魯西換流站閥冷系統(tǒng)隱患排查及整改措施

李陽 張彥良 熊銀武 徐鴻

摘要：分析了魯西換流站閥冷系統(tǒng)的隱患排查過程以及實施的整改措施，可有效降低因閥冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致的直流系統(tǒng)強迫停運概率，為其他換流站的設(shè)計、運行和維護提供了參考。

關(guān)鍵詞：閥冷系統(tǒng);主循環(huán)泵;噴淋泵;隱患排查

0 引言

閥冷系統(tǒng)作為直流輸電系統(tǒng)的一個重要組成部分，它將換流閥上各元器件的功耗發(fā)熱量排放到閥廳外，以保證換流閥運行溫度維持在正常范圍內(nèi)。閥冷系統(tǒng)直接影響著直流輸電系統(tǒng)運行的安全可靠性，因此，既要保證閥冷系統(tǒng)有足夠的冷卻容量，又要具備較高的運行可靠性[1]。

1 魯西換流站閥冷系統(tǒng)

云南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)工程——魯西換流站，是目前世界上首次采用大容量柔性直流與常規(guī)直流組合模式的背靠背直流工程，柔性直流云南側(cè)、廣西側(cè)各一個閥廳，各配置一套獨立的閉式循環(huán)閥冷系統(tǒng)設(shè)備，常規(guī)直流云南側(cè)和廣西側(cè)共用一套閉式循環(huán)閥冷系統(tǒng)設(shè)備，用于維持換流閥運行溫度在正常范圍內(nèi)。

魯西站閥冷系統(tǒng)主要包括：閥內(nèi)冷系統(tǒng)（主循環(huán)設(shè)備、內(nèi)冷水處理設(shè)備）、閥外冷系統(tǒng)（冷卻塔、噴淋泵組、外冷水處理系統(tǒng)）、內(nèi)外冷系統(tǒng)共用的電源和控制系統(tǒng)、工業(yè)水泵組以及整個系統(tǒng)的所有管道附件。

閥冷控制系統(tǒng)采用S7-400主站與ET200M進行硬件組態(tài)，雙重化冗余配置的兩層分布式結(jié)構(gòu)，所有的重要部件均為冗余配置，包括冗余的CPU、電源模塊、用于冗余CPU通信的同步模塊、冗余通信介質(zhì)及冗余接口模件IM153-2。

閥冷控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 魯西換流站隱患排查及整改措施

2.1? ? 閥冷控制邏輯隱患及整改措施

2.1.1? ? 噴淋泵故障切換邏輯

常規(guī)直流閥冷控制系統(tǒng)噴淋水回路設(shè)置有壓力及流量監(jiān)視，但沒有參與噴淋泵控制邏輯。若噴淋泵發(fā)生隱性故障，泵無法正常運轉(zhuǎn)的情況下，噴淋水回路壓力及流量均出現(xiàn)異常的情況也不會切泵，在特定工況下（如其他兩個冷卻塔的一個已退出運行而直流系統(tǒng)又是大功率運行），可能存在直流功率受限的風(fēng)險。

整改措施：增加噴淋水流量及壓力配合作用于噴淋泵的切換邏輯，噴淋泵運行時，當(dāng)同時產(chǎn)生噴淋泵出口壓力低報警和噴淋水回路流量低報警時，切換至備用泵運行，若切換后仍存在出口壓力低報警和流量低報警，則不再切換，待延時5 min后若依然存在出口壓力低報警和流量低報警，不再回切。若切換至備用泵5 min后，流量或壓力恢復(fù)正常了，允許再次出現(xiàn)流量、壓力低報警時可回切至原來的噴淋泵，可防止因儀表或管路堵塞問題導(dǎo)致的頻繁切泵。

2.1.2? ? 三冗余傳感器維護設(shè)置

常規(guī)直流閥冷控制系統(tǒng)重要傳感器（如進閥壓力傳感器、高位水箱液位傳感器、冷卻水電導(dǎo)率傳感器、進閥溫度傳感器）在人機界面可同時設(shè)置維護，在直流系統(tǒng)正常運行時，所有冗余配置的傳感器若發(fā)生故障，均可在線更換，由于所有傳感器均可同時被設(shè)置維護，加大了在線更換傳感器時誤將正常傳感器設(shè)置維護的可能性，進一步導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)傳感器失去冗余，甚至導(dǎo)致所有冗余傳感器均不可用，使直流誤閉鎖。

整改措施：新增用于處理重要傳感器的維護功能。對于涉及跳閘的傳感器，當(dāng)有兩個傳感器均不可用（故障或維護）時，禁止對第三個傳感器手動設(shè)置維護。

2.1.3? ? 冷卻水出閥壓力超低、高告警邏輯

常規(guī)直流閥冷控制系統(tǒng)冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警靈敏性不足，冷卻水出閥壓力監(jiān)視配置3個出閥壓力傳感器，冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警按“三取二”后“二取二”邏輯出口告警，即采樣的兩個最相近的有效數(shù)據(jù)需同時越限告警定值才會出口告警，當(dāng)冷卻水出閥壓力的壓力值處于出閥壓力超低或者出閥壓力高告警定值附近時，由于傳感器采樣存在固有誤差，導(dǎo)致“三取二”后“二取二”邏輯條件不易滿足，不利于系統(tǒng)運行異常（如濾網(wǎng)堵塞）的及時發(fā)現(xiàn)?？紤]到冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警不參與跳閘出口邏輯，宜按高靈敏性設(shè)置[2]。

整改措施：對冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高報警按“三取二”后“二取一”邏輯出口，提高此類告警的靈敏度，可及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行異常（如濾網(wǎng)堵塞）的情況。

2.2? ? 硬件回路隱患及整改措施

2.2.1? ? 電壓監(jiān)視繼電器監(jiān)視點

柔性直流閥冷系統(tǒng)第一組電加熱器設(shè)置了一個總開關(guān)QFC01，第二組電加熱器設(shè)置了一個總開關(guān)QFC02，QFC01、QFC02兩個開關(guān)沒有配置輔助觸點，且電加熱器電壓監(jiān)視繼電器設(shè)置在開關(guān)電源側(cè)，在開關(guān)斷開情況下，控制系統(tǒng)仍判定相應(yīng)電加熱器組可用，實際卻無加熱器可用，導(dǎo)致內(nèi)冷系統(tǒng)電加熱失敗。當(dāng)內(nèi)冷水溫度低于凝露溫度時，電加熱失敗可能導(dǎo)致閥廳內(nèi)冷水管路產(chǎn)生凝露，降低閥塔上內(nèi)冷水管路的絕緣水平。

整改措施：將電加熱器電壓監(jiān)視繼電器設(shè)置在QFC01、QFC02開關(guān)的負荷側(cè)，當(dāng)QFC01、QFC02開關(guān)斷開時電壓監(jiān)視繼電器報警，達到電源監(jiān)視目標(biāo)。

2.2.2? ? 電壓監(jiān)視繼電器供電電源

柔性直流閥冷系統(tǒng)4臺主循環(huán)泵的交流電源進線電壓監(jiān)視繼電器電源均來自同一空氣開關(guān)QFC1，若空氣開關(guān)QFC1故障或空開回路端子松動，將導(dǎo)致4臺主泵同時報動力電源故障，雖然運行的泵仍保持運行，但兩個停運的主循環(huán)泵將被誤判為故障不可作為備用，主循環(huán)泵失去冗余，在此情況下，若運行的兩臺主泵其中一臺因故障而停運，將導(dǎo)致直流閉鎖。噴淋泵的交流電源進線電壓監(jiān)視繼電器電源均來自同一空氣開關(guān)QFA4，若空氣開關(guān)QFA4出現(xiàn)故障或空開回路端子松動，將導(dǎo)致6臺噴淋泵同時報動力電源故障，雖然運行的泵仍保持運行，但3個停運的噴淋泵都將被誤判為故障不可作為備用，噴淋泵失去冗余，在此情況下，若運行的噴淋泵因故障而停運，將導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)冷卻能力下降。

整改措施：4臺主循環(huán)泵和6臺噴淋泵的交流電源進線電壓監(jiān)視繼電器分別配置獨立的供電電源空氣開關(guān)，避免單一空氣開關(guān)出現(xiàn)故障導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)失去冗余。

2.2.3? ? 跳閘回路

常規(guī)直流閥冷控制系統(tǒng)開出至極控系統(tǒng)的“閥冷系統(tǒng)跳閘”及“閥冷控制系統(tǒng)A/B同時故障”信號回路，極控系統(tǒng)軟件中采集這兩個信號均輸入跳閘矩陣，用于閥閉鎖及斷路器跳閘。“閥冷系統(tǒng)跳閘”出口回路采用單節(jié)點出口且沒有配置出口壓板，存在單一元件因故障導(dǎo)致保護誤動的風(fēng)險，“閥冷控制系統(tǒng)A/B同時故障”出口回路也沒有配置出口壓板，不利于設(shè)備檢修維護工作的開展。

整改措施：“閥冷系統(tǒng)跳閘”信號回路采用兩個跳閘繼電器的常開觸點串聯(lián)方式，即在原有信號回路基礎(chǔ)上，增加一個跳閘繼電器，將其常開觸點接入該信號回路，減少單一繼電器導(dǎo)致保護誤動的風(fēng)險，同時，在“閥冷系統(tǒng)跳閘”及“閥冷控制系統(tǒng)A/B同時故障”信號回路中增加獨立跳閘壓板，便于設(shè)備檢修維護工作的進行。

3 結(jié)語

換流站閥冷系統(tǒng)能維持換流閥溫度在正常范圍內(nèi)，是換流站重要的輔助系統(tǒng)之一，被譽為換流站的“血液循環(huán)系統(tǒng)”，同時也是直流輸電系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一，南方電網(wǎng)多個換流站曾因閥冷系統(tǒng)故障導(dǎo)致直流停運事故。閥冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類繁多，包含各種水泵、電機、閥門、管道、風(fēng)機及傳感器，對運行環(huán)境要求高，各元件故障頻率高。魯西換流站閥冷系統(tǒng)進行的隱患排查以及實施的整改措施，可有效降低因閥冷系統(tǒng)故障導(dǎo)致的直流系統(tǒng)強迫停運率，為其他換流站的設(shè)計、運行和維護提供了參考。

[參考文獻]

[1] 趙婉君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2] 嚴(yán)喜林，國建寶，楊光源，等.高壓直流換流閥冷卻系統(tǒng)保護配置及定值整定[J].廣東電力，2019，32（4）：125-130.

收稿日期：2020-06-03

作者簡介：李陽（1993—），男，廣西桂林人，助理工程師，研究方向：高壓直流輸電控制保護。