枫泾换流站内冷水主循环泵切换逻辑分析及措施

顾立堃，刁冠勋

（上海市电力公司检修公司，上海 200063）

0 引言

±500 k V枫泾换流站的内冷水系统主循环泵采用双重化冗余配置，主泵电机采用工频变频双系统方式运行，正常方式为1台泵运行，当出现水压低、流量小、泵故障等异常情况时，自动切换到另1台泵运行。

由于内冷水系统控制较为复杂，既要实时监视内冷水系统的各级电源、进出阀水压、流量、温度、电导率以及泵运行参数等，又要实时控制泵运行，还要控制各组电磁阀、加热器等大量被控设备，加大了异常状况发生的可能性，尤其是控制系统发出错误切泵指令时，将会导致直流闭锁的严重后果。

1 主循环泵切换工作原理

1.1 主循环泵动力回路

内冷水系统主循环泵动力回路采用双重化配置，每台主泵配置一路独立电源，电源来自不同的400 V母线。主泵配有变频器，用以实现软启动和日后的调速运行，并设有工频运行回路，一旦变频器发生故障，可以直接采用工频运行。主循环泵工频与变频装置现场布置如图1所示。

1.2 主循环泵切换逻辑

主循环泵日常运行采用变频方式，而将工频运行方式作为应急备用。

图1 主循环泵变频装置

1.2.1 正常切换模式

正常运行时，主循环泵的工作模式为自动切换或者人工切换两种。例如：在自动切换模式下，当P01主循环泵变频运行168 h后，自动停泵启动P02主循环泵变频投运。人工切换时，运行人员可以通过阀冷设备间AP5或者AP6控制柜上的人机操作界面，按键切换运行泵与备用泵，也可通过操作面板将主循环泵运行时间清零。

1.2.2 故障切泵模式

1）主循环泵出口压力低＋进阀压力低 2台主循环泵出口各设置1台压力变送器；进阀厅主管道口设置2台压力变送器，任意1台主泵出水压力变送器测量值低于保护定值与任意1台进阀压力变送器测量值低于保护定值时，延时3 s后切换主泵，控制系统报“主泵出水压力低＋进阀压力低”告警，控制逻辑关系如图2所示。

图2 主泵出水压力低＋进阀压力低”告警

2）主循环泵过热 2台主循环泵轴承通过设置的PT100热敏电阻进行轴承温度检测，当温度传感器检测值超过95℃时，延时2 s后切换主泵，控制系统报“主循环泵过热”告警。

3）主循环泵故障 主循环泵故障分为“主循环泵变频回路故障”和“主循环泵工频回路故障”，变频回路设置开关保护和变频器自身保护。当断路器脱扣或变频器故障报警时，延时500 ms后切换到备用主循环泵。工频回路设置断路器保护和热继电器保护，当断路器脱扣或变频器故障报警时，延时500 ms后切换到备用主循环泵，主循环泵故障切泵逻辑如图3所示。

图3 主循环泵故障切泵逻辑

4）主循环泵安全开关未合 主循环泵动力回路设置就地检修安全开关，当检修安全开关被断开时，延时500 ms切换主循环泵，控制系统报“主循环泵安全开关未合”告警。

5）400 V交流电源故障 P01主循环泵动力电源接在400 V母线Ⅰ段上，P02主循环泵动力电源接在400 V母线Ⅱ段上。假设P01主循环泵变频运行时400 V母线Ⅰ段失电，延时500 ms后P01主循环泵切至P02主循环泵变频运行。

1.3 其他故障切泵逻辑分析

1.3.1 变频器回路故障

当主循环泵变频回路出现故障时（包括变频器故障未手动复归），可切换为主循环泵工频运行。假设P01主循环泵变频运行时，发生回路过载、开关脱扣器动作、变频器故障，系统很快切至P02主循环泵变频运行。当P02主循环泵也发生变频回路故障，系统切至P01主循环泵工频运行。当P01主循环泵工频故障时，系统切至P02主循环泵工频运行。当P02主循环泵发生工频回路故障、热偶继电器动作、交流电源失电，或者冷却水进阀压力小于等于400 k Pa、冷却水流量小于等于5325 L／min时，系统在发“进阀压力低”或“冷却水流量低”告警的同时停运系统。

1.3.2 切换失败回切流程

1）手动或定时切泵失败 假设P01主循环泵变频运行，正常运行168 h后定期切换主泵：当P01切换P02变频运行，成功切换后开始计时T（P01变频器停止时间）。当T大于等于30 s，倘若此时发生内冷故障，将P02切换到P01变频运行；当T小于30 s时，倘若此时发生内冷故障，将P02切换到P01工频运行。内冷故障包括主泵出水压力低＋进阀压力低、主泵过热、变频回路故障、安全开关未合、400 V母线失电）。当P01切换P02变频运行由于内冷故障不成功，P02启动回切逻辑，切换到P01工频运行。

2）压力低故障切泵失败 P01泵由于“主泵出水压力低＋进阀压力低”故障（简称压力低故障）启动切泵逻辑，P01变频切至P02变频，P02由于压力低故障切至P01工频运行，P01工频运行由于压力低故障最后切至P02工频运行，不再切换，操作站、操作员面板上故障报文显示“主泵已切换，请检修并确认”，未确认压力低故障原因前不可去操作员面板上手动复归。

3）安全开关异常切泵失败 P01泵变频运行由于内冷故障，此时P02安全开关未合，P01变频运行切至P01工频；当P01泵变频运行中，“安全开关合位”信号回路由于接线松动、线圈不励磁，导致“安全开关合位”不输出给可编程逻辑控制器（PLC），PLC内部逻辑判定为主循环泵故障，此时P01泵切至P02变频运行，P02发生同样故障，系统跳闸，发生交流母线电压失去，同样系统跳闸，发生主泵过热故障，不启动切泵逻辑，发生变频回路故障，P02泵切至工频运行。

4）电源失却切泵失败 P01主循环泵变频运行由于400 V母线Ⅰ段电源失去，启动切泵逻辑，P01变频运行切换至P02变频运行，当400V母线Ⅱ段电源也失去，系统跳闸。

2 切换逻辑隐患分析

2.1 主泵温度传感器设置不合理

隐患排查时发现主循环泵系单温度传感器配置，即P01主循环泵对应一个温度传感器TT06，P02主循环泵对应一个温度传感器TT07，受控于“主泵过热”切泵逻辑。长时间的变频运行会提高电机温升，当TT06和TT07传感器发生故障或异常时，由于传感器具有自检功能，TT06和TT07故障时将退出工作，导致主循环泵发热，处在恶劣的工况下运行，甚至烧坏主循环泵。由于TT06和TT07温度传感器安置于AP5控制柜内，因此在同一柜内进行PLC检修时，应做好安全措施，隔离TT06和TT07，否则一旦受干扰，TT06和TT07上传模拟量达到保护定值，会引发过热切泵误动。

2.2 安全开关信号回路设置不合理

隐患排查时发现安全开关闭合信号回路存在24 V电源抗干扰差，容易使内冷水控制回路发生误动作。究其原因主要是主循环泵正常工作状态安全开关在合闸位置，闸刀副节点QS1和QS2因为合位K53和K54线圈励磁带电，K53和K54常开节点闭合，开关量输入模块（Msr1A）得电，通过IM1A通信扩展模块，将P01和P02主泵安全开关闭合信号经现场总线上传给PLC。而阀内冷PLC实时监视主泵安全开关的辅助接点，从而判断安全开关是否在合闸状态，当此监视回路中接线松动或辅助触点本身存在异常时，必然导致主泵切换，倘若另一台主泵也存在故障，系统则判断2台主泵故障，不再进行回切，这样会导致直流系统停运。

2.3 变频器无抵御交流扰动能力

内冷水变频器是某公司产品，电源适应性较差，当交流电网由于故障跳闸等产生的短时交流扰动，会对变频器的运行产生较大影响。投运后的内冷水系统由于交流扰动，导致变频器出现短时停止重启并报故障，虽经生产厂家修改变频器保护定值，不再发生由于交流扰动报变频器故障导致的切泵行为。然而，变频器掉电重启参数重新设置后，虽能躲过交流扰动，变频器不再报变频器故障，但实际主泵仍会切换主泵，原因是由于“主泵出水压力低＋进阀压力低”故障启动切泵逻辑。查阅保护定值发现，变频器再试等待时间为0.5 s，停电再启动上升时间为2 s，系统建立正常水压一般为3～5 s。变频器发生异常再试2次，从0 Hz加速到50 Hz为3 s。变频器一次重启动，系统建立正常水压时间为0.5 s＋2 s＋系统建压，大于“主泵出水压力低＋进阀压力低”延时3 s切泵时间。

3 改进措施

1）“主泵过热”TT06和TT07温度传感器应该采用双重化配置，防止温度传感器失灵导致主循环泵烧坏。

2）安全开关等出屏的信号回路，应全部改用110 V强电开出，防止被干扰而导致内冷水控制回路误动作。

3）变频器应能适应交流电源波动。交流变频器因具有复杂的交—直—交环节，而输出侧又接有具有反电势的电动机负载，一旦输入电源波动就会引起内部直流母线电压跌落，从而导致输出异常。一般变频器能抵御15 ms的交流波动，然而绝大部分交流扰动均由短路故障引起，通常当系统发生故障到继电保护动作切除故障，最快需要20 ms，这就导致了交流电网一旦发生电压波动，变频器就要重启或报故障，为防止这一现象，部分变频器设有“柔性响应”控制字，将该控制字投入后变频器就能适应长时间的交流扰动，当交流波动时尽可能保证电机出力不变或较少变化。然而，枫泾站的变频器不具备该控制字，因此其很难适应主循环泵等对可靠性要求高的设备。鉴于大功率变频器价格昂贵，更换开支较大，建议增加该变频器的直流侧平波电容器的容量，或外接平波电容器，借助电容器储能使短时交流扰动不致影响变频器内部直流母线电压，从而防止变频器因交流扰动重启而频繁切泵，增加事故隐患。

4 结语

枫泾换流站内冷水主循环泵控制回路总体设计较为合理，但由于传感器数量过多以及变频器等新技术的引入，导致部分细节设计不够完善，尤其是变频器对交流扰动适应性差的问题，可能会对换流站的正常运行产生一定影响，建议相关厂家和设计单位对此问题，以及本文所提建议加以研究，提出合理的解决方案，进一步提高换流站水冷系统的运行可靠性。