贵广I回肇庆换流站换流阀冷却系统逆止阀异常事件分析及对策

陶敏+梁家豪

摘要：2015年8月3日贵广I回直流工程±500kV肇庆换流站极一阀冷主泵定期切换运行时，工作站发出水流量低告警，阀塔压差低跳闸，极一外部保护跳闸，极一退至备用状态出现故障。通过对此事件的全面分析，发现了事件的主要原因是逆止阀卡涩，导致主泵切换后内冷水回流引起主水回路压力低，使得阀塔压差低跳闸。经过一系列试验研究，研究人员提出了相应的改进措施，结果经过近一年的运行，证明了改进方案是可行的，应用软件技术降低了机械故障带来的风险。

关键词：换流阀；冷却系统；逆止阀；异常事件；换流站；直流输电工程 文献标识码：A

中图分类号：TM564 文章编号：1009-2374（2016）35-0174-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.085

1 换流阀冷却系统介绍

换流阀冷却系统是指换流站每极可控硅阀配置的一套独立的水冷却系统，是直流输电工程中重要的辅助系统。该系统由两个冷却循环系统组成：一是内冷水循环系统，通过低含氧量的去离子水对阀进行冷却；二是外冷水循环系统，通过冷却塔对内冷水进行冷却。

1.1 换流阀内冷却系统

换流阀内冷却系统是给阀厅阀塔设备提供水冷却的一套重要系统，也是直流系统的核心部分。内冷却系统主要由循环泵、补水泵、过滤器、逆止阀、离子交换器、排气、膨胀器、补水箱等组成。其工作原理如下：循环泵将内冷水抽至阀塔顶部的主进水管道，然后经过各个阀塔对可控硅模件进行冷却，带走阀热量后，经冷却塔与外冷水进行热量交换，冷却后再由循环泵加压抽至主进水管道循环。如果内冷水水位降低至一定程度，内冷水将由补水泵经离子交换器，进行去离子后补充到主水管道。即使在正常运行时，从循环泵出口处将有一部分内冷水经离子交换器进行去离子，以保证水的电导率合格。

1.2 逆止阀

逆止阀（止回阀）Check Valve：启闭件靠介质流动的力量自行开启或关闭，以防止介质倒流的阀门叫止回阀。逆止阀属于自动阀类，主要用于介质单向流动的管道上，只允许介质向一个方向流动，以防止发生事故。换流阀

冷系统中应用逆止阀的自动关闭，确保主水回路无分流。

2 事件简介及控制原理分析

±500kV肇庆换流站是高肇直流输电系统的逆变站，2015年8月3日，极一阀冷主泵定期切换由泵2切至泵1运行时，工作站和现场均显示主水压力为4.4Bar，工作站发出水流量低告警，阀塔压差低跳闸，极一外部保护跳闸，极一退至备用状态。

2.1 阀塔压差低跳闸原理

肇庆换流站极1阀塔共计6块压差表，每座阀塔配置1块压差表，当任意一座阀塔压差低于2.7bar时，延时4s跳闸。逻辑图如图1所示：

此次事件中，主泵在07∶39∶59.000时切换，切换后4s，阀塔压差仍低于2.7bar，故出口跳闸，阀冷控制系统正确动作。

2.2 主水压力低主泵切换原理

主水压力低于3.8bar时，延时2s主泵切换。此次事件发生时，主泵切换后，主水压力为4.4bar（正常运行时为5.7bar），高于回切定值（3.8bar），故主泵不回切。

3 事件原因分析

停电后拆下极一阀冷系统两台主泵逆止阀，检查发现逆止阀弹簧杆及弹簧无损坏，逆止阀内部无异物，极一#1主泵逆止阀开闭功能正常，极一#2主泵逆止阀开闭有卡涩；拆开极一#2主泵逆止发现阀双瓣垫片受损导致逆止阀开闭有卡涩；检查主过滤器处未见异物堵塞情况，滤网无破损。

经检查分析，确定极一#2主泵逆止阀存在异常，当主泵由#2主泵定期切换至#1主泵运行过程中，#2主泵逆止阀存在密封不严的情况，导致#1主泵启动后部分水回流至#2主泵回路（如图2所示），#2主泵在接触器断开的情况下仍在转动，造成主水压力为4.4bar，阀塔压差表数值低于2.7bar，延时4s出口跳闸。

4 措施及建议

4.1 运行工况参数测试

进一步分析研究软件逻辑改进措施，对阀冷系统各种工况下的流量、阀塔压差等运行参数进行测试。

4.1.1 主泵正常启动试验。正常启动极1阀冷系统#2主泵，记录阀冷系统压力、压差、流量等参数的变化情况。

#2主泵启动流量压力变化波形如图3所示，可见#2主泵启动后，经过约0.88s，阀塔压差超过跳闸定值2.7bar；约1.5s主水压力大于正常值5.6bar，流量反应较慢，约10s后趋于稳定。

4.1.2 主泵正常停止试验。正常停止极1阀冷系统#2主泵，记录阀冷系统压力、压差、流量等参数的变化情况。

#2主泵停止流量压力变化波形如图4所示，可见#2主泵停止后，经过约0.21s，阀塔压差低于跳闸定值2.7bar；约0.87s主水压力稳定在1.5bar左右（阀冷系统停止时，主水压力值），流量反应较慢，约20s后趋于0L/min。

4.1.3 主泵正常切换试验。阀冷系统运行在#1主泵，#2主泵在备用状态，按下主泵切换按钮，用摄像机记录阀冷系统压力、压差、流量等参数的变化情况。

主泵切换过程流量压力变化波形如图5所示，可见按下主泵切换按钮后主泵自动切换至#2主泵运行，经过约0.24s，阀塔压差低于跳闸定值2.7bar；#2主泵运行重新建压，约1.09s阀塔压差超过定值2.7bar，历时0.85s，未到达阀塔压差低跳闸延时4s，故未出口跳闸，成功切换到#2主泵。此过程时序如图6所示。

4.2 控制逻辑修改

统计其他各换流站关于主水流量的跳闸如表1所示：

由此可见，各换流站对于主水流量的速断跳闸定值均在正常流量的50%以下，即当主水流量小于正常流量值的50%时，阀冷系统延时1s跳闸，同时肇庆站西门子手册中提到容许流量不低于正常流量值的50%短时间运行。

肇庆站阀塔压差低于2.7bar，延时4s出口跳闸（控制逻辑如图1所示），此时主水流量约为正常流量值的75%，此定值对流量要求较为严苛。适当延长肇庆站阀塔压差低跳闸延时（阀塔流量由正常流量下降到50%约需时6s），并增加阀塔压差低切泵功能，即阀塔压差低于2.7bar延时4.5s切换主泵运行，延时7s跳闸（控制逻辑如图7所示）。

4.3 后续改进措施

在控制逻辑修改后进一步对比研究不同类型、品牌的逆止阀可靠性，选择可靠性较高的品牌，使用同一型号将其替换，以便提高逆止阀本身的机械性能，确保换流阀冷却系统稳定运行。

5 结语

本文通过对跳闸事件的全面分析，指出了事件的主要原因是逆止阀卡涩导致主泵切换后，内冷水回流引起主水回路压力低，导致阀塔压差低跳闸。为此进行一系列试验研究，提出了相应的改进措施。经过近一年的运行，证明了改进方案是可行的，从软件技术上降低了机械故障带来的风险，提高了换流阀冷却系统运行可靠性，对其他类似故障的换流阀冷却系统的运维提供了有益参考。

参考文献

[1] 李兴，汪洋，江一，等.±500kV贵广直流输电系统肇庆换流站运行规程（第六版）[S].中国南方电网超高压输电公司，2011.

[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.

（责任编辑：秦逊玉）