超高压直流输电换流站的阀冷却系统故障的研究

超高压直流输电换流站的阀冷却系统故障的研究

滕飞 宋珍珍

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司天生桥局

【摘　要】阀冷却系统是超高压直流输电换流站最重要的辅助系统,如果出现故障，将会极大地影响换流站主设备的安全运行。同时，阀冷却系统在直流输电换流站中的维护消缺工作量比较大，因此，有必要对超高压直流输电换流站的阀冷却系统的常见故障进行研究，以更好地促进超高压直流输电换流站可靠运行，研究结果以供相关人士借鉴。

【关键词】阀冷却系统；超高压直流输电换流站；系统故障

随着社会经济的发展，清洁、优质的电力能源的需求越来越大，高压直流输电工程数量也逐渐增加。但从当前我国跨区电网直流系统的运行情况来看，因受到种种因素的影响，仍存在较多的安全问题亟待解决，其可靠性已成为影响整个电力系统安全运行的重要因素。超高压直流换流站与常规交流变电站的显著区别之一，就是其辅助系统数量比较多，包括阀冷却系统、消防系统和空调系统等系统，日常维护消缺工作量较大，而且，辅助系统的正常运行也对换流站主设备的安全运行有直接的影响。其中，超高压直流输电换流站中的阀冷却系统故障是比较凸显的问题，需要对其故障问题进行深入研究，总结相对完整的换流阀冷却系统泄露检测以及处理方法，以便为为现场检修人员提供基础的技术支持。

一、阀冷却系统概述

换流阀是换流站实现交直流转换的核心部件，其额定电流量最高为 4500A。在正常运行过程中，大电流通过换流阀会产生大量热量，使得晶闸管、电抗器等元件温度也相应地急剧上升。为了避免这些元件因温度过高而损坏，就需要设置阀冷却系统来对换流阀进行冷却。换流阀冷却系统是换流阀的重要组成部分，换流阀冷却系统运行原理主要如下：换流站每个阀厅均相应地配置一套独立的循环水冷却系统，该系统包含内冷却系统、外冷却系统和阀冷控制系统。在运行过程中，其能将晶闸管阀上元件的功耗发热量排放到阀厅外，确保晶闸管运行温度处于正常范围之内。阀内冷系统是一个密闭的循环系统，它借助冷却介质的流动来将热量带走；阀外冷系统依据其冷却方式，还可进一步分为水冷和风冷两种。水冷系统为开放式的水循环系统，经过软化处理的水持续通过冷却塔，就能直接对阀内水冷系统管道及内部的水进行冷却。有的换流站因受地区环境的影响，如换流站处于寒冷地区，为避免水系统结冻，也会应用阀外风冷系统。如果换流阀冷却系统出现故障，就容易导致相关主设备运行工况恶化及发生跳闸事件。

二、阀冷却系统常见故障分析及解决对策

（一）主循环泵故障 
　　超高压直流输电换流站的换流阀冷却系统有2台主循环泵互为备用，阀冷却系统,能直接给出直流闭锁指令，而消防和空调系统一般只给报警信号。某超高压直流输电换流站中使用的主循环泵采用AC800变频器对其进行控制，出现过阀冷主泵切换过程中主水回路建压不及时的情况，导致换流阀冷却系统出现控制保护动作。检修人员对其进行检修，判断阀冷控制系统主泵运行逻辑存在缺陷，没有对多重切换的情况进行充分考虑，也就是缺少“切换不成功－回切成功”能力。当主泵在进行连续两次切换时，因为主泵切换时间较长，就使得内冷水压力下降较多，完好主泵在设置延时内，没有能够建压到设置阈值，从而被系统误判为故障。

要想解决此故障，可先优化冷却水流量低且进阀压力低切换主泵逻辑。当处于冷却水流量低且进阀压力低的情况下，如果备用泵没有出现故障，则系统在延迟一定时间就会自动切换到备用泵。如果备用泵运行后，这种情况任然存在，则经较前次延时更长时间后自动切到运行泵或在人机界面上进行手动确认后立即切泵。

（二）阀冷却系统漏水故障 
　　某超高压直流输电换流站运行过程中，220kV 的LTI阀A相电抗器冷却水管发生脱落问题，使得系统出现直流闭锁故障。经过检修人员检修，在出现电抗器小水管脱落后，在原来的金属接口处未发现明显的卡痕，说明水管接头处没有卡紧，从而导致长期运行中受到震动及热胀冷缩导致水管内径发生膨胀而发生松弛和脱落问题。长期漏水也使得导冷却水位降低，当膨胀水箱处于比正常液位低的位置时，就会导致系统发生保护动作。换流阀内冷水系统漏水还会导致膨胀水箱内的液位下降，进而导致超高压直流输电系统停运。究其原因，是由于内冷水管道与阀模件的金属构件进行接触，在阀塔的长期震动下，就会振开连接内冷水管道的保护套。同时，管道与金属构件长期摩擦，加上阀塔震动，进一步导致管道磨损和渗漏。此外，进水管均压电极阳极侧表面被水垢或者橡胶垫圈腐蚀，也会影响管道的密封性而渗漏。 
　　经过检修和分析，先检查、核对漏水管的具体型号，配置相同的水管备件。然后，根据顺序检查阀塔各组件的水管接头，并依据相关标准，实施相应的静态加压试验。对进阀LTI的压力进行优化调整，调整为0.8 MPa，并确保持续＞30 min无渗水现象发生；将出阀ETT的压力调整到1.0 MPa，并同样确保＞10 min无渗水现象发生。

（三）换流阀冷却系统传感器故障 

换流阀冷却系统传感器通常采用冗余配置，以确保换流阀冷却系统运行参数采集准确和直流系统平稳运行，有的重要传感器甚至配置三个具有故障检测功能。如果换流阀冷却系统传感器出现故障，就会导致超高压直流输电换流站系统停运。因为传感器故障会使得采集的数据出现异常，严重时会达到换流阀冷却系统的跳闸定值。

解决此问题，可为采集的每个参数特别是涉及到阀冷逻辑中告警、跳闸的参数配置多个传感器，这样，只要单个传感器检测到异常，就会立即发出报警信号。多传感器的逻辑选择，可采用三取二、二取二、二取一、一取一等判断逻辑。例如，以阀内水冷进阀温度保护作为案例，根据三取二、二取二原则出口，其逻辑见图1所示。基于此逻辑，传感器就能具备自检的功能，当传感器在故障或测量值超范围时就会自动退出运行状态，这样就不会误发动作信号。在电源配置上，作用于跳闸的冗余保护装置及传感器采用冗余电源或多路独立电源供电，这样，如果出现单一电源失电的情况，也就不能导致冗余保护装置及传感器全部退出。取消外冷水池水位低停运喷淋泵功能，仅发告警信号，加装喷淋泵手动启动功能，以避免外冷水池水位测量系统故障误停喷淋泵，导致内冷水温度升高跳闸。

图 1 传感器运行逻辑

三、结语

综上所述，阀冷却系统是超高压直流输电换流站非常重要的辅助系统，如果某个环节出现故障就会影响换流站的正常运行。因此，在日常检修工作中，检修人员要注意不断地总结和分析故障及检修经验，加强巡查，结合实际尽快找出故障原因并及时解决，保证换流占能正常、可靠地运行。

【参考文献】

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