交流电源对换流站阀冷系统的影响

2019-02-16

后勤科技装备 2019年1期

（国网陕西省供电总公司）

阀冷系统是换流阀的一个重要组成部分，它将阀体上各元器件的功耗热量排放到阀厅外，保证晶闸管结温在正常允许范围，近年来，阀冷系统多次因交流电源故障导致阀冷系统工作异常，甚至出现直流停运的情况。针对这个问题，本文进行了深入研究，并提出应对措施，对提高换流站安全稳定运行具有重要意义。

1 阀冷却系统

阀水冷系统分为外冷水系统和内冷水系统，阀冷系统冷却回路如图1[2]所示（兴仁站运行规程），内冷水系统分为主水回路和水处理回路，内冷却系统是一个密闭式的循环系统，内冷水系统通过两台主泵（一台主运，一台备用）将冷却水送入换流阀水管道内，并提供内冷水循环的动力，水管道与换流阀内的散热器进行热量交换，将换流阀热量带出。水处理回路则对主水回路的水进行处理，即除氧、过滤和降低内冷水电导率。外冷水系统包括喷淋泵、冷却塔和喷淋水池，喷淋泵将喷淋水池的水抽到冷却塔冷却外冷水[3]。（换流站阀水冷系统隐患分析及治理），

图1 阀冷系统冷却回路Fig.1 Cooling loop of valve cooling system

2 阀冷却系统交流电源

阀冷系统交流电源取自不同的两路站用电，在阀冷控制屏内耦合后为主循环泵和喷淋泵运转提供动力，正常运行时，一路电源主运，另一路电源备用。在每一路电源上均并联了电压继电器，以此判断该路电源运行是否正常。当电压继电器检测到电压异常后，经过一段延时切换到另一路电源运行。

针对泵的某些运行特性在兴安直流阀冷系统交流电源回路上增加了软起动器，避免主泵在启停时因冲击而损坏设备，从而延长设备的使用寿命。

软起动器工作原理是模拟量相位控制，如下图所示，进线电压（L1、L2、L3）接在软起动器中的三个晶闸管模块上，每个晶闸管模块是由两个反并联的晶闸管组成，用来控制向电动机、绕组供电的电压，通过这种相位控制，使电动机接线端子上的电压从预先可灵活整定的起动值上升到输入电压，从而使电流以及初始转矩最佳地与传动装置实际需要相适应。在电动机进入额定运行后，晶闸管就通过软起动器中的旁路触电而桥接，避免软起动器在运行中对电网形成谐波污染，延长晶闸管寿命。

图2

软起动器运用到阀冷系统主泵运行中，主要是为了避免主泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的水锤效应。水锤效应严重时可能引起内冷水管道破裂，采用软起动器起停的方式能完全消除水锤效应，有效避免水锤效应造成的影响，确保直流的正常运行。

3 典型故障分析

2011年7月13日广州换流站阀冷系统定时切换主泵到主泵2运行时，因主泵2电机接线盒内电源电缆B相熔断，此时主泵2的电源空开跳开，主泵1仍然作为主运，将跳开的空开合上后并复归按钮，此时阀冷控制系统再次切换到主泵2运行，但因主泵2电源异常，建压不成功后切换到主泵1，而此时主泵1因建压时间过短，导致主泵1也未建压成功，致使两个主泵均未建压成功，最终导致直流跳闸。

原因分析：本次阀冷故障导致直流跳闸的原因有三点，首先阀冷控制系统判定主泵电源是通过电源空开上的辅助节点，但电源回路出现断路、失电等情况时，只要辅助节点合上，控制系统就认为电源无异常；第二主泵因故障出现切换后，按复归按钮将出现主泵回切的情况，也是导致本次故障跳闸的一个原因；第三主泵建压时间过短，使无故障的主泵不能在建压时间内将主水管压力建立到规定值以上。

措施建议：针对以上故障共提出三个解决方案。

（1）天广直流阀冷系统主水管压力低于 4.6bar并延时 2s报主泵故障信号，将压力值低告警值修改3.8bar，能避免本次故障中主泵建压不成功的情况出现。

（2）将延时报主泵故障的延时增大，从2s修改为2.5s，能避免本次故障中主泵建压不成功的情况出现。

（3）天广直流阀冷系统主泵电机采用直接起动方式，建议在电源回路上增加软起动器，一方面可避免主泵起停时产生的水锤效应，另一面软起动器能检测电源回路存在缺相的情况。在以上的故障中，若电源回路中安装了软起动器，B相出现断线后，电源空开因缺相跳开，同时软起动器显示屏上能查看到缺相的故障信息。维护人员能通过软起动器提供信息进行检查处理。

前两个解决方案通过修改定值的方法，解决了电源故障时切泵建压不成功的问题，但同时可能存在其他影响，比如第一个方案将压力低告警定值修改为3.8bar后，当主泵压力下降4.6bar时，不会出现压力低告警信号，而此时阀塔顶部压力差已接近3.0bar的压力低跳闸值，增大了阀冷系统因阀塔顶部压力差低跳闸的风险。为规避这种潜在风险的出现，建议采用第三种方法。主泵电源回路中采用软起动器具有众多优点的同时，在安装配置软起动器时，需根据主泵等设备的运行工况，合理设置定值。目前兴安直流阀冷系统主泵电机采用软起动器起停的方式，以下为兴仁换流站阀冷系统因软起动器引起的一起异常情况。

2011年8月5日兴仁换流站极2阀冷系统#1交流电源出现扰动，造成从主泵2切到主泵1，切换后主泵1出现故障信号，并再次回切到主泵2，兴仁换流站主泵启动时间较长，满足主泵2启动成功的条件，避免了直流闭锁的出现。

原因分析：通过试验表明，造成电源故障后，主泵切换不成功的原因为软起动器存在初始化的时间。

图3 ：电压波形

从试验的录波（见上图）可知，电源故障后，两个主泵的电压经过 300ms的衰减后达到低电压继电器的动作值，低电压继电器动作后PLC接收到主运电源故障的信息，经过100ms延时后，切换到备用电源上运行，切换后两个主泵电压迅速恢复正常。

从上图录波可知可知，电压恢复正常的同时软起动器起动，而电流恢复正常的时间相比晚了近250ms。软起动器启动后PLC认为主泵已经开始运行，而在这250ms内因主泵没有电流流过，主泵实际仍处于停止状态，当主泵电源回路开始有电流流过后，所剩余的建压时间已经不足以使压力提升到4.8bar（压力高于4.8bar则认为主泵正常），从而导致主泵建压不成功，最后出现主泵故障信号导致切泵。

软起动器启动250ms后才出现电流，其原因为主运电源故障后，两个主泵的软起动器均失电，在重新得电后软起动器存在初始化的过程，因此造成这段时间回路上电流异常，当软起动器初始化完成后，主泵电源回路上才开始流过电流。

措施建议：软启动器构成为电子电路，决定了失电后存在初始化时间这一特性。通过合理设置软起动器起动时间能有效避免软起动器失电初始化的影响。软起动器起动时间的长短决定在什么时间内电机电压从所设置的起动电压升高到电源电压，从而影响电机的加速转矩，通过增大电机的加速转矩，使得主泵能在较短时间内完成建压过程。但若启动时间过短，如图所示，电机将出现较大的转矩，较大的转矩也可能引起较高的起动电流，若启动电流过大，达到电流保护动作定值，软起动器会通过内部的过载保护功能自行切断电源回路并进入故障状态，从而导致该主泵因过载保护动作退出运行。因此必须根据主泵等设备的特性，合理选择起动时间，目前兴仁站时间定值为2s，建议将定值修改为1.5s，缩短电机起动时达到额定电压的时间，同时起动时提升电机的转矩。