鲁西换流站阀冷系统隐患排查及整改措施

李阳 张彦良 熊银武 徐鸿

摘要：分析了鲁西换流站阀冷系统的隐患排查过程以及实施的整改措施，可有效降低因阀冷系统出现故障导致的直流系统强迫停运概率，为其他换流站的设计、运行和维护提供了参考。

关键词：阀冷系统;主循环泵;喷淋泵;隐患排查

0 引言

阀冷系统作为直流输电系统的一个重要组成部分，它将换流阀上各元器件的功耗发热量排放到阀厅外，以保证换流阀运行温度维持在正常范围内。阀冷系统直接影响着直流输电系统运行的安全可靠性，因此，既要保证阀冷系统有足够的冷却容量，又要具备较高的运行可靠性[1]。

1 鲁西换流站阀冷系统

云南电网与南网主网异步联网工程——鲁西换流站，是目前世界上首次采用大容量柔性直流与常规直流组合模式的背靠背直流工程，柔性直流云南侧、广西侧各一个阀厅，各配置一套独立的闭式循环阀冷系统设备，常规直流云南侧和广西侧共用一套闭式循环阀冷系统设备，用于维持换流阀运行温度在正常范围内。

鲁西站阀冷系统主要包括：阀内冷系统（主循环设备、内冷水处理设备）、阀外冷系统（冷却塔、喷淋泵组、外冷水处理系统）、内外冷系统共用的电源和控制系统、工业水泵组以及整个系统的所有管道附件。

阀冷控制系统采用S7-400主站与ET200M进行硬件组态，双重化冗余配置的两层分布式结构，所有的重要部件均为冗余配置，包括冗余的CPU、电源模块、用于冗余CPU通信的同步模块、冗余通信介质及冗余接口模件IM153-2。

阀冷控制系统架构如图1所示。

2 鲁西换流站隐患排查及整改措施

2.1    阀冷控制逻辑隐患及整改措施

2.1.1    喷淋泵故障切换逻辑

常规直流阀冷控制系统喷淋水回路设置有压力及流量监视，但没有参与喷淋泵控制逻辑。若喷淋泵发生隐性故障，泵无法正常运转的情况下，喷淋水回路压力及流量均出现异常的情况也不会切泵，在特定工况下（如其他两个冷却塔的一个已退出运行而直流系统又是大功率运行），可能存在直流功率受限的风险。

整改措施：增加喷淋水流量及压力配合作用于喷淋泵的切换逻辑，喷淋泵运行时，当同时产生喷淋泵出口压力低报警和喷淋水回路流量低报警时，切换至备用泵运行，若切换后仍存在出口压力低报警和流量低报警，则不再切换，待延时5 min后若依然存在出口压力低报警和流量低报警，不再回切。若切换至备用泵5 min后，流量或压力恢复正常了，允许再次出现流量、压力低报警时可回切至原来的喷淋泵，可防止因仪表或管路堵塞问题导致的频繁切泵。

2.1.2    三冗余传感器维护设置

常规直流阀冷控制系统重要传感器（如进阀压力传感器、高位水箱液位传感器、冷却水电导率传感器、进阀温度传感器）在人机界面可同时设置维护，在直流系统正常运行时，所有冗余配置的传感器若发生故障，均可在线更换，由于所有传感器均可同时被设置维护，加大了在线更换传感器时误将正常传感器设置维护的可能性，进一步导致阀冷系统传感器失去冗余，甚至导致所有冗余传感器均不可用，使直流误闭锁。

整改措施：新增用于处理重要传感器的维护功能。对于涉及跳闸的传感器，当有两个传感器均不可用（故障或维护）时，禁止对第三个传感器手动设置维护。

2.1.3    冷却水出阀压力超低、高告警逻辑

常规直流阀冷控制系统冷却水出阀压力超低、冷却水出阀压力高告警灵敏性不足，冷却水出阀压力监视配置3个出阀压力传感器，冷却水出阀压力超低、冷却水出阀压力高告警按“三取二”后“二取二”逻辑出口告警，即采样的两个最相近的有效数据需同时越限告警定值才会出口告警，当冷却水出阀压力的压力值处于出阀压力超低或者出阀压力高告警定值附近时，由于传感器采样存在固有误差，导致“三取二”后“二取二”逻辑条件不易满足，不利于系统运行异常（如滤网堵塞）的及时发现。考虑到冷却水出阀压力超低、冷却水出阀压力高告警不参与跳闸出口逻辑，宜按高灵敏性设置[2]。

整改措施：对冷却水出阀压力超低、冷却水出阀压力高报警按“三取二”后“二取一”逻辑出口，提高此类告警的灵敏度，可及时发现系统运行异常（如滤网堵塞）的情况。

2.2    硬件回路隐患及整改措施

2.2.1    电压监视继电器监视点

柔性直流阀冷系统第一组电加热器设置了一个总开关QFC01，第二组电加热器设置了一个总开关QFC02，QFC01、QFC02两个开关没有配置辅助触点，且电加热器电压监视继电器设置在开关电源侧，在开关断开情况下，控制系统仍判定相应电加热器组可用，实际却无加热器可用，導致内冷系统电加热失败。当内冷水温度低于凝露温度时，电加热失败可能导致阀厅内冷水管路产生凝露，降低阀塔上内冷水管路的绝缘水平。

整改措施：将电加热器电压监视继电器设置在QFC01、QFC02开关的负荷侧，当QFC01、QFC02开关断开时电压监视继电器报警，达到电源监视目标。

2.2.2    电压监视继电器供电电源

柔性直流阀冷系统4台主循环泵的交流电源进线电压监视继电器电源均来自同一空气开关QFC1，若空气开关QFC1故障或空开回路端子松动，将导致4台主泵同时报动力电源故障，虽然运行的泵仍保持运行，但两个停运的主循环泵将被误判为故障不可作为备用，主循环泵失去冗余，在此情况下，若运行的两台主泵其中一台因故障而停运，将导致直流闭锁。喷淋泵的交流电源进线电压监视继电器电源均来自同一空气开关QFA4，若空气开关QFA4出现故障或空开回路端子松动，将导致6台喷淋泵同时报动力电源故障，虽然运行的泵仍保持运行，但3个停运的喷淋泵都将被误判为故障不可作为备用，喷淋泵失去冗余，在此情况下，若运行的喷淋泵因故障而停运，将导致阀冷系统冷却能力下降。

整改措施：4台主循环泵和6台喷淋泵的交流电源进线电压监视继电器分别配置独立的供电电源空气开关，避免单一空气开关出现故障导致阀冷系统失去冗余。

2.2.3    跳闸回路

常规直流阀冷控制系统开出至极控系统的“阀冷系统跳闸”及“阀冷控制系统A/B同时故障”信号回路，极控系统软件中采集这两个信号均输入跳闸矩阵，用于阀闭锁及断路器跳闸。“阀冷系统跳闸”出口回路采用单节点出口且没有配置出口压板，存在单一元件因故障导致保护误动的风险，“阀冷控制系统A/B同时故障”出口回路也没有配置出口压板，不利于设备检修维护工作的开展。

整改措施：“阀冷系统跳闸”信号回路采用两个跳闸继电器的常开触点串联方式，即在原有信号回路基础上，增加一个跳闸继电器，将其常开触点接入该信号回路，减少单一继电器导致保护误动的风险，同时，在“阀冷系统跳闸”及“阀冷控制系统A/B同时故障”信号回路中增加独立跳闸压板，便于设备检修维护工作的进行。

3 结语

换流站阀冷系统能维持换流阀温度在正常范围内，是换流站重要的辅助系统之一，被誉为换流站的“血液循环系统”，同时也是直流输电系统的薄弱环节之一，南方电网多个换流站曾因阀冷系统故障导致直流停运事故。阀冷系统结构复杂，种类繁多，包含各种水泵、电机、阀门、管道、风机及传感器，对运行环境要求高，各元件故障频率高。鲁西换流站阀冷系统进行的隐患排查以及实施的整改措施，可有效降低因阀冷系统故障导致的直流系统强迫停运率，为其他换流站的设计、运行和维护提供了参考。

[参考文献]

[1] 赵婉君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 严喜林，国建宝，杨光源，等.高压直流换流阀冷却系统保护配置及定值整定[J].广东电力，2019，32（4）：125-130.

收稿日期：2020-06-03

作者简介：李阳（1993—），男，广西桂林人，助理工程师，研究方向：高压直流输电控制保护。