500 kV直流融冰兼动补装置水冷系统现场试验及改进

陆 翌，胡文堂，陈金法，赵启承，金涌涛，汪 科，赵文渊

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

500 kV直流融冰兼动补装置水冷系统现场试验及改进

陆 翌，胡文堂，陈金法，赵启承，金涌涛，汪 科，赵文渊

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

介绍了500 kV直流融冰兼动态无功补偿系统装置水冷系统的构造及基本原理，对现场调试时遇到的主要技术问题进行了分析，并阐述了相应的措施及修改方案。

直流融冰；晶闸管；水冷系统；现场调试；试验分析

直流融冰兼动态无功补偿装置（以下简称融冰兼动补装置）安装于浙江电网西南部的枢纽变电站—500 kV双龙变。该装置采用6相12脉可控整流电路，平时工作为无功补偿模式，正常输出无功范围为2～90 Mvar（容性无功）；当切换到直流融冰模式时，可为覆冰线路提供5 kA的直流融冰电流[1]。其晶闸管阀组采用水冷却，换热器采用“风－水换热”方式。因晶闸管阀组在融冰时有大电流通过，因此水冷系统对整个系统的正常运行有着重要的影响[2]。

1 系统介绍

1.1 晶闸管阀水路设计

为降低水压力、提高流速，晶闸管阀散热水路采用并联式。每个并联支路均由1个晶闸管散热器和水冷电阻串接而成（水路上串接）。每个桥臂（正、负桥臂）均设一段进水管和出水管（如图1所示）。晶闸管散热水路材料采用高压直流输电上常用的PVDF（聚偏乙烯）。与各相阀散热水路相连的主水管采用不锈钢材料。

图1 晶闸管阀散热水路

1.2 系统组成

水冷系统如图2所示，主要由主循环冷却回路、去离子水处理、补水回路、氮气稳压系统和控制系统等5个部分组成。去离子水处理、补水回路和氮气稳压系统合称副循环回路。

图2 水冷系统结构图

主循环回路主要包括2台一用一备的主循环泵、电动三通阀、风冷换热器等。控制器自动控制主循环泵的启停，每30天主动切换一次以提高使用寿命，同时根据实际情况输出预警及跳闸信号。风冷换热器通过目标温度设定值及当前供水温度来控制。电动三通阀的开闭通过设定工作温度范围来控制，自动调整进入风冷换热器的水的比例，使水温符合要求。

去离子水处理、补水回路包括离子交换器、三通球阀、加水泵等。离子交换器不断净化副循环回路中的离子，保证冷却介质具备极高的电阻率。进入去离子水处理回路的水流量大小可以通过球阀调节。氮气稳压系统包括缓冲罐、气路电磁阀、氮气瓶等。

1.3 系统工作原理

主循环泵将压力和流速恒定的纯水送至要冷却的电力电子器件，升温后的纯水通过风冷换热器进行二次散热，散热后回流至主循环泵进口，形成密闭循环的闭环冷却系统。为适应装置在高压条件下的使用要求，防止在高压环境产生漏电流，冷却介质必须具备极高的电阻率。因此在主循环冷却回路上并联了副循环去离子水回路。预设定流量的部分冷却介质流经离子交换器，不断净化管路中可能析出的离子，然后通过缓冲罐，与主循环回路冷却介质在高压主循环泵前合流。与离子交换器连接的补水装置和与缓冲罐连接的氮气恒压系统共同保持管路中充满冷却介质并与空气隔绝。气路电磁阀由控制器控制，根据缓冲罐压力高低限值自动开关，从而使缓冲罐的压力稳定在一定范围内，并保证整个水冷系统维持一定的静压。

2 现场试验及改进

设备安装完成后，调试人员对水冷系统进行了6个大项的现场试验，分为安装检查、水耐压试验、绝缘强度试验、通信接口试验、控制保护功能试验以及连续运行试验等。现就试验过程中遇到的几个主要技术问题进行分析并提出改进措施，为进一步推进直流融冰技术及类似工程建设和系统调试积累技术资料和经验。

2.1 绝缘强度试验

此项目采用的6相12脉晶闸管整流阀有6个相同的单相晶闸管阀，采用立式设计，竖立在一块铝合金板上，由支柱绝缘子支撑。唯一与接地点相连的是晶闸管阀进出水管，因此水冷系统的绝缘强度对整套装置的绝缘至关重要。在水路管道安装完成，冲洗并灌入纯水后，以5 000 V的工频电压测量每相晶闸管阀进出水管的对地绝缘电阻，此时的电导率为0.45μ/cm。测量发 现1号和2号阀组的B相阀水管绝缘电阻远小于其他相。分析认为，初次充水后管道内可能存在气隙，由于1号和2号阀组的A，C相阀位于阀厅的四角，可能有气泡聚集，因而造成测量阻值较大。开启水循环系统，过滤后重新测量，电导率为0.27μ/cm，但1、2号阀组B相阀水管绝缘电阻仍偏小。再次排查原因，发现1、2号阀组中间直流侧接地未拆除，实际测量得到的是晶闸管阀对地的电阻值。由于B相阀位于阀厅中央，距离接地点最近，所以电阻值最小。拆除直流侧接地重新试验，测量电阻如表1所示。

表1 水冷系统各点对地绝缘电阻值

如果水冷回路中存有气体或者在直流融冰时大电流通过并电解水产生的气体会在水管内产生气隙，使部分不锈钢水管内壁露出水面，此金属部分与水面存在电位差，严重时会沿水管内壁表面放电并烧坏水管[3]。由于吸取了以往高压直流输电的经验，此次所用的水冷系统加装了气水分离装置，可以不断将水中的气泡排出。

夏季循环水温较低而气温较高、湿度较大，水冷系统主水管外壁可能会结露而造成绝缘强度降低。以往高压直流输电的经验是进行结露点试验并加装裙伞[4]。此次的水冷系统加装了加热装置，在水温低于设定值时对循环水进行加热，使其温度保持恒定，避免了水温过低而使水管外壁结露的问题。

2.2 电导率测量单元异常原因分析

在调试过程中发现融冰兼动补装置控制屛上显示的去离子水电导率高于供水电导率。在水冷系统就地控制屏上发现了同样问题，所以基本可以排除通信端口接反的原因。去离子水的电导率测量单元采用电极流通式安装，如图3所示，去离子水从去离子器出来，经过测量池进入循环水管道。通过在水中注入一定量的空气并观察气泡的走向，发现供水管的出水压力略大于去离子水的出水压力，所以通过测量池的水流走向是从供水管流向去离子水管，因而所测量的是从阀体出来的循环水电导率。针对这一问题，提出了更改电导率测量单元进水软管直径的整改措施。

图3 电导率量测单元结构图

2.3 阀控与水冷系统保护功能的协调控制

水冷系统由PLC自动监控运行，在线监控的信息状态量为：冷却水流量、供水压力、供水温度、出阀温度、冷却水电阻率、去离子水电阻率、主循环泵状态、冷却泵状态和水箱水位状态等，并通过RS485串口通讯上报融冰兼动补装置主控制器。任何一项信息状态量超过定值上限时系统将报警，如超过上上限则保护动作。在现场对46项保护及报警功能进行试验，所有保护功能均能正确动作使水冷系统停机，并在融冰兼动补装置控制屏上显示相应的报警和保护信号。曾发现水冷系统保护停机时融冰兼动补装置并没有同时停机，这种情况可能造成的严重后果是：在没有循环水流动的情况下，晶闸管仍保持大电流通过，从而引起阀组过热而损坏。为此采取了整改措施：水冷系统控制器在满足保护动作条件时向融冰兼动补装置主控制器发出信号，主控制器随后发出水冷系统故障保护信号，停止融冰兼动补装置，等待1 min后向水冷系统发停机信号。

2.4 风机启停频繁问题的处理

分系统试验完成后需要对整套装置进行启动联调试验。在启动试验中发现1、2号风机启停频繁。风机的启停策略采用t+2．5℃原则，即在出水温度低于t1时1号风机停；温度高于t1+2．5℃时1号风机启动；而2号风机的温度下限t2为t1+ 2．5℃，以此类推。由于试验时值冬季，气温较低，水冷系统散热较快，出水温度一直在1、2号风机的上下限附近徘徊，所以造成启停频繁。对此提出t+6℃的启停策略，并在1号风机的上限和2号风机下限之间留有2℃的余量，这一措施有效地解决了风机启停频繁的问题。

3 总结

水冷系统是柔性输电设备乃至高压直流输电系统的重要组成部分。水冷系统的设计、制造、施工安装、调试和运行等方面都必须引起足够的重视。在调试过程中曾多次发生由于PVDF水管质量不合格而引起的漏水事故。与以往高压直流输电工程相比，此项目的水冷系统采用了一些新技术新手段，如气水分离器和加热装置等。在调试过程中暴露出来的问题也得到了解决，如电导率测量单元异常、风机启停策略以及设计时没有考虑水冷系统控制器与阀组控制器的联动功能等问题，为工程的成功投运奠定了基础。

[1]申屠刚，程极盛，江道灼，等．500 kV直流融冰兼动态无功补偿系统研发与工程试点[J]．电力系统自动化，2009，33（23）：75－80．

[2]赵畹君．高压直流输电工程技术[M]．北京：中国电力出版社，2004．

[3]R．J．NEWELL,M．D．RISAN,D．D．RAATZ,et al．Hauth,Staged Field Testing of The Victory Hill Static Var Control[J]．IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,1980,99（2）∶426－433．

[4]曹勇．嵊泗HVDC换流阀内水冷回路分析[J]．华电电力，2003，4：0241－0243．

（本文编辑：徐 晗）

Field Test and Improvement of Water Cooling System in 500 kV DC Deicer and SVC

LU Yi，HU Wen-tang，CHEN Jin-fa，ZHAO Qi-cheng，JIN Yong-tao，WANG Ke，ZHAO Wen-yuan
（Zhejiang Electric Power Test&Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces the structure and basic principles of the water cooling system in the 500 kV DC Deicer and SVC,analyzes the main technical problems found during field commissioning and proposes the solutions and modification plan.

DC deicer；thyristor；water cooling system；on-site commissioning；testanalysis

TM714.3

B

1007-1881（2010）10-0006-03

2010-02-24

陆 翌（1979-），男，浙江嘉善人，博士，工程师，主要从事柔性输电和直流输电方面的研究。