一起閥冷卻系統(tǒng)主泵故障原因分析及改進(jìn)

劉天祥，姜海波，康建準(zhǔn)，薛 飛，王 輝

(國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450000)

一起閥冷卻系統(tǒng)主泵故障原因分析及改進(jìn)

劉天祥，姜海波，康建準(zhǔn)，薛 飛，王 輝

(國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450000)

主泵是直流換流站閥冷卻系統(tǒng)的核心設(shè)備，為閥冷卻系統(tǒng)提供冷卻介質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)換流站的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。通過對(duì)一起主泵切換時(shí)發(fā)生的雙臺(tái)主泵停運(yùn)事故的分析，查找導(dǎo)致事故發(fā)生的根本原因，并提出了相關(guān)的改進(jìn)措施，確保閥冷卻系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

閥冷卻系統(tǒng)；可控硅換流閥；主泵故障；主備切換

0 引言

直流換流站內(nèi)的核心設(shè)備為可控硅換流閥。正常運(yùn)行時(shí)，通過可控硅換流閥的額定電流高達(dá)5 000 A。通過換流閥的大電流會(huì)產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致?lián)Q流閥溫度急劇上升。為保證換流閥的正常工作，換流站需要配置換流閥冷卻系統(tǒng)，簡稱閥冷卻系統(tǒng)。

閥冷卻系統(tǒng)是一個(gè)密閉的循環(huán)系統(tǒng)，它通過冷卻介質(zhì)的流動(dòng)帶走換流閥的熱量。主泵的作用是提供冷卻介質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力。主泵為冗余配置，一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)備用。為保證2臺(tái)主泵工作時(shí)間均衡，延長其使用壽命，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為工作泵連續(xù)運(yùn)行168 h后，自動(dòng)切換至備用泵運(yùn)行。另外，在閥冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)冷卻水流量低、主泵出水壓力低、工作泵過載、過熱等告警時(shí)，也會(huì)由工作泵切換至備用泵運(yùn)行。若2臺(tái)主泵均故障，閥冷卻系統(tǒng)無法有效工作時(shí)，為防止換流閥損壞，直流控制系統(tǒng)將發(fā)出閉鎖命令，停運(yùn)直流系統(tǒng)。

1 故障情況

1.1 故障前運(yùn)行方式

直流控制系統(tǒng)：許繼控制保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行；直流功率方向：西北送華中；傳輸功率：300 MW；控制模式：定功率控制；閥冷卻系統(tǒng)：1號(hào)主泵運(yùn)行，2號(hào)主泵備用。

1.2 主要報(bào)警事件

主要報(bào)警事件如表1所示。

表1 主要報(bào)警事件

1.3 故障檢查

現(xiàn)場檢查閥冷卻系統(tǒng)已停運(yùn)，直流系統(tǒng)已停運(yùn)，檢查閥冷卻系統(tǒng)就地控制面板上報(bào)“2號(hào)主泵過載、1號(hào)主泵過載、主泵出水壓力超低”等信號(hào)。檢查2臺(tái)主泵外觀均無異常。

2 故障原因分析

2.1 主泵停運(yùn)原因分析

根據(jù)OWS報(bào)警事件及現(xiàn)場控制面板報(bào)文分析，閥冷卻系統(tǒng)1號(hào)主泵運(yùn)行滿168 h后，根據(jù)控制系統(tǒng)邏輯自動(dòng)向2號(hào)主泵切換，2號(hào)主泵啟動(dòng)瞬間出現(xiàn)過載，自動(dòng)向備用的1號(hào)主泵回切；1號(hào)主泵啟動(dòng)瞬間同樣出現(xiàn)過載，2臺(tái)主泵均出現(xiàn)故障后閥冷卻系統(tǒng)停運(yùn)現(xiàn)象。

2.2 主泵過載保護(hù)動(dòng)作原因分析及改造

主泵過載保護(hù)是由自帶過載保護(hù)功能的斷路器實(shí)現(xiàn)的，圖1為主泵保護(hù)回路，QF1實(shí)現(xiàn)對(duì)主泵短路保護(hù)和過載保護(hù)的雙重功能。在主泵的主電路中串接熱繼電器發(fā)熱元件，常閉觸點(diǎn)串接在控制電路中。若主泵主電路長時(shí)間過載，熱繼電器雙金屬片發(fā)熱，因雙金屬片的下層膨脹系數(shù)大，使其向上彎曲，扣板被彈簧拉回，常閉觸頭斷開，從而斷開主泵主回路電源，保護(hù)主泵。

圖1 主泵保護(hù)回路

主泵啟動(dòng)過程中電流的變化規(guī)律為，從啟動(dòng)瞬間的最大電流往小遞減，逐步減小到運(yùn)行值。啟動(dòng)瞬間的啟動(dòng)電流值約為額定電流的4-7倍，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt，在啟動(dòng)電流I基本不變，熱繼電器發(fā)熱電阻R不變的情況下，導(dǎo)致發(fā)熱量增加的主要原因就是流過大電流的時(shí)間t延長，即主泵的轉(zhuǎn)速從0提高到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間延長。

主泵由電機(jī)和葉片等部件組成。首先對(duì)主泵電機(jī)進(jìn)行檢查，電機(jī)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常，電機(jī)工作正常。對(duì)主泵葉片進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)在閥冷卻系統(tǒng)投運(yùn)后系統(tǒng)的流量和壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，于是對(duì)主泵進(jìn)行改造，將主泵葉片由原來的“2大2小”調(diào)整為4個(gè)大葉片，用來維持閥冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水流量和壓力。

3 改進(jìn)措施

由于原來的斷路器自帶過載保護(hù)定值較小，且定值無法調(diào)整，無法滿足改造后的主泵運(yùn)行要求。同時(shí)，這種保護(hù)方式也給故障類別的判斷帶來不便。為此，將原來的閥冷卻系統(tǒng)主泵保護(hù)由斷路器自帶過載保護(hù)功能改造為“斷路器(實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)功能)+熱繼電器(實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)功能)”方式，熱繼電器過載保護(hù)定值由63 A增大到72 A，改造后的回路如圖2所示。

通過改造，主泵未再出現(xiàn)由于過載導(dǎo)致的停運(yùn)事故。

圖2 改造后的主泵保護(hù)回路

4 結(jié)束語

對(duì)主泵保護(hù)回路進(jìn)行改造，提高了其運(yùn)行穩(wěn)定性。直流換流站設(shè)備的技改、革新較多，應(yīng)避免只進(jìn)行一次設(shè)備改造，而未對(duì)相應(yīng)的保護(hù)等二次裝置進(jìn)行改造，進(jìn)而造成因一、二次設(shè)備之間不匹配導(dǎo)致的設(shè)備故障的情況，確保設(shè)備在改造后更加穩(wěn)定地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

1 趙畹君．高壓直流輸電工程技術(shù)[J]．北京：中國電力出版社，2004.

2 楊振宇，俞澄一．超高壓直流輸電換流站閥冷卻系統(tǒng)的故障分析[J]．華東電力，2010，38(3)：369-372.

3 邱志敏．冷卻系統(tǒng)外循環(huán)泵同時(shí)停運(yùn)故障的分析[J]．電力安全技術(shù)，2011，13(1)：56-57.

2016-07-24。

劉天祥(1981-)，男，工程師，主要從事高壓直流輸電技術(shù)研究及換流站運(yùn)維工作，email：13839801783@139.com。

姜海波(1981-)，男，工程師，主要從事高壓直流輸電技術(shù)研究及換流站運(yùn)維工作。

康建準(zhǔn)(1976-)，男，高級(jí)工程師，主要從事高壓直流輸電技術(shù)研究及換流站運(yùn)維管理工作。

薛 飛(1980-)，男，工程師，主要從事直流換流站運(yùn)維相關(guān)工作。

王 輝(1979-)，男，工程師，主要從事直流換流站運(yùn)維工作。