特高压换流站OWS后台阀水冷报文分析

蔡 然，邓铭祺，罗利云

（国网江西省电力有限公司超高压分公司，江西 南昌 330096）

0 引言

换流阀设备是特高压直流输电系统中的关键设备，换流阀设备的运行可靠性直接影响直流输电系统的工作稳定性[1]。正常运行时，大电流会产生高热量，导致可控硅温度急剧上升，如果不对可控硅进行有效冷却，可控硅将被烧坏，造成直流输电系统停运。阀水冷系统通过冷却介质的流动带走可控硅消耗功率所产生的热量，对保护换流阀起到了至关重要的作用[2-4]。换流站人员可通过对OWS后台阀水冷相关报文进行分析，熟悉阀冷设施在直流不同工况下的运行规律，提出报文改进优化建议和措施，保证直流系统安全稳定运行。

1 直流系统低工况情况下的阀冷报文分析

1.1 VCCP报文总数

以2022年1月10日当天为例，当日西南送华中某直流计划输送功率最低934 MW，最高1 291 MW。受端换流站OWS后台VCCP阀冷报文总数为1 496条，见图1。

图1阀冷报文总数

1.2 阀冷系统外冷却塔风机启停报文

当阀冷系统进阀温度高于33℃时，外冷却塔启动第一组三台风机。当进阀温度高于36℃时，启动第二组三台风机。当进阀温度低于32℃时，第二组风机停止运行。当进阀温度低于29℃时，第一组风机停止运行。随着系统运行，进阀水温再次高于33℃时，轮换启动第二组风机，高于36℃时启动第一组风机，以此反复。根据1月10日当日直流运行工况和环境，各阀组进阀温度均在28℃至34℃之间波动，风机在启动约2 h后停运，在停运约7～8 h后启动，以此反复。当日风机启停报文264条，见图2。

图2 风机启停报文

1.3 C45砂滤罐相关装置报文

喷淋水池自循环装置中C45砂滤罐每4 h会进行一次反洗，每24 h会进行一次排污。C45在反洗和排污的过程中，其配套的V811、V812、V813、V814电动阀门会进行相应的开闭动作。当日C45砂滤罐相关装置报文共1 056条，见图3。

图3 C45砂滤罐相关装置报文

以四阀组中的极Ⅰ高阀组为例，VCCP的A系统C45砂滤罐一次排污过程的报文共12条，A、B系统共24条，见图4。

图4 C45排污过程报文

同样以极Ⅰ高阀组为例，VCCP的A系统C45砂滤罐一次反洗过程的报文共20条，A、B系统共40条，见图5。

图5 C45反洗过程报文

1.4 自循环泵启停报文

喷淋水池自循环装置中的自循环泵P41、P42每周定期切换一次，在自循环泵出水压力低时会执行故障切泵逻辑，无出水压力高停泵逻辑。当日四阀组中的三个阀组自循环泵执行了定期切换，产生了12条相关报文，见图6。

图6 自循环泵启停报文

1.5 加药泵启停报文

加药泵P53、P54根据反渗透装置制水情况进行相关动作，当反渗透装置制水向喷淋水池补水时加药泵运行，当反渗透装置停止制水时，加药泵停止运行。当日产生了12条相关报文，见图7。

图7 加药泵启停报文

1.6 工业水泵启停报文

工业水泵P51、P52根据喷淋水池液位进行控制，当喷淋水池液位低于65%时，工业水泵开启向喷淋水池补水，当液位高于75%时，工业水泵停止运行暂停向喷淋水池补水，同时在工业水泵出水压力低时会执行故障切泵逻辑。当日产生了6条相关报文，见图8。

图8 工业水泵启停报文

1.7 C65砂滤罐和C66炭滤罐相关装置报文

C65砂滤罐配套V753、V754、V755、V756、V757五个电动阀门。C66炭滤罐配套V703、V704、V705、V706、V707五个电动阀门。喷淋水池不补水时电动阀门均关闭，当喷淋水池进行补水时电动阀门进行相应开闭动作。同时，当单个阀组工业水流量达到1 536 m³时，C65和C66会执行反洗的系列过程，电动阀门均会进行相应的开闭动作。当日C65砂滤罐和C66炭滤罐相关装置只执行了喷淋水池补水时的相关动作，在工况和环境的影响下流量较低未进行反洗过程。当日产生了72条报文，见图9。

图9 C65砂滤罐和C66炭滤罐相关装置报文

1.8 反洗泵启停报文

C65砂滤罐和C66炭滤罐执行反洗系列过程时，反洗泵P49、P50会自动轮流启动和停止，对C65和C66进行反洗，当反洗系列过程结束后，反洗泵自动停止运行。当日流量较低未进行反洗过程，故当日无相关报文。

1.9 高压泵启停报文

高压泵P55、P56根据反渗透装置的制水进程进行控制，当反渗透装置制水时，高压泵自动启动向反渗透装置注水，当反渗透装置停止制水时，高压泵停止运行。当日产生了6条相关报文，见图10。

图10 高压泵启停报文

1.10 C60反渗透相关装置报文

C60反渗透相关装置主要由反渗透膜、V924电动蝶阀、各类手动球阀及蝶阀等组成。当喷淋水池不补水时，C60处于备用状态，V924关闭。当准备补水时，C60处于冲洗状态，V924开启。当进行补水时，C60处于制水状态，V924关闭。当日根据喷淋水池补水进程，产生相关报文48条，见图11。

图11 C60反渗透相关装置报文

1.11 阀内水冷补气回路相关报文

内水冷补气回路主要由V503电磁阀、V504电磁阀、氮气瓶、减压阀、膨胀罐等组成。对于低端阀组，当膨胀罐内压力低于0.21 MPa时电磁阀开启进行补气，当膨胀罐内压力高于0.22 MPa时电磁阀关闭停止补气。对于高端阀组，当膨胀罐内压力低于0.28 MPa时电磁阀开启进行补气，当膨胀罐内压力高于0.29 MPa时电磁阀关闭停止补气。因系统自动补气，当日产生相关报文14条，见图12。

1.12 喷淋水池状态报文

当喷淋水池液位低于65%时，会对喷淋水池进行补水。当喷淋水池液位高于75%时，停止喷淋水池进行补水。相关状态报文产生6条，见图13。

图13 喷淋水池状态报文

1.13 喷淋泵启停报文

单阀组共有6台喷淋泵，阀冷系统在运行时，会保持3台喷淋泵在运行状态，每周定期切换至另一台。当喷淋泵出泵压力低时会执行故障切泵逻辑。当日无定期切泵和故障切泵情况，故无相关报文。

1.14 阀冷各装置报文占比

受端换流站2022年1月10日当天OWS后台VCCP阀冷各装置报文占比统计情况如表1所示。

表1 2022年1月10日阀冷各装置报文占比

2 直流系统较高工况情况下的阀冷报文分析

2.1 VCCP报文总数

以2021年7月14日当天为例，当日西南送华中某直流计划输送功率最低3 774 MW，最高4 000 MW。受端换流站OWS后台VCCP阀冷报文总数为1 996条，见图14。

图14 阀冷报文总数

2.2 阀冷系统外冷却塔风机启停报文

根据7月14日当日直流运行工况和环境，各阀组进阀温度均在33℃以上，故单阀组的6台风机均在运行状态，无风机启停报文。

2.3 C45砂滤罐相关装置报文

当日C45砂滤罐相关装置报文共1 056条，见图15。

图15 C45砂滤罐相关装置报文

2.4 自循环泵启停报文

当日自循环泵一直在运行状态，未执行定期切换和故障切换，故未产生报文。

2.5 加药泵启停报文

加药泵根据当日的制水状态，共产生了72条相关报文，见图16。

图16 加药泵启停报文

2.6 工业水泵启停报文

工业水泵除在补水时会进行启停，在C65和C66反洗系列过程中亦会轮流启停执行相关过程。当日产生了44条相关报文，见图17。

图17 工业水泵启停报文

2.7 C65砂滤罐和C66炭滤罐相关装置报文

当日C65砂滤罐和C66炭滤罐相关装置执行了喷淋水池补水时的相关动作，同时部分阀组因流量达到定值也执行了反洗过程。当日产生了496条报文，见图18。

图18 C65砂滤罐和C66炭滤罐相关装置报文

2.8 反洗泵启停报文

当日极Ⅱ高阀组因流量达到定值，执行了反洗过程，当日产生了20条报文，见图19。

图19 反洗泵启停报文

2.9 高压泵启停报文

高压泵因制水当日产生了32条相关报文，见图20。

图20 高压泵启停报文

2.10 C60反渗透相关装置报文

C60当日根据喷淋水池补水进程，产生相关报文240条，见图21。

图21 C60反渗透相关装置报文

2.11 阀内水冷补气回路相关报文

因系统自动补气，当日产生相关报文4条，见图22。

图22 阀内水冷补气回路相关报文

2.12 喷淋水池状态报文

喷淋水池当日相关状态报文产生28条，见图23。

图23 喷淋水池状态报文

2.13 喷淋泵启停报文

四阀组中有三阀组当日执行了定期切泵，产生相关报文4条，见图24。

图24 喷淋泵启停报文

2.14 阀冷各装置报文占比

受端换流站2021年7月14日当天OWS后台VCCP阀冷各装置报文占比统计情况如表2所示。

表2 2021年7月14日阀冷各装置报文占比

3 结语

根据表1和表2可知，C45砂滤罐相关装置报文在阀冷系统OWS后台报文中占比较高。C45砂滤罐相关装置的作用是对喷淋水池内的冷却水进行自我循环过滤，针对未经水处理回路从外界直接进入喷淋水池的颗粒和杂质进行过滤。在极端情况下，可暂时切除整个自循环装置，不影响换流阀和阀冷系统的短期运行。为减少阀冷系统相关报文，可通过修改控制保护CCP的相关程序达到该类报文不显示的目的。应注意，通过拆除阀冷控制保护柜内DI模块上相关硬接线的方法减除该类报文不可行。若拆除DI模块上V811、V812、V813、V814开限位和关限位信号的硬接线，则CPU无法通过其它回路获得这4个电动阀门的状态，从VCCP主机上无法查看阀门开闭情况。同时因开关限位信号无法送至CPU，导致阀外冷系统无法执行补水、反洗等过程。同时应考虑到，在自循环装置运行状态下取消相关OWS后台报文，会造成一定风险。在自循环或反洗过程中，因自循环泵无压力高停泵的逻辑，若出现V811或V812拒动的情况，会导致压力过高打坏电动阀门或自循环泵机封漏水。若出现V813拒动的情况，会因压力高导致C45砂滤罐观察窗爆裂漏水。若出现V814拒动的情况，会因不断排污导致喷淋水池液位下降至65%限值以下。在阀冷控制保护系统发出命令后，并没有水处理回路中的电动蝶阀长时间不出现开限位或关限位相应的硬接线告警回路，但在程序逻辑里做了相关告警设置。故运行人员无法第一时间通过OWS后台得知相关阀门状态信息，但可以接收电动阀门开闭不到位或拒动的告警信息。