±800kV特高压换流站换流阀外风冷系统区域微气候研究及优化周继红

±800kV特高压换流站换流阀外风冷系统区域微气候研究及优化周继红

周继红王同云

（国家电网公司运行分公司哈密管理处哈密839122）

摘要：2014年8月，西北某±800kV特高压换流站因环境温度和直流负荷均未达到水冷冷却塔设计时的温度而提前投入。鉴此，该站开展了阀外冷设备区域微气候研究。通过分析确定水冷冷却塔提前投入的原因为阀外冷设备区域微气候数据与当地气象局提供的气象数据差异较大，最大温差超过10℃，全天平均温差约为6-8℃。为了优化外风冷系统冷却效率和阀外冷系统冷却容量，设计了一套辅助降温装置（水喷雾系统），目前该套系统已经实施，降温效果和经济前景均较为明显。

关键词：微气候，优化设计

0引言

西北地区普遍缺水、夏季气温高、冬季气候寒冷，换流站在西北地区运行，则需对其阀冷系统有更为严格的要求，尤其是阀外冷系统，首先缺水则限制了闭式冷却塔不可作为工程首选的冷却方式，目前西北地区有多座在运换流站，由于其地理位置及周围环境影响，换流站均采用了将空气冷却器和闭式冷却塔串联的方式作为其阀外冷系统。至此，本文就西北某±800kV特高压换流站外风冷区域微气候展开研究，并针对该换流站不满足微气候条件而设计了一套辅助降温系统。该项目完成实施以来降温效果明显，良好地改善了换流站外风冷系统区域微气候因素。

1特高压换流站外风冷系统运行情况

一、5月30日阀外冷系统运行情况

2014年5月30日，该换流站直流系统双极四阀组平衡运行。8:15至22:00双极直流功率为2000MW，其余时段为1600MW。当日现场实测环境温度变化情况见图1，测温点位于空气冷却器下部距离地面约2m处。

由于极II高、低阀组阀外冷系统运行情况基本一致，因此仅以极II低阀外冷系统运行情况为例进行说明。

（1）随着环境温度上升，极II低阀外冷系统空气冷却器按定值逐步投入，14:43六大组风机冷却器全部投入运行。

（2）随着环境温度继续上升，内冷水进阀温度也持续上升，16:36进阀温度达到40℃（水冷冷却塔投入定值），水冷冷却塔自动投入运行。

（3）水冷冷却塔投入运行后进阀温度急剧下降，约1分钟后降至37℃（水冷冷却塔退出定值），17:37水冷冷却塔退出运行。水冷冷却塔投入运行后进阀温度最低降至28.1℃，但随着平衡水池水温不断上升，进阀温度有所回升，水冷冷却塔退出运行时进阀温度已升至31.7℃。

（4）水冷冷却塔退出运行后进阀温度持续上升，18:01升至39.6℃，之后随着环温下降，进阀温度随之降低。极2低进阀温度变化曲线见图1。

图1极II低进阀温度变化曲线图

Fig.1valvetemperaturechangecurveinP22

二、5月31日极II阀外冷系统运行情况

5月31日该站直流系统双极四阀组平衡运行，8:15至22:00双极直流功率为2000MW,其余时段为1600MW。

5月31日环境温度整体高于5月30日，12:00现场实测环境温度已达到39℃（5月30日12:00现场实测环境温度为35℃）。12:11，极II低阀外冷系统水冷冷却塔投入运行，约1分钟后进阀温度降至37℃。为避免水冷冷却塔频繁投退，现场将水冷冷却塔退出延时调整至7小时，20:27水冷冷却塔退出运行（延时定值调整分两次完成，第一次调整为4小时，运行一段时间后，结合环境温度变化情况又调整为7小时，最终水冷冷却塔退出实际延时约到8小时）。

5月30日和31日，极I高、低端换流阀内冷水进阀温度变化趋势与极II基本一致，但由于水冷冷却塔启动定值高于极II，因此水冷冷却塔未投入运行。

2外风冷系统设备区域微气候研究

2014年7月，该站购置了4台温湿度仪进行该站外风冷系统设备区域微气候研究，主要对当地气象温度、外冷系统设备区域微气候、换流站温湿度监测控制系统三方面进行。研究数据如下。

2.1温湿度仪监测数据与后台温度对比

2014年8月10日当地温度较高，11时-18时均在35℃左右，且8月10日进行了极2低端大负荷试验。外冷设备区域温湿度监测仪数据和换流站温湿度监控系统数据对比如下：

由上表可知，1、2和4号温湿度仪与后台温度显示较为接近，由于3号温湿度仪安装在风冷塔上部，大负荷期间冷却风机散热量较大，导致风机上部环境温度相对较高。

综上分析可以得出以下结论，实际温度值与仪器实时监测数据基本一致，即现场温度传感器监测的实时数据准确。

2.2现场监测数据与当地气象局数据对比

2014年7月29日至9月14日期间，对该站极2低端风冷塔区域实时温度与气象局提供的当地实时气象数据进行了详细统计，现选取8月10日温度数据进行分析。

通过分析得出阀外风冷塔处的实时温度要明显高于当地气象局提供的气象数据，最大温差超过10℃，全天平均温差约为6-8℃。

3优化设计

为了提高空气冷却器冷却效率，在防冻棚空气冷却器下方设计了一套辅助喷淋装置。每个阀组均增加一套辅助喷淋装置，包括一套独立的辅助喷淋设备，一套阀外冷空气冷却器喷淋管道、一套电源和控制系统设备以及整个设备间管道、备品备件和专用工具，该套装置需满足如下技术条件：被冷却对象为阀冷系统空气冷却器，为避免因喷淋造成空气冷却器换热翅片腐蚀和结垢，采用直接抽取喷淋水池经过软化处理的冷却水。

2、辅助喷淋装置的设计保证安全、准确、合理、运行可靠、维修方便。辅助喷淋装置的设计和制造基准是夏季高温环境条件下提高空气冷却器的换热容量，以保证在极端气候条件下空气冷却器的正常运行。

3、辅助喷淋装置供水取自喷淋水池，由水泵从中取水注入储水罐中，再由喷淋泵增压从雾化喷头喷出，形成水雾，通过水的蒸发增大空气冷却器换热容量，从而降低空气冷却器出水温度。

3.1优化项目工作原理

2015年4月-5月，该站分别在四个阀组防冻棚空气冷却器下方安装水喷雾装置，水喷雾装置主要由：抽水泵、增压泵、储水塔以及防冻棚水喷雾管道等组成。抽水泵从平衡水池抽水，将水储存在储水塔，通过增压泵将储水塔中的水打压到防冻棚水喷雾管道中，通过水喷雾管道上的喷头将水打压成水雾状，外风冷冷却器风扇运行时通过吸力将水雾吸在冷却器表面进行辅助降温。水喷雾装置储水、打压等过程均为一键启动，方便省时。水喷雾装置见图4。

图2优化设计方案

Fig.2Optimizingdesignscheme

3.2项目效果前景

一、冷却效果分析

2015年7月29日环温达到41℃，是7月份最高温度。现以极1高端水冷系统为例进行分析，13:52极1高端内水冷进阀温度为45℃，84台空气冷却器已自动全部投入，现场人员手动启动水喷雾系统对内冷水进行辅助降温，随即内水冷进阀温度速降至42.1℃，效果比较明显，对提高空气冷却器冷却效率有一定的帮助。

二、用水量分析

（一）、冷却塔耗水量

以2015年7月25日极1高端阀组水冷系统为例，仅投入冷却塔降温时，喷淋水池水位变化趋势如下图所示：

图3喷淋水池液位曲线1

Fig.3Spraypoollevelcurve1

从15:50开始冷却塔运行到16:49约1小时，液位下降0.153m，耗水量=12.1*7.7*0.153=14.6m³（喷淋水池长为12.1m，宽为7.7m）。

（二）、水喷雾耗水量

以2015年7月25日极1高端阀组水冷系统为例为例，手动投入水喷雾系统，再自动投入冷却塔降温时，喷淋水池水位变化趋势如下图所示：

经计算分析，水喷雾系统投入运行1小时后，喷淋水池液位下降了0.02m，耗水量（考虑水喷雾系统储水罐储水1m3）=12.1*7.7*0.02+1=2.9m3。

通过对比发现水喷雾系统耗水量远小于冷却塔耗水量，投入水喷雾系统，可以提高空气冷却器的效率，减少冷却塔使用时间并大量节约用水。

4总结

特高压换流站阀冷系统正常运行是保证直流稳定运行的重要保障。夏天温度较高，阀外冷系统是维持换流阀进阀温度在报警值以下的最重要的辅助降温系统。由于工程初设时没有充分考虑阀外冷系统区域微气候，导致外冷系统容量不能满足直流正常运行。本文通过分析换流站外冷系统设备区域微气候，提出相应的优化建议，并将其运用至现实当中。本套优化项目良好地解决外冷系统容量不足导致换流阀进阀温度过高的问题，避免直流发生跳闸等重大事故。

参考文献:

[1]刘振亚.特高压输电[M].北京：电力工业出版社，2006。

[2]赵婉君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004。

[3]李琴，李泽蓉.某车间微气候环境现状分析与改善[J].机械管理开发，2011，1（总第119期）：68-71。

[4]陈帅，蔡颖玲.室内微气候控制实验平台与实施[J].实验技术与管理，2013，30（9）：88-92。

[5]郝瑞珍，张贺.夏热冬暖地区微气候建筑设计探讨[J].广东石油化工学院学报，2012，22（4）：43-46。

[6]焦秀英,刘宁.向家坝—上海特高压直流输电换流阀塔水路的分析[J].高压电器.2012(01)。

[7]刘辉.换流站换流阀冷却系统的选型研究[J].吉林电力.2012(01)。

作者简介：

周继红，男，工程师，硕士研究生，主要从事特高压直流系统换流阀及相关设备研究工作。