换流站内冷水系统泄漏保护配置分析及改进建议

换流站内冷水系统泄漏保护配置分析及改进建议

郝良收

中国南方电网超高压输电公司天生桥局 贵州省 兴义市 562400

摘要：近年来，我国的换流站建设越来越多。基于直流换流站配置的内冷水泄漏的报警、跳闸逻辑，分析了泄漏保护的配置及其合理性，提出了一些改进建议，对今后换流站内冷水泄漏的保护配置与设计提供了参考。

关键词：换流站；内冷水；泄漏；保护配置；内外循环

引言

阀冷系统是换流站的一个重要组成部分，它将阀体上各元件的功耗发热量排放到阀厅外，保证晶闸管运行结温在正常范围内。部分运行时间较久的换流站，由于阀冷外冷水系统换热元件老化、机械损伤、管道结垢等问题，存在不同程度的热力性能下降的情况。目前，换流站缺乏一种评估阀冷外冷水系统热力性能的有效方法，仅通过内冷水进阀温度简单判断冷却塔散热效果，当发现阀冷外冷水系统热力性能下降时内冷水进阀温度往往已接近告警值，只能采取往喷淋水池投放冰块等不经济的临时措施，严重时可能导致直流系统限负荷。

1内冷水泄漏保护设置

内冷水泄漏保护配置如下：24小时微分泄漏保护：设置在控制软件内，根据内冷水膨胀罐水位变化量，判断内冷水系统是否存在泄漏，作用于报警或跳闸；膨胀罐水位保护：设置在控制软件内，当膨胀罐水位测量值低于设定值时，作用于报警或跳闸；水位开关保护：换流阀塔底座安装阀漏水检测装置，当检测到阀塔底部有积水时，作用于报警或跳闸。

2内冷水泄漏保护设计原理及合理性分析

2.1泄漏保护设计原理

泄漏保护逻辑设置在水冷控制保护系统内，分别有两套控制系统，每套控制系统内有两个独立的处理板卡，且两个板卡内都配有独立的保护。24小时泄漏保护，设计原理是：取膨胀罐水位传感器、阀进水温度、阀出水温度和冷却塔出水温度传感器的测量值，计算得出膨胀罐内水的体积，将此体积值与3分钟前膨胀罐内水的体积作差值，并把24小时内的体积差累加起来，如果内冷水体积差总变化大于46．0L，则发出内冷水泄漏报警。突变量泄漏保护，作用于跳闸，设计原理是：连续计算3s内和10s内的膨胀罐内水位变化量，如果都大于整定值，则延时20s切换系统，延时25s闭锁极，停泵。

2.2 24h泄漏保护设置合理性分析

硬件配置：所有用于计算的传感器都配置了两个同型号的传感器互为备用，且分别对应两个系统，各取两路电源，配置合理。软件设置：泄漏告警定值为46L。当24h内膨胀罐水量减少46L达到告警值时，内冷水系统仍可维持运行一段时间，但需立即检查内冷水系统是否有异常情况，该定值设置合理。

3水位保护设计原理及合理性分析

3.1水位保护设计原理

水位保护逻辑设置在水冷控制保护系统内，其原理为：（1）水位保护通过水位传感器，直接测量膨胀罐水位信号，水位低于设定值时动作，动作结果为报警。（2）水位保护使用磁铁接点式传感器，当水位低于传感器设置安装的高度时，控制系统直接闭锁直流系统。

3.2水位保护设置合理性分析

硬件配置，水位传感器有E1．BL1和E1．BL2，分别对应两个系统。安装位置E1．BL1和E1．BL2取A、B两路电源，且分别对应A、B两套系统。软件设置，水位保护定值设置为，（1）当膨胀罐水位超过87％时，延时5s，发膨胀罐水位高告警；（2）当膨胀罐水位低于32％时，延时5s，发膨胀罐水位低告警；（3）当膨胀罐水位低于10％时，延时2s，切换系统，延时5s发跳闸命令，闭锁极；（4）当膨胀罐水位超过100％时或低于0％时，发传感器故障报警，切换系统。

4基于多判据的阀冷外冷水系统热力性能评估方法

闭式冷却塔传热传质复杂，用单一运行参数难以判断其运行状态。阀冷外冷水系统可采用对闭式冷却塔多组运行参数综合判断的方法来评估冷却塔的热力性能，并根据评估结果采取相应的措施。温度传感器采用水温传感器和大气干湿温传感器，水温传感器测量冷却塔管内进水温度、出水温度，大气干湿温传感器测量冷却塔进风干球温度、进风湿球温度；风速传感器测量冷却塔进风风速，安装在冷却塔进风口处；流量计选用超声波流量计，安装在冷却塔喷淋水进水管道处。采集单元处理传感器信号并与检测主机通信。监测主机采用单片机或微机系统，用于实现冷却塔热交换能力监测、人机交互、与采集单元通信及数据存储等功能。

5泄漏保护与内外循环切换的联系

某站双极直流系统处于停运状态，内冷水系统处于运行状态，此时内冷水电磁阀处于中间状态，极控制系统发出内冷水泄漏保护动作信号，内冷水主泵停运，发出直流闭锁指令。现场检查整个内冷水管道未发现漏水现象。结合历史趋势图分析膨胀罐的水位变化、压力变化、阀进出水温度变化，得出以下结论：（1）膨胀罐水位模拟量：闭锁前25s水位为77%，闭锁时水位下降至70%，变化量为7%；（2）系统压力模拟量：压力突然明显下降，由193kPa降低至143kPa；（3）阀进出水温度模拟量：温度平稳保持在22℃，无变化。换流阀进出水温度变化量低于0.5℃，泄漏保护应选择低定值，25s内膨胀罐水位每10s的变化持续大于0.6%，因此泄漏保护正确动作。通过内冷水管道压力变化也可以看出，故障时膨胀罐水位确实有突然降低的现象。通过上述分析，泄漏保护跟内外循环、泵速切换及阀进出水温度有直接关系：（1）直流系统处于停运状态，户外温度较低，内冷水系统的水温满足控制系统逻辑条件，由外循环切换内循环方式。（2）内循环运行期间，内冷水主泵每5h进行一次高、低速切换运行，在多次切换过程中，膨胀罐有水位上升迹象。（3）内循环时间较长，使内冷水温度上升到22℃，在内冷水主泵高速运行下，内冷水从内循环运行切换至外循环，水位急剧下降，导致泄漏保护动作。

6对运行管理方面的建议

运行人员在日常巡检过程中，应掌握内冷水系统巡检要点，年度检修确保检修质量，具体建议为：（1）巡检重点关注主循环泵轴承处、阀塔管道法兰接头处及膨胀罐等部位。（2）监盘时注意内冷水各参数（膨胀罐水位、循环方式、主泵泄漏探测告警等）是否正常。（3）内冷水系统阀门配置较多、分布较广，主水管道连接有很多排泄阀。曾发现调试期间使用的排泄阀无可靠的防误动措施，针对此类情况，建议对内冷水所有阀门进行清查，采取加装档板、加装机械锁等措施，确保不会误碰。（4）年度检修期间，对阀塔内水管进行检查，对法兰接头螺丝进行紧固，为稳定运行打下基础。

结语

综上所述，内冷水系统是换流站最重要的辅助系统，内冷水系统发生泄漏是目前换流站面临的主要问题之一。因此，如何及时发现内冷水泄漏并及时采取措施，对换流站的稳定运行意义重大。本文以某换流站为例，分析了泄漏保护的配置及其合理性，提出了一些改进建议，对新建换流站内冷水系统一次结构设计及二次保护设置提供了借鉴。

参考文献

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