高壓直流換流閥冷卻水系統優化措施分析

殷鳳雅 毛冰玉

摘要：高壓直流換流閥冷卻水系統的優化對于我國高壓直流輸電發展具有重要的意義。因此，對高壓換流站直流換流閥冷卻水處理優化技術研究很有必要。本文對閥冷卻水系統隱患進行排查，并提出相應的改進措施，對換流閥的安全穩定運行將具有深遠意義。

關鍵詞：高壓直流輸電;換流閥;冷卻水系統

1閥冷卻水系統的分析

閥冷卻水系統由閥外冷水系統和閥內冷水系統構成，閥內冷水系統負責將閥組件產生的的熱量排放到閥廳外，保證換流閥組件晶閘管在可控的溫度范圍內運行，然后閥外冷水系統又將內冷水系統的熱量帶走，排放到大氣環境中，保證內冷水系統具有持續的冷卻能力。換流閥內、外冷水系統的協同運行，可以使換流閥組件內部冷卻持續進行，并滿足元器件結溫要求，進而保證系統整體運行穩定性、安全性。閥內冷水系統是一個封閉的循環系統由三個主要回路構成：主水回路、穩壓回路和水處理回路。圖1為閥內冷水系統流程圖。主水回路由主循環泵、脫氣罐、管道等構成;穩壓回路由氮氣瓶、膨脹罐構成;水處理回路由離子交換樹脂、補水泵等構成。主水回路連接換流閥和閥外冷水系統換熱器，將熱量源源不斷地排出換流閥;水處理回路持續地對主水回路的一小部分水進行處理，除去水中雜質并且對補水進行處理，保證主水回路內冷水持續、穩定的質量;穩壓回路用于緩沖系統水容積變化、隔絕空氣和保持壓力恒定等。

閥外冷水系統目前在用的主要有閉式冷卻塔冷卻、風冷冷卻兩種方法。在西部寒冷缺水地區，風冷方式應用較為廣泛，利用多組風機，可以吹冷風至換熱盤管外表面，對換熱盤管內的內冷水進行散熱冷卻。閉式冷卻塔冷卻主要是利用外冷水噴淋至內部換熱盤管，并結合風機將蒸發的熱量帶走，從而對換熱盤管中內冷水進行降溫散熱。

2高壓直流換流閥冷卻水系統故障與優化措施

2.1外冷水系統缺陷及優化

2.1.1故障分析

外冷水系統故障會使內冷水溫度升高，直接影響換流閥穩定運行，進而導致出現跳閘事故，如暴雨、排水泵故障導致噴淋泵坑水淹事故出現;站用電電源丟失、電源切換失敗導致閥冷系統整體失電;外冷水水質過硬，使冷卻塔內盤管結垢、冷卻塔生藻等，導致冷卻效率降低。

2.1.2優化措施

針對噴淋泵坑水淹事故，需要做好預防工作，密切關注換流站附近的天氣狀況，并結合情況加強巡視周期，及時對排水泵進行檢查、試運行，并結合情況增加排水泵冗余度，確保排水泵運行正常，同時在泵坑單獨加裝液位計，并將液位告警信號、排水泵運行信號上送至監控系統，加強遠程監視，以避免泵坑被淹現象。針對站用電源故障情況，需有效增加站內電源供電冗余度，并加強備自投與閥冷系統配合試驗，確保在站用電源切換、備自投動作期間，閥冷系統仍可穩定運行。針對外冷水水質過硬問題，需結合水質問題，通過軟化水系統進行處理，對外冷水進行長期加藥來防止結垢、藻類生長現象，或通過加裝反滲透裝置對外冷水進行凈化處理，改善噴淋水質量。針對傳感器誤觸發故障，可以通過增加傳感器冗余度的方式，針對液位、電導率等關鍵回路傳感器可采用雙傳感器冗余，“二取二”控制方式，對控制系統進行優化、通過一系列優化措施，可以讓外冷水系統穩定性得到提升、閥冷卻水系統整體運行穩定性、長期性得到保證。

2.2內冷水系統隱患及優化

2.2.1閥冷控制保護系統故障

第一，需要對傳感器件冗余化改造，將涉及跳閘回路的傳感器進行三重化冗余，如膨脹水箱液位、內冷水溫度、內冷水電導率等，邏輯設定為“三取二”出口，增強穩定性;第二，利用不同傳感器的測量數據進行關聯，優化控制保護系統邏輯;在控制系統中對內冷水流量、主泵出水壓力、進閥壓力三類測量數據進行優化，利用三類數據之間的關聯度，兩兩管理，例如將內冷水流量與進閥壓力進行有效關聯，當內冷水同時出現壓力低、流量低時，啟動跳閘，增強系統穩定性;第三，加強傳感器回路抗干擾性能，尤其是閥廳內傳感器，如膨脹水箱液位、閥塔壓力等，加強傳感器本體接地，確保接地線可靠接地，并在傳感器回路中增加抗干擾磁環，減小測量數據誤差，確保測量數據正確性。

2.2.2內冷水水路故障

（1）系統腐蝕現象。需從均壓電極本身的結構設計上進行改進優化，將均壓電極底座材質更換為PVDF材質，即保證了與內冷水匯流管材質相同，方便檢修拆卸及運維，又可以防止底座腐蝕。散熱器腐蝕現象出現的主要原因可以歸納為：散熱器有電解腐蝕現象出現，內冷水存在于不同電位的晶閘管散熱器、陽極電抗器以及水冷電阻之間，這會讓電解電流出現在多電位金屬器件水路中，進而出現電解腐蝕情況;在酸性堿性條件下，散熱器內金屬鋁有腐蝕現象出現;在內冷水系統中，散熱器表面會吸附水處理回路離子交換樹脂粉末，散熱器有堿腐蝕情況出現。為讓電解腐蝕問題得到有效解決，首先確保回路中均壓電極的有效性，加強均壓電極運維，其次需要對水處理回路進行優化處理，例如在內冷水回路中加裝EDI裝置，減小內冷水回路中離子濃度，以此保證內冷水水質，減小電離腐蝕性。

（2）系統堵塞現象。首先確保人員工作的可靠性、安全性;在檢修中，凡是工作在水回路內部的環境中時，工作負責人需做好監護，在系統恢復前，檢查確認設備中無遺留物，才對回路管道等進行回裝;其次，可以對管道設計進行優化，讓“死區”現象得以減少，在主水管道中合理增加閥門，使檢修過程中盡可能縮小工作范圍，并將主過濾器放置在進閥管道前端，做好內冷水進入閥塔時最后一道關卡。再次，對主過濾器進行冗余化改造，增加備用過濾器，如果主過濾器有堵塞情況出現，可以及時切換為備用過濾器，有效避免因主過濾器堵塞帶來的內冷水流量、壓力、溫度等故障導致的跳閘。

3結語

換流閥系統中的閥內冷水系統，由于重視程度不夠，發生了多起由其故障引起的降功率、閉鎖、緊急停運等事故，嚴重影響了換流站的安全穩定運行。因此很有必要對有關的問題進行分析，并且提供有效的優化措施，以促進高壓直流換流閥冷卻水系統的正常工作。

參考文獻

[1]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.

[2]高雪恒，唐志國，仲崇山.高壓直流換流閥飽和電抗器脈沖電應力仿真研究[J].高壓電器，2018.

作者簡介：

殷鳳雅（1993.10.25），性別：女，籍貫：山東省淄博市，民族：漢，學歷：本科，職稱：助理工程師，職務：特高壓換流站運檢員，研究方向：閥冷系統、換流變等;

毛冰玉（1994.01.26），性別：女，籍貫：山東高密，民族：漢族，學歷：大學本科，職稱：助理工程師，職務：特高壓換流站運檢員，研究方向：換流站運維。