魯西換流站閥冷系統隱患排查及整改措施

李陽 張彥良 熊銀武 徐鴻

摘要：分析了魯西換流站閥冷系統的隱患排查過程以及實施的整改措施，可有效降低因閥冷系統出現故障導致的直流系統強迫停運概率，為其他換流站的設計、運行和維護提供了參考。

關鍵詞：閥冷系統;主循環泵;噴淋泵;隱患排查

0 引言

閥冷系統作為直流輸電系統的一個重要組成部分，它將換流閥上各元器件的功耗發熱量排放到閥廳外，以保證換流閥運行溫度維持在正常范圍內。閥冷系統直接影響著直流輸電系統運行的安全可靠性，因此，既要保證閥冷系統有足夠的冷卻容量，又要具備較高的運行可靠性[1]。

1 魯西換流站閥冷系統

云南電網與南網主網異步聯網工程——魯西換流站，是目前世界上首次采用大容量柔性直流與常規直流組合模式的背靠背直流工程，柔性直流云南側、廣西側各一個閥廳，各配置一套獨立的閉式循環閥冷系統設備，常規直流云南側和廣西側共用一套閉式循環閥冷系統設備，用于維持換流閥運行溫度在正常范圍內。

魯西站閥冷系統主要包括：閥內冷系統（主循環設備、內冷水處理設備）、閥外冷系統（冷卻塔、噴淋泵組、外冷水處理系統）、內外冷系統共用的電源和控制系統、工業水泵組以及整個系統的所有管道附件。

閥冷控制系統采用S7-400主站與ET200M進行硬件組態，雙重化冗余配置的兩層分布式結構，所有的重要部件均為冗余配置，包括冗余的CPU、電源模塊、用于冗余CPU通信的同步模塊、冗余通信介質及冗余接口模件IM153-2。

閥冷控制系統架構如圖1所示。

2 魯西換流站隱患排查及整改措施

2.1? ? 閥冷控制邏輯隱患及整改措施

2.1.1? ? 噴淋泵故障切換邏輯

常規直流閥冷控制系統噴淋水回路設置有壓力及流量監視，但沒有參與噴淋泵控制邏輯。若噴淋泵發生隱性故障，泵無法正常運轉的情況下，噴淋水回路壓力及流量均出現異常的情況也不會切泵，在特定工況下（如其他兩個冷卻塔的一個已退出運行而直流系統又是大功率運行），可能存在直流功率受限的風險。

整改措施：增加噴淋水流量及壓力配合作用于噴淋泵的切換邏輯，噴淋泵運行時，當同時產生噴淋泵出口壓力低報警和噴淋水回路流量低報警時，切換至備用泵運行，若切換后仍存在出口壓力低報警和流量低報警，則不再切換，待延時5 min后若依然存在出口壓力低報警和流量低報警，不再回切。若切換至備用泵5 min后，流量或壓力恢復正常了，允許再次出現流量、壓力低報警時可回切至原來的噴淋泵，可防止因儀表或管路堵塞問題導致的頻繁切泵。

2.1.2? ? 三冗余傳感器維護設置

常規直流閥冷控制系統重要傳感器（如進閥壓力傳感器、高位水箱液位傳感器、冷卻水電導率傳感器、進閥溫度傳感器）在人機界面可同時設置維護，在直流系統正常運行時，所有冗余配置的傳感器若發生故障，均可在線更換，由于所有傳感器均可同時被設置維護，加大了在線更換傳感器時誤將正常傳感器設置維護的可能性，進一步導致閥冷系統傳感器失去冗余，甚至導致所有冗余傳感器均不可用，使直流誤閉鎖。

整改措施：新增用于處理重要傳感器的維護功能。對于涉及跳閘的傳感器，當有兩個傳感器均不可用（故障或維護）時，禁止對第三個傳感器手動設置維護。

2.1.3? ? 冷卻水出閥壓力超低、高告警邏輯

常規直流閥冷控制系統冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警靈敏性不足，冷卻水出閥壓力監視配置3個出閥壓力傳感器，冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警按“三取二”后“二取二”邏輯出口告警，即采樣的兩個最相近的有效數據需同時越限告警定值才會出口告警，當冷卻水出閥壓力的壓力值處于出閥壓力超低或者出閥壓力高告警定值附近時，由于傳感器采樣存在固有誤差，導致“三取二”后“二取二”邏輯條件不易滿足，不利于系統運行異常（如濾網堵塞）的及時發現。考慮到冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高告警不參與跳閘出口邏輯，宜按高靈敏性設置[2]。

整改措施：對冷卻水出閥壓力超低、冷卻水出閥壓力高報警按“三取二”后“二取一”邏輯出口，提高此類告警的靈敏度，可及時發現系統運行異常（如濾網堵塞）的情況。

2.2? ? 硬件回路隱患及整改措施

2.2.1? ? 電壓監視繼電器監視點

柔性直流閥冷系統第一組電加熱器設置了一個總開關QFC01，第二組電加熱器設置了一個總開關QFC02，QFC01、QFC02兩個開關沒有配置輔助觸點，且電加熱器電壓監視繼電器設置在開關電源側，在開關斷開情況下，控制系統仍判定相應電加熱器組可用，實際卻無加熱器可用，導致內冷系統電加熱失敗。當內冷水溫度低于凝露溫度時，電加熱失敗可能導致閥廳內冷水管路產生凝露，降低閥塔上內冷水管路的絕緣水平。

整改措施：將電加熱器電壓監視繼電器設置在QFC01、QFC02開關的負荷側，當QFC01、QFC02開關斷開時電壓監視繼電器報警，達到電源監視目標。

2.2.2? ? 電壓監視繼電器供電電源

柔性直流閥冷系統4臺主循環泵的交流電源進線電壓監視繼電器電源均來自同一空氣開關QFC1，若空氣開關QFC1故障或空開回路端子松動，將導致4臺主泵同時報動力電源故障，雖然運行的泵仍保持運行，但兩個停運的主循環泵將被誤判為故障不可作為備用，主循環泵失去冗余，在此情況下，若運行的兩臺主泵其中一臺因故障而停運，將導致直流閉鎖。噴淋泵的交流電源進線電壓監視繼電器電源均來自同一空氣開關QFA4，若空氣開關QFA4出現故障或空開回路端子松動，將導致6臺噴淋泵同時報動力電源故障，雖然運行的泵仍保持運行，但3個停運的噴淋泵都將被誤判為故障不可作為備用，噴淋泵失去冗余，在此情況下，若運行的噴淋泵因故障而停運，將導致閥冷系統冷卻能力下降。

整改措施：4臺主循環泵和6臺噴淋泵的交流電源進線電壓監視繼電器分別配置獨立的供電電源空氣開關，避免單一空氣開關出現故障導致閥冷系統失去冗余。

2.2.3? ? 跳閘回路

常規直流閥冷控制系統開出至極控系統的“閥冷系統跳閘”及“閥冷控制系統A/B同時故障”信號回路，極控系統軟件中采集這兩個信號均輸入跳閘矩陣，用于閥閉鎖及斷路器跳閘。“閥冷系統跳閘”出口回路采用單節點出口且沒有配置出口壓板，存在單一元件因故障導致保護誤動的風險，“閥冷控制系統A/B同時故障”出口回路也沒有配置出口壓板，不利于設備檢修維護工作的開展。

整改措施：“閥冷系統跳閘”信號回路采用兩個跳閘繼電器的常開觸點串聯方式，即在原有信號回路基礎上，增加一個跳閘繼電器，將其常開觸點接入該信號回路，減少單一繼電器導致保護誤動的風險，同時，在“閥冷系統跳閘”及“閥冷控制系統A/B同時故障”信號回路中增加獨立跳閘壓板，便于設備檢修維護工作的進行。

3 結語

換流站閥冷系統能維持換流閥溫度在正常范圍內，是換流站重要的輔助系統之一，被譽為換流站的“血液循環系統”，同時也是直流輸電系統的薄弱環節之一，南方電網多個換流站曾因閥冷系統故障導致直流停運事故。閥冷系統結構復雜，種類繁多，包含各種水泵、電機、閥門、管道、風機及傳感器，對運行環境要求高，各元件故障頻率高。魯西換流站閥冷系統進行的隱患排查以及實施的整改措施，可有效降低因閥冷系統故障導致的直流系統強迫停運率，為其他換流站的設計、運行和維護提供了參考。

[參考文獻]

[1] 趙婉君.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2] 嚴喜林，國建寶，楊光源，等.高壓直流換流閥冷卻系統保護配置及定值整定[J].廣東電力，2019，32（4）：125-130.

收稿日期：2020-06-03

作者簡介：李陽（1993—），男，廣西桂林人，助理工程師，研究方向：高壓直流輸電控制保護。