 〔2012〕352號 〔S〕.北京:中國電力出版社，2012.

〔7〕國家電網(wǎng)公司.換流閥冷卻系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)規(guī)范:國家電網(wǎng)公司生輸電 〔2009〕203號 〔S〕.北京:中國電力出版社，2009.

〔8〕國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司特高壓變電站和直流換流站技術(shù)監(jiān)督服務(wù)管理標(biāo)準(zhǔn):國網(wǎng)生直流函 〔2011〕32號 〔S〕.2011.

〔9〕國家電網(wǎng)公司.±800 kV直流系統(tǒng)電氣設(shè)備監(jiān)造導(dǎo)則:Q/ GDW 263—2009〔S〕.北京:中國電力出版社，2009.

〔10〕國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司特高壓變電站和直流換流站技術(shù)監(jiān)督服務(wù)管理標(biāo)準(zhǔn):國網(wǎng)生直流函 〔2011〕32號〔S〕.2011.

Research of UHVDC Valve Cooling System Incipient Fault Identification and Prevention

MAO Zhiping，WU Jianli，JIANG Jiusong，LIU Yuan
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company，Changsha 410004，China)

Valve cooling system is an important part of UHV converter station with the fuction of cooling and converter valves，it is foundation to ensure the normal operation of UHV system.Based on the UHV DC converter valve cooling system design and construction stage，this paper analyzes some hidden danger which could affect long-term operation，and put forward the corresponding corrective and preventive measures to ensure equipment safe and stable operation.It can effectively improve the reliability of DC transmission system.

UHV converter station；valve cooling system；incipient fault prevention

TM721.1

B

1008-0198(2017)04-0021-03

毛志平(1982)，男，漢族，高級工程師、技師。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.007

2016-12-22 改回日期:2017-05-03