直流工程閥冷系統滲漏邏輯缺陷分析及優化

李陽

（中國南方電網有限公司超高壓輸電公司大理局，云南 大理 671000）

0 前言

某直流輸電工程是首條云南省送廣西省±500 kV特高壓直流輸電工程，它的滿負荷輸電量可達3 200 MW，起點位于云南省麗江市金官換流站，終點位于廣西柳州桂中換流站[1]。

閥冷系統是換流站換流閥系統重要部分，主要實現對閥塔上各元器件進行冷卻，保證換流閥運行溫度在正常范圍內，因此要求閥冷系統具有極高的可靠性。閥冷系統內冷水分為滲漏和泄漏兩種。泄漏投跳閘，滲漏投報警。滲漏報警信號有利于運檢人員快速發現閥冷系統輕微漏水，幫助運檢人員發現故障并及時處理，避免閥冷水系統發生泄漏，造成直流閉鎖，大大提高了閥冷系統可靠性，保證金中直流工程安全穩定運行[2-3]。

1 事件概況

圖1 極1閥冷滲漏報警相關參數曲線

2017年05月13日03時10分24秒，金官換流站雙極大地運行，雙極功率1 000 MW，極2 CCP系統報“閥冷系統滲漏出現”。2017年05月12日03時32分13秒，極2 CCP系統報“閥冷系統滲漏消失”，持續時間21分49秒，報警前6小時內極2膨脹罐液位、進閥溫度、室外溫度、極2功率變化曲線如圖2所示，曲線變化趨勢同極1。

圖2 極2閥冷滲漏報警相關參數曲線

2 相關裝置介紹

2.1 換流站控制系統介紹

換流站閥冷卻系統控制系統為采用西門子S7-400H系列PLC實現閥冷系統控制。控制系統內CPU、I/O模塊、IM通訊板、DP模塊均采用冗余配置。通過電源模塊給控制系統內各個模塊供電，中央處理器CPU主要對輸入輸出進行判斷、邏輯功能控制和自診斷等，輸入輸出I/O模塊將模擬量和開關量輸入或從中央處理單元輸出，并行通信模塊IM模塊用來實現A/B單元間的數據交換和實時同步，DP模塊實現與南瑞上位機進行數據傳輸及通信。金官換流站控制系統設計圖如圖3所示。

圖3 金官換流站閥冷系統控制系統設計圖

2.2 膨脹罐液位測量原理介紹

換流站的閥冷系統中膨脹罐裝設兩套Liquicap M FMI51電容式液位傳感器和一套帶遠傳功能的磁翻板液位傳感器，構成三冗余配置，實現對膨脹罐內水位連續物理測量。

電容器液位傳感器測量原理為：液位采用3取2的方式進行膨脹罐液位檢測，DC24 V供電方式，液位傳感器將計算數據通過4-20 mA電流傳輸的方式送入#1、#2控制單元柜AI模塊內，數據經過PLC處理后，顯示在控制屏上。

膨脹罐液位變化隨進閥溫度變化而變化，金官換流站總水容量約為V=26 122 L，最低運行溫度為T1=10 ℃（可視為膨脹罐最低液位），最高運行溫度為T2=58 ℃（可視為膨脹罐最高液位），則最大體積變化為：

其中：α為校正系數

傳統SVM隨機生成參數值，分類精度存在不穩定因素。遺傳算法(GA)具有較強的尋優能力。本文采用GA來優化SVM參數選擇，具體算法步驟如下[11]：

根據理想氣體克拉伯龍方程有PV= nRT，設定正常運行時溫度為35 ℃，膨脹罐內液位為 1 000 mm，此時氮氣壓力設定為 2.0 bar，膨脹罐罐體直徑為600 mm，直段長度為2 000 mm，膨脹罐截面積為0.283 m2，共設2個膨脹罐則：

當膨脹罐溫度為10℃時：

則每個的體積變化為：391.83/2= 195.91 L，則10℃時膨脹罐液位下降約為692 mm，膨脹罐液位為308 mm，此時膨脹罐內壓力為：

此時早已達到氮氣補氣定值，因此為膨脹罐最低液位。

當膨脹罐溫度為53℃時：

則每個體積變化為：282.12/2=141.06 L，54℃時膨脹罐液位上升了498.45 mm，膨脹罐液位為1 498 mm。通過計算此時早已達到氮氣排氣定值，因此為膨脹罐最高液位。

因此，通過上述計算可以得出膨脹罐液位隨溫度變化1℃，液位變化約24 mm，根據金官換流站閥冷系統的運行情況，由于氮氣壓力值會對膨脹罐液位造成影響，實際運行時溫度每變化1℃，液位變化約10 mm左右，圖4給出了膨脹罐液位隨溫度變化簡圖。

圖4 膨脹罐液位與溫度變化簡圖

2.3 閥冷6小時滲漏邏輯原理介紹

閥冷控制系統滲漏根據膨脹罐液位進行滲漏計算，滲漏保護僅投報警。金官換流站閥冷系統滲漏掃描周期為1小時，掃描總時長為6小時。定值設置為6小時下降26 mm（即每小時=26/6≈4.333 mm），每間隔1小時檢測到膨脹罐液位下降值大于滲漏報警定值4.333 mm：

1）若連續產生6次，則產生滲漏報警。

2）若中間某次不滿足滲漏報警定值，則重新計時、計數。

閥冷系統滲漏掃描周期，如圖5所示。

圖5 閥冷滲漏判斷周期原理

當由內冷水進閥溫度變化過大、主循環泵啟動、冷卻風機運行數量變化、噴淋泵運行數量變化等情況引起的液位變化時，控制系統對滲漏報警進行自動復歸。

金官換流站滲漏邏輯，如圖6所示。

圖6 閥冷滲漏判斷邏輯

內冷水溫度劇烈變化屏蔽滲漏邏輯為：當30 s內溫度連續變化 1 ℃時，即 30 s液位變化大于10 mm時屏蔽滲漏報警，程序如下圖[4]：

圖7 溫度變化劇烈屏蔽程序塊

3 滲漏報警原因分析

以極2曲線為例分析：金官換流站膨脹罐液位高度為1 700 mm，根據圖8膨脹罐液位錄波曲線及滲漏報警事件記錄可推出極2從前一天21：32開始的連續6小時中，每隔1小時膨脹罐液位實時下降值約為：1.3 %，1.13 %，0.47 %，0.37 %，0.36 %，0.31 %，換算為膨脹罐液位下降高度為：22.1 mm，19.21 mm，7.99 mm，6.29 mm，6.12 mm，5.27 mm。極 2 該液位下降值連續6次，每次均大于定值4.33 mm，達到滲漏報警液位判據。

圖8 極1報警前6小時膨脹罐液位

結合圖8中膨脹罐液位變化時間點，可分析出進閥溫度在相應時間段變化情況。從圖9可知，從前一天21：32開始的連續6小時中，但每間隔1小時的溫度下降值分別約為：0.70℃；1.10 ℃；0.80 ℃；0.60 ℃；0.60 ℃；0.60 ℃，連續6小時進閥溫度下降，雖然6小時總下降量約為4 ℃，但溫度波動幅度遠遠達不到目前滲漏邏輯中30 s時間內進閥溫度下降超過1 ℃的屏蔽滲漏報警條件，因而產生報警。

進閥溫度錄波曲線分析如下：

圖9 極1報警前6小時膨脹罐液位與溫度變化

根據上圖曲線可以看出，滲漏報警產生后，此時進閥溫度繼續降低，達到風機停止條件，此時風機投入數量發生變化，因此滲漏報警消失。

4 優化措施

為了防止因環境溫度、功率波動等因素導致進閥溫度的劇烈波動，需對現有屏滲漏條件進行升級優化[6]。

1）根據圖9曲線進閥溫度在相應時間段變化情況，功率連續下降時每小時內溫度均變化均大于0.6 ℃，建議將滲漏條件更改為：每小時進閥溫度波動值大于0.5 ℃（暫定），則對屏蔽滲漏報警。根據上述計算，當溫度變化0.5℃時，此時液位雖然變化約為5 mm，大于報警4.33 mm，程序可有效屏蔽滲漏報警。

2）建議新升級的程序在新HMI增加“滲漏報警屏蔽溫度值”，實現屏蔽溫度定值方便更改，以滿足后續運行復雜的降功率工況模式及環境溫度變化造成的滲漏報警。

5 結束語

綜上所述，通過以上分析應對現有程序進行升級，增加每小時進閥溫度波動值大于0.5 ℃（暫定），則對屏蔽滲漏報警程序塊。避免由于功率升降、外界溫度變化而造成進閥溫度變化，影響膨脹罐液位而產生的誤報警。