交流電源對換流站閥冷系統的影響

（國網陜西省供電總公司）

閥冷系統是換流閥的一個重要組成部分，它將閥體上各元器件的功耗熱量排放到閥廳外，保證晶閘管結溫在正常允許范圍，近年來，閥冷系統多次因交流電源故障導致閥冷系統工作異常，甚至出現直流停運的情況。針對這個問題，本文進行了深入研究，并提出應對措施，對提高換流站安全穩定運行具有重要意義。

1 閥冷卻系統

閥水冷系統分為外冷水系統和內冷水系統，閥冷系統冷卻回路如圖1[2]所示（興仁站運行規程），內冷水系統分為主水回路和水處理回路，內冷卻系統是一個密閉式的循環系統，內冷水系統通過兩臺主泵（一臺主運，一臺備用）將冷卻水送入換流閥水管道內，并提供內冷水循環的動力，水管道與換流閥內的散熱器進行熱量交換，將換流閥熱量帶出。水處理回路則對主水回路的水進行處理，即除氧、過濾和降低內冷水電導率。外冷水系統包括噴淋泵、冷卻塔和噴淋水池，噴淋泵將噴淋水池的水抽到冷卻塔冷卻外冷水[3]。（換流站閥水冷系統隱患分析及治理），

圖1 閥冷系統冷卻回路Fig.1 Cooling loop of valve cooling system

2 閥冷卻系統交流電源

閥冷系統交流電源取自不同的兩路站用電，在閥冷控制屏內耦合后為主循環泵和噴淋泵運轉提供動力，正常運行時，一路電源主運，另一路電源備用。在每一路電源上均并聯了電壓繼電器，以此判斷該路電源運行是否正常。當電壓繼電器檢測到電壓異常后，經過一段延時切換到另一路電源運行。

針對泵的某些運行特性在興安直流閥冷系統交流電源回路上增加了軟起動器，避免主泵在啟停時因沖擊而損壞設備，從而延長設備的使用壽命。

軟起動器工作原理是模擬量相位控制，如下圖所示，進線電壓（L1、L2、L3）接在軟起動器中的三個晶閘管模塊上，每個晶閘管模塊是由兩個反并聯的晶閘管組成，用來控制向電動機、繞組供電的電壓，通過這種相位控制，使電動機接線端子上的電壓從預先可靈活整定的起動值上升到輸入電壓，從而使電流以及初始轉矩最佳地與傳動裝置實際需要相適應。在電動機進入額定運行后，晶閘管就通過軟起動器中的旁路觸電而橋接，避免軟起動器在運行中對電網形成諧波污染，延長晶閘管壽命。

圖2

軟起動器運用到閥冷系統主泵運行中，主要是為了避免主泵在起動和停車時，水流沖擊管道，產生的水錘效應。水錘效應嚴重時可能引起內冷水管道破裂，采用軟起動器起停的方式能完全消除水錘效應，有效避免水錘效應造成的影響，確保直流的正常運行。

3 典型故障分析

2011年7月13日廣州換流站閥冷系統定時切換主泵到主泵2運行時，因主泵2電機接線盒內電源電纜B相熔斷，此時主泵2的電源空開跳開，主泵1仍然作為主運，將跳開的空開合上后并復歸按鈕，此時閥冷控制系統再次切換到主泵2運行，但因主泵2電源異常，建壓不成功后切換到主泵1，而此時主泵1因建壓時間過短，導致主泵1也未建壓成功，致使兩個主泵均未建壓成功，最終導致直流跳閘。

原因分析：本次閥冷故障導致直流跳閘的原因有三點，首先閥冷控制系統判定主泵電源是通過電源空開上的輔助節點，但電源回路出現斷路、失電等情況時，只要輔助節點合上，控制系統就認為電源無異常；第二主泵因故障出現切換后，按復歸按鈕將出現主泵回切的情況，也是導致本次故障跳閘的一個原因；第三主泵建壓時間過短，使無故障的主泵不能在建壓時間內將主水管壓力建立到規定值以上。

措施建議：針對以上故障共提出三個解決方案。

（1）天廣直流閥冷系統主水管壓力低于 4.6bar并延時 2s報主泵故障信號，將壓力值低告警值修改3.8bar，能避免本次故障中主泵建壓不成功的情況出現。

（2）將延時報主泵故障的延時增大，從2s修改為2.5s，能避免本次故障中主泵建壓不成功的情況出現。

（3）天廣直流閥冷系統主泵電機采用直接起動方式，建議在電源回路上增加軟起動器，一方面可避免主泵起停時產生的水錘效應，另一面軟起動器能檢測電源回路存在缺相的情況。在以上的故障中，若電源回路中安裝了軟起動器，B相出現斷線后，電源空開因缺相跳開，同時軟起動器顯示屏上能查看到缺相的故障信息。維護人員能通過軟起動器提供信息進行檢查處理。

前兩個解決方案通過修改定值的方法，解決了電源故障時切泵建壓不成功的問題，但同時可能存在其他影響，比如第一個方案將壓力低告警定值修改為3.8bar后，當主泵壓力下降4.6bar時，不會出現壓力低告警信號，而此時閥塔頂部壓力差已接近3.0bar的壓力低跳閘值，增大了閥冷系統因閥塔頂部壓力差低跳閘的風險。為規避這種潛在風險的出現，建議采用第三種方法。主泵電源回路中采用軟起動器具有眾多優點的同時，在安裝配置軟起動器時，需根據主泵等設備的運行工況，合理設置定值。目前興安直流閥冷系統主泵電機采用軟起動器起停的方式，以下為興仁換流站閥冷系統因軟起動器引起的一起異常情況。

2011年8月5日興仁換流站極2閥冷系統#1交流電源出現擾動，造成從主泵2切到主泵1，切換后主泵1出現故障信號，并再次回切到主泵2，興仁換流站主泵啟動時間較長，滿足主泵2啟動成功的條件，避免了直流閉鎖的出現。

原因分析：通過試驗表明，造成電源故障后，主泵切換不成功的原因為軟起動器存在初始化的時間。

圖3 ：電壓波形

從試驗的錄波（見上圖）可知，電源故障后，兩個主泵的電壓經過 300ms的衰減后達到低電壓繼電器的動作值，低電壓繼電器動作后PLC接收到主運電源故障的信息，經過100ms延時后，切換到備用電源上運行，切換后兩個主泵電壓迅速恢復正常。

從上圖錄波可知可知，電壓恢復正常的同時軟起動器起動，而電流恢復正常的時間相比晚了近250ms。軟起動器啟動后PLC認為主泵已經開始運行，而在這250ms內因主泵沒有電流流過，主泵實際仍處于停止狀態，當主泵電源回路開始有電流流過后，所剩余的建壓時間已經不足以使壓力提升到4.8bar（壓力高于4.8bar則認為主泵正常），從而導致主泵建壓不成功，最后出現主泵故障信號導致切泵。

軟起動器啟動250ms后才出現電流，其原因為主運電源故障后，兩個主泵的軟起動器均失電，在重新得電后軟起動器存在初始化的過程，因此造成這段時間回路上電流異常，當軟起動器初始化完成后，主泵電源回路上才開始流過電流。

措施建議：軟啟動器構成為電子電路，決定了失電后存在初始化時間這一特性。通過合理設置軟起動器起動時間能有效避免軟起動器失電初始化的影響。軟起動器起動時間的長短決定在什么時間內電機電壓從所設置的起動電壓升高到電源電壓，從而影響電機的加速轉矩，通過增大電機的加速轉矩，使得主泵能在較短時間內完成建壓過程。但若啟動時間過短，如圖所示，電機將出現較大的轉矩，較大的轉矩也可能引起較高的起動電流，若啟動電流過大，達到電流保護動作定值，軟起動器會通過內部的過載保護功能自行切斷電源回路并進入故障狀態，從而導致該主泵因過載保護動作退出運行。因此必須根據主泵等設備的特性，合理選擇起動時間，目前興仁站時間定值為2s，建議將定值修改為1.5s，縮短電機起動時達到額定電壓的時間，同時起動時提升電機的轉矩。

4 結束語

本文介紹了閥冷系統交流電源的基本構架，并結合實際分析了運行中閥冷系統交流電源故障對直流正常運行的影響，針對性提出了改進措施，對各種方法的利弊進行了論證，綜合分析在主泵交流電源回路上設置軟起動器并合理配置相關參數能有效提升主泵運行的穩定性，增強對主泵電源回路的監控能力，提升直流的運行可靠性。