特高压换流站阀冷系统隐患分析及整改措施

莫文斌，张 文，徐攀滕，高红亮

(中国南方电网超高压输电公司 广州局，广东 广州 5 10405)

特高压换流站阀冷系统隐患分析及整改措施

莫文斌，张 文，徐攀滕，高红亮

(中国南方电网超高压输电公司 广州局，广东 广州 5 10405)

针对特高压穗东换流站阀冷系统内冷水流量与压力传感器、外冷水池水位传感器、冗余配置传感器超差跳闸逻辑、跳闸出口回路、直流电源监视回路及交流电源电压监视继电器等方面存在的隐患，分析了阀冷系统的硬件配置和控制逻辑，对隐患进行了整改或提出了临时应对措施，降低了直流系统发生强迫停运的概率，保证了穗东换流站阀冷系统的安全稳定运行，为其他换流站的设计运行维护提供了参考。

换流站;阀冷系统;传感器;电源监视;隐患分析

0 引言

换流阀是特高压换流站实现交直流转换的核心元件，正常工况下通态平均电流高达3 750 A，长期运行时将产生大量热量。阀冷系统有效保障换流阀工作在适宜温度下，是换流站最重要的辅助系统。若阀冷系统运行异常，不仅易引起阀片损坏，而且可导致直流输电系统发生闭锁事故，严重影响主网架稳定运行［1，2］。本文分析了云广特高压穗东换流站阀冷系统结构和控制逻辑中存在的隐患，探讨了消除隐患的改进措施，为今后阀冷系统的设计运行维护提供了参考。

1 阀冷系统

穗东换流站双极四阀组各配置一套阀冷系统，阀冷系统主要包括水冷系统和阀冷控制系统两部分。水冷系统分为内冷水系统和外冷水系统:内冷水系统主要是为换流阀提供冷却水，吸收换流阀运行时散发出的热量，以维持换流阀的正常工作温度，确保换流阀可靠运行。该系统为密闭式单循环回路，回路内部主要包括主循环回路、旁路循环去离子回路和补水回路等。外冷水系统主要是冷却内冷水，为开放式循环系统，主要包括喷淋水泵、冷却塔、外冷水池和补水回路等［3，4］。

阀冷控制系统具有监视、控制、保护和通信四大功能，能实时监视内冷水流量、温度、水位、压力和电导率，外冷水池水位、温度等参数及所有水泵、冷却塔及风扇、阀门、电源等设备状态，并控制内、外冷水系统设备，使各参数运行在稳定工况下。对内、外冷水系统温度、流量、水位和电导率等参数越限进行报警，重要参数越限将保护出口闭锁阀组。阀冷却系统与控制系统之间各种状态量、报警量等运行状态信息通过通信系统上送下发。控制系统由两套冗余配置的SIMATIC S7系统组成，包括电源模块、中央处理模块、并行通信模块等。电源模块PS405向系统各模块提供5V和24V直流电源，中央处理模块CPU414－4H主要对输入输出进行判断、逻辑控制功能实现和自诊断等，输入输出模块 SM321、SM322、SM331、SM332将模拟量和开关量输入或从中央处理单元输出，并行通信模块IM153/IM157用来实现A、B单元间的数据交换和实时同步［5－8］。

2 阀冷系统隐患分析

阀冷控制系统监控的内冷水温度、流量、电导率、主泵出水压力、膨胀水箱水位、阀塔进出水压差和两台主泵运行异常均能导致阀组跳闸，如表1所示［9～11］。分析阀冷系统硬件配置和控制逻辑，发现阀冷系统存在隐患。

表1 阀冷系统跳闸定值

2.1 传感器隐患及整改措施

2.1.1 阀内冷系统流量与压力传感器

阀冷系统流量传感器B100为单一配置，用于监测内冷水流量。阀冷系统压力传感器B106、B107为冗余配置，用于监测内冷水管道压力，但传感器B107数据仅在流量传感器B100故障后被阀冷控制系统采用。当传感器故障引起内冷水流量或管道压力测量值异常，超出阀冷定值时，将导致阀组跳闸，影响直流功率输送。由于采用单传感器出口方式，流量与压力传感器故障导致阀冷系统误跳闸风险较高。2012年12月05日01时23分，穗东换流站极2高端阀组因内冷水流量低跳闸，事后检查发现实为流量传感器故障引起的误动［12］。

整改措施:取消原阀冷控制系统“B100流量传感器和B106压力传感器均故障时，延时两小时跳闸”功能，将内冷水流量与压力跳闸逻辑修改为“三取二”逻辑。B100流量传感器和 B106、B107压力传感器均正常时，当B100流量小于跳闸设定值、B106压力小于跳闸设定值、B107压力小于跳闸设定值三个条件满足两个或以上，达到定值延时后，阀冷系统出口跳闸。当系统判其中一个传感器故障时，采用“二取二”逻辑，另两个测量值需同时达到定值才能出口跳闸。当系统判其中两个传感器故障时，采用“一取一”逻辑，另一个测量值达到定值即出口跳闸。

2.1.2 阀外冷系统水池水位传感器

外冷水池水位传感器为单一配置，当水池水位低于80%时，系统启动补水泵补充冷却消耗掉的外冷水。当传感器发生异常，如测量值固定在90%以上时，外冷水水位控制功能失效，补水泵将不会启动补水。当外冷水池水消耗完时，喷淋泵空转易烧毁，且严重影响内冷水冷却效果，造成内冷水入水温度越限，阀组跳闸。

整改措施:对外冷水池水位传感器进行冗余化改造，可将单一的电阻式水位传感器改为与浮球式水位传感器并联的逻辑，避免单一传感器故障引起测量异常，提高水池水位测量可靠性。在改造完成前，可每日巡视外冷水水池实际水位，通过监盘工作站观察分析外冷水水位数据，及时发现传感器异常情况。

2.2 阀冷控制逻辑隐患及整改措施

阀冷系统中，内冷水温度、电导率、膨胀水箱水位均为双传感器冗余配置，当两传感器测量值不同且差值超出设定值时，阀冷控制系统判传感器故障并出口跳闸，如表2所示。当单一传感器运行异常时，易引起阀冷系统误动跳闸。

整改措施:取消内冷水温度、电导率、膨胀水箱水位冗余传感器超差跳闸出口逻辑，仅保留告警信号回路。

表2 阀冷系统超差跳闸定值

2.3 硬件回路隐患及整改措施

2.3.1 阀冷系统跳闸出口回路

阀冷系统跳闸出口回路为单继电器回路，若继电器故障误动，将导致阀组跳闸。

整改措施:在阀冷系统原跳闸出口继电器旁加装并联继电器，将两继电器辅助接点串联，使出口回路改为双继电器“与逻辑”方式，仅在两继电器均正确动作时发出阀组跳闸命令，有效避免单继电器故障出现误动。

2.3.2 直流电源监视回路

阀冷系统直流电源为双回冗余配置，当监视回路监测到双回电源故障时，将引起阀组跳闸。由于设计缺陷，直流电源监视回路1、2分别由空开F08、F04供电。空开F04辅助接点接于监视回路1，空开F08辅助接点接于监视回路2，如图1所示。当空开F04断开时，监视回路1因空开F04辅助接点断开告警，监视回路2因失电告警，系统判双回直流电源故障，从而出现直流电源单回故障造成阀组跳闸的严重后果。

图1 直流电源监视回路

整改措施:调整直流电源监视回路供电电源，由空开F04供直流电源监视回路1，空开F08供回路2。空开F04或F08发生单一故障时，仅影响一路直流电源，另一路直流电源正常工作，保障阀冷控制系统平稳运行。

2.3.3 交流电源电压监视继电器

阀冷系统主泵、喷淋泵和冷却塔风机等设备均由冗余配置的两路交流电源供电，当监视回路监测到主用电源故障时，将切换至备用电源，保证阀冷系统平稳运行。由于阀冷系统交流电源电压监视继电器采用其监测的交流电源供电，在交流电源严重故障时，监视继电器功能可能失效，导致电源切换不成功，引起阀组跳闸。

整改措施:更换交流电源电压监视继电器，改为由直流电源独立供电的电压监视继电器，交流电源故障时不会影响电压监视继电器的正常工作，保障监视切换回路稳定运行。

3 结论

换流站阀冷系统能保障换流阀温度在正常范围内，是换流站最重要的辅助系统，也是直流输电系统最薄弱的环节，南方电网多个换流站曾因阀冷系统故障导致直流停运。阀冷系统结构复杂，包含各种水泵、管道、阀门、风扇和传感器，对运行环境要求高，各元件故障频率高。对穗东换流站阀冷系统进行的隐患分析和实施的整改措施，可有效降低直流系统强迫停运率，为其他换流站的设计运行维护提供参考。

［1］赵畹君．高压直流输电工程技术［M］．北京:中国电力出版社，2002．

［2］曹继丰．高压直流输电现场实用技术问答 ［M］．北京:中国电力出版社，2008．

［3］郑国书，冯战武．天生桥换流站阀冷系统不稳定因素分析与改进 ［J］．广西电力，2010，33(3):29－31．

［4］杨光亮，邰能灵，郑晓冬．换流站阀水冷系统导致直流停运隐患分析 ［J］．电力系统保护与控制，2010，38(18):199－203．

［5］姚其新，饶洪林．换流站阀水冷系统隐患分析及治理［J］．华中电力，2010，5:56－58．

［6］梁家豪．天广和贵广直流工程中的阀冷控制系统［J］．高电压技术，2006，9:92－95．

［7］余荣兴，张志朝，刘茂涛，等．云广特高压直流阀冷控制保护逻辑的改进 ［J］．电力建设，2012，33(5):90－92．

［8］崔鹏飞，王海军，国建宝．直流输电工程阀冷系统在线仪表可靠控制策略 ［J］．广东化工，2011，38(12):112－113．

［9］张先伟，钟伟华．±800 kV特高压换流站阀厅及控制楼电磁屏蔽 ［J］．电力建设，2012，33(2):36－39．

［10］蔡恒，张青松，林波江，等．楚雄换流站阀冷系统无主泵跳闸原因分析与优化措施［J］．电力科学与工程，2013，5:36－39．

［11］南网超高压输电公司．±800kV直流换流站运行技术［M］．北京:中国电力出版社，2011．

［12］云广±800kV直流输电工程穗东换流站交流场控制系统运行分析［J］．电力建设，2013，34(4):91－94．

Hidden Danger Analysis and Improvement Measures in the Valve Cooling System of UHVDC Converter Station

Mo Wenbin，Zhang Wen，Xu Panteng，Gao Hongliang
(GZ Bureau，CSG EHV Power Transmission Company，Guangzhou，Guangdong 510663，China)

In allusion to hidden dangers of the valve cooling system in UHVDC Suidong converter station，such as the water flow and pressure sensor in the DIW main stream，the water level sensor in the spray water tank，exceeding tolerance trip logic of the redundant sensor，trip circuit，DC power monitoring circuit，AC power supply monitoring relay，etc．Hardware configuration and control logic of the valve cooling system are analyzed．The paper proposes improvement measures to reduce the UHVDC forced outage rate．The results ensure the security and stability of the valve cooling system in Suidong converter station，and provide reference value for equipment manufacture and engineering design．

converter station;valve cooling system;sensor;power monitoring;hidden danger analysis

TM723

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2015.03.006

2014－11－20。

莫文斌 (1981-)，男，工程师，主要研究方向为特高压直流输电系统，E-mail:mowenbin@126．com。