同塔双回牛从直流从西换流站阀冷传感测量系统可靠性分析

胡宇林 王 蒙 秦金锋

（中国南方电网超高压输电公司广州局，广东 广州510405）

0 引言

阀冷系统是直流输电工程最重要的辅助系统，其中阀冷的传感测量系统决定着阀冷保护逻辑的设计，其可靠性是阀冷系统的薄弱环节，南方电网所辖换流站出现过多起因阀冷传感测量系统故障引起的直流闭锁。同塔双回牛从直流是目前南方电网容量最大的直流工程，因此其对阀冷系统的可靠性要求更加苛刻。本文将对从西换流站阀冷传感测量系统的可靠性进行分析。

1 阀冷传感测量系统的组成

阀冷的作用是利用水循环系统对可控硅换流阀进行冷却，其传感测量系统主要是对水循环系统进行监视，由硬件配置和上传报送逻辑组成。硬件配置包括传感器、变送器和模拟I／O模块等，上传报送逻辑包括告警逻辑和模拟量显示原则。水循环系统包括内冷水系统和外冷水系统，阀冷传感测量系统对水位、水温、流量、水压和电导率等参数进行监视，检测量繁多，本文择主要的检测量和相应上传报送逻辑进行叙述探讨。

2 从西换流站阀冷传感测量系统硬件配置

（1）传感器配置：为防止阀冷传感器故障导致直流闭锁，对冷却水进阀温度、电导率、流量等重要参数监测均设冗余传感器，对直接产生闭锁的传感器（冷却水进阀温度、内冷水电导率和高位水箱液位）均采用三重化配置。（2）变送器和模拟I／O模块配置：均采用2套独立的冗余配置。变送器将模拟量同时送入2套模拟量输入模块中，任意一模块或采样通道出现故障时，另一模块不受影响，2台变送器仍可正常工作，不影响冗余配置。

3 从西换流站阀冷传感测量系统上传报送逻辑

（1）告警逻辑：当检测量达到定值时，告警逻辑对冗余传感器检测量进行判别和逻辑比较从而出口告警。下面选择进阀压力和冷却水进阀温度的相应告警逻辑展开描述。

1）进阀压力低／高告警：阀冷及主泵运行且自启动完成的条件下，任一传感器达到定值，逻辑如图1所示。

图1 进阀压力低／高告警逻辑图

2）进阀压力超低／超高告警：阀冷及主泵运行且自启动完成的条件下，2台传感器同时达到定值或者一传感器故障另一传感器达到定值，逻辑如图2所示。

冷却水流量高／低／超低告警、回水压力低／超低告警、主泵出水压力低／高告警逻辑均与进阀压力逻辑相同。

3）冷却水进阀温度低／高告警：进阀温度经三取二逻辑选择较近的2台传感器，其中任意一台传感器达到温度低／高定值，逻辑如图3所示。

图2 进阀压力超低／超高告警逻辑图

图3 冷却水进阀温度低／高告警逻辑图

4）冷却水进阀温度超高告警：进阀温度经三取二逻辑选择较近的2台传感器同时达到定值，或一台传感器故障另2台完好传感器同时达到定值，或2台传感器故障另一台传感器达到定值，逻辑如图4所示。

图4 冷却水进阀温度超高告警逻辑图

高位水箱液位高／低／超低告警逻辑同进阀温度；冷却水电导率高／超高告警逻辑参考进阀温度，但增加“阀冷及主泵运行且自启动完成”条件。

（2）模拟量显示原则：冗余传感器的检测量经过一定的逻辑选择上传到监视器上显示。主要原则：1）送低值；2）送高值；3）有高（告警）报高（值），没高报低；4）有低报低，没低报高。双冗余传感器的上传及显示：1）2台传感器均正常时，选择不利值（即接近闭锁或告警的值），如果达到告警值，则选择告警传感器的值。2）一台传感器故障则取另一台完好传感器的值。三冗余传感器的上传及显示：1）3台传感器完好时的三取二逻辑：取2个相近值（差值最小的2个）；减数相等则取较高的2个值；3台传感器的值相等时，取传感器1和传感器2。2）一台传感器故障，取另外2台；2台传感器故障，取另外一台。

4 南网其他直流工程阀冷传感测量系统介绍

高肇直流肇庆换流站阀冷主水电导率传感器采用双冗余配置，无二取一逻辑，其余传感器均采用单一配置。

兴安直流深圳换流站阀冷内冷水温度、主泵出水压力、内冷水电导率和高位水箱液位传感器采用双冗余配置，其余传感器均采用单一配置。对双冗余配置的检测量涉及闭锁直流时选取远离闭锁值的量作为判据。

楚穗直流穗东换流站阀冷内冷水流量传感器为单一配置，主水压力、进阀温度、高位水箱夜位和内冷水电导率传感器为双冗余配置，闭锁逻辑为判断2台传感器均达到定值后延时出口。2台传感器均故障时只保留告警。

新工程普侨直流侨乡换流站和改造后天广直流广州换流站阀冷传感测量系统均对直接涉及闭锁的传感器采用三冗余配置，其余重要传感器采用双冗余配置。上传报送逻辑和从西换流站大同小异。

5 不同直流工程阀冷传感测量系统可靠性对比、故障分析和改进措施

肇庆换流站阀冷传感器绝大部分采用单一配置，冗余性严重不足，直接涉及闭锁的传感器故障时会引起直流闭锁，存在很大隐患。

深圳换流站阀冷对重要传感器采用双冗余配置，二取一逻辑，选择不利于闭锁的值上传，可靠性相较单一传感器配置高。穗东换流站重要传感器采用双冗余配置，出口逻辑为二取二延时出口，且2个冗余传感器均故障时取消闭锁出口，保留告警，可靠性较二取一逻辑配置高。

从西换流站阀冷对重要传感器均采用冗余配置，直接涉及闭锁的传感器采用三冗余配置。双冗余配置的传感器告警逻辑采用二取一，三冗余配置的传感器告警逻辑采用三取二，上传原则分类细致，正常情况下选择不利值，但达到告警值时选择告警值，可靠性是最高的。

故障分析：引起阀冷传感测量系统故障的原因主要包括传感器故障、上传报送逻辑和出口逻辑缺陷。这些原因在南网多次导致直流系统闭锁，从西换流站目前为止无此类事故。日常运行维护应重点对2套冗余系统进行数值对比分析，出现故障及时维护，以免失去冗余性。

改进措施：（1）对于重要传感器采用单一配置的，应该增加冗余传感器。（2）对于采用双冗余配置的，应增加二取一逻辑；改进单种传感器直接闭锁直流的保护逻辑，可与其他检测量配合出口，降低单种传感器故障带来的风险。（3）鉴于传感器故障率较高，经常出现数值跳变的情况，保护出口应增设适当延时。

6 结语

本文从传感器等硬件配置和上传报送逻辑方面介绍了牛从直流从西换流站的阀冷传感测量系统，并与其他南网超高压所辖换流站进行对比，简略提出几点改进思路，最后可得出从西换流站阀冷传感测量系统的可靠性是目前最高的。

［1］吴豪，董跃周，冯建伟.换流站阀冷系统闭锁逻辑分析及其改进措施［J］.河南科技，2011（22）