貴廣I回肇慶換流站換流閥冷卻系統逆止閥異常事件分析及對策

陶敏+梁家豪

摘要：2015年8月3日貴廣I回直流工程±500kV肇慶換流站極一閥冷主泵定期切換運行時，工作站發出水流量低告警，閥塔壓差低跳閘，極一外部保護跳閘，極一退至備用狀態出現故障。通過對此事件的全面分析，發現了事件的主要原因是逆止閥卡澀，導致主泵切換后內冷水回流引起主水回路壓力低，使得閥塔壓差低跳閘。經過一系列試驗研究，研究人員提出了相應的改進措施，結果經過近一年的運行，證明了改進方案是可行的，應用軟件技術降低了機械故障帶來的風險。

關鍵詞：換流閥；冷卻系統；逆止閥；異常事件；換流站；直流輸電工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM564 文章編號：1009-2374（2016）35-0174-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.085

1 換流閥冷卻系統介紹

換流閥冷卻系統是指換流站每極可控硅閥配置的一套獨立的水冷卻系統，是直流輸電工程中重要的輔助系統。該系統由兩個冷卻循環系統組成：一是內冷水循環系統，通過低含氧量的去離子水對閥進行冷卻；二是外冷水循環系統，通過冷卻塔對內冷水進行冷卻。

1.1 換流閥內冷卻系統

換流閥內冷卻系統是給閥廳閥塔設備提供水冷卻的一套重要系統，也是直流系統的核心部分。內冷卻系統主要由循環泵、補水泵、過濾器、逆止閥、離子交換器、排氣、膨脹器、補水箱等組成。其工作原理如下：循環泵將內冷水抽至閥塔頂部的主進水管道，然后經過各個閥塔對可控硅模件進行冷卻，帶走閥熱量后，經冷卻塔與外冷水進行熱量交換，冷卻后再由循環泵加壓抽至主進水管道循環。如果內冷水水位降低至一定程度，內冷水將由補水泵經離子交換器，進行去離子后補充到主水管道。即使在正常運行時，從循環泵出口處將有一部分內冷水經離子交換器進行去離子，以保證水的電導率合格。

1.2 逆止閥

逆止閥（止回閥）Check Valve：啟閉件靠介質流動的力量自行開啟或關閉，以防止介質倒流的閥門叫止回閥。逆止閥屬于自動閥類，主要用于介質單向流動的管道上，只允許介質向一個方向流動，以防止發生事故。換流閥

冷系統中應用逆止閥的自動關閉，確保主水回路無分流。

2 事件簡介及控制原理分析

±500kV肇慶換流站是高肇直流輸電系統的逆變站，2015年8月3日，極一閥冷主泵定期切換由泵2切至泵1運行時，工作站和現場均顯示主水壓力為4.4Bar，工作站發出水流量低告警，閥塔壓差低跳閘，極一外部保護跳閘，極一退至備用狀態。

2.1 閥塔壓差低跳閘原理

肇慶換流站極1閥塔共計6塊壓差表，每座閥塔配置1塊壓差表，當任意一座閥塔壓差低于2.7bar時，延時4s跳閘。邏輯圖如圖1所示：

此次事件中，主泵在07∶39∶59.000時切換，切換后4s，閥塔壓差仍低于2.7bar，故出口跳閘，閥冷控制系統正確動作。

2.2 主水壓力低主泵切換原理

主水壓力低于3.8bar時，延時2s主泵切換。此次事件發生時，主泵切換后，主水壓力為4.4bar（正常運行時為5.7bar），高于回切定值（3.8bar），故主泵不回切。

3 事件原因分析

停電后拆下極一閥冷系統兩臺主泵逆止閥，檢查發現逆止閥彈簧桿及彈簧無損壞，逆止閥內部無異物，極一#1主泵逆止閥開閉功能正常，極一#2主泵逆止閥開閉有卡澀；拆開極一#2主泵逆止發現閥雙瓣墊片受損導致逆止閥開閉有卡澀；檢查主過濾器處未見異物堵塞情況，濾網無破損。

經檢查分析，確定極一#2主泵逆止閥存在異常，當主泵由#2主泵定期切換至#1主泵運行過程中，#2主泵逆止閥存在密封不嚴的情況，導致#1主泵啟動后部分水回流至#2主泵回路（如圖2所示），#2主泵在接觸器斷開的情況下仍在轉動，造成主水壓力為4.4bar，閥塔壓差表數值低于2.7bar，延時4s出口跳閘。

4 措施及建議

4.1 運行工況參數測試

進一步分析研究軟件邏輯改進措施，對閥冷系統各種工況下的流量、閥塔壓差等運行參數進行測試。

4.1.1 主泵正常啟動試驗。正常啟動極1閥冷系統#2主泵，記錄閥冷系統壓力、壓差、流量等參數的變化情況。

#2主泵啟動流量壓力變化波形如圖3所示，可見#2主泵啟動后，經過約0.88s，閥塔壓差超過跳閘定值2.7bar；約1.5s主水壓力大于正常值5.6bar，流量反應較慢，約10s后趨于穩定。

4.1.2 主泵正常停止試驗。正常停止極1閥冷系統#2主泵，記錄閥冷系統壓力、壓差、流量等參數的變化情況。

#2主泵停止流量壓力變化波形如圖4所示，可見#2主泵停止后，經過約0.21s，閥塔壓差低于跳閘定值2.7bar；約0.87s主水壓力穩定在1.5bar左右（閥冷系統停止時，主水壓力值），流量反應較慢，約20s后趨于0L/min。

4.1.3 主泵正常切換試驗。閥冷系統運行在#1主泵，#2主泵在備用狀態，按下主泵切換按鈕，用攝像機記錄閥冷系統壓力、壓差、流量等參數的變化情況。

主泵切換過程流量壓力變化波形如圖5所示，可見按下主泵切換按鈕后主泵自動切換至#2主泵運行，經過約0.24s，閥塔壓差低于跳閘定值2.7bar；#2主泵運行重新建壓，約1.09s閥塔壓差超過定值2.7bar，歷時0.85s，未到達閥塔壓差低跳閘延時4s，故未出口跳閘，成功切換到#2主泵。此過程時序如圖6所示。

4.2 控制邏輯修改

統計其他各換流站關于主水流量的跳閘如表1所示：

由此可見，各換流站對于主水流量的速斷跳閘定值均在正常流量的50%以下，即當主水流量小于正常流量值的50%時，閥冷系統延時1s跳閘，同時肇慶站西門子手冊中提到容許流量不低于正常流量值的50%短時間運行。

肇慶站閥塔壓差低于2.7bar，延時4s出口跳閘（控制邏輯如圖1所示），此時主水流量約為正常流量值的75%，此定值對流量要求較為嚴苛。適當延長肇慶站閥塔壓差低跳閘延時（閥塔流量由正常流量下降到50%約需時6s），并增加閥塔壓差低切泵功能，即閥塔壓差低于2.7bar延時4.5s切換主泵運行，延時7s跳閘（控制邏輯如圖7所示）。

4.3 后續改進措施

在控制邏輯修改后進一步對比研究不同類型、品牌的逆止閥可靠性，選擇可靠性較高的品牌，使用同一型號將其替換，以便提高逆止閥本身的機械性能，確保換流閥冷卻系統穩定運行。

5 結語

本文通過對跳閘事件的全面分析，指出了事件的主要原因是逆止閥卡澀導致主泵切換后，內冷水回流引起主水回路壓力低，導致閥塔壓差低跳閘。為此進行一系列試驗研究，提出了相應的改進措施。經過近一年的運行，證明了改進方案是可行的，從軟件技術上降低了機械故障帶來的風險，提高了換流閥冷卻系統運行可靠性，對其他類似故障的換流閥冷卻系統的運維提供了有益參考。

參考文獻

[1] 李興，汪洋，江一，等.±500kV貴廣直流輸電系統肇慶換流站運行規程（第六版）[S].中國南方電網超高壓輸電公司，2011.

[2] 趙畹君.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2004.

（責任編輯：秦遜玉）