特高壓換流站OWS后臺閥水冷報文分析

蔡 然，鄧銘祺，羅利云

（國網(wǎng)江西省電力有限公司超高壓分公司，江西 南昌 330096）

0 引言

換流閥設(shè)備是特高壓直流輸電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，換流閥設(shè)備的運行可靠性直接影響直流輸電系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性[1]。正常運行時，大電流會產(chǎn)生高熱量，導(dǎo)致可控硅溫度急劇上升，如果不對可控硅進行有效冷卻，可控硅將被燒壞，造成直流輸電系統(tǒng)停運。閥水冷系統(tǒng)通過冷卻介質(zhì)的流動帶走可控硅消耗功率所產(chǎn)生的熱量，對保護換流閥起到了至關(guān)重要的作用[2-4]。換流站人員可通過對OWS后臺閥水冷相關(guān)報文進行分析，熟悉閥冷設(shè)施在直流不同工況下的運行規(guī)律，提出報文改進優(yōu)化建議和措施，保證直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1 直流系統(tǒng)低工況情況下的閥冷報文分析

1.1 VCCP報文總數(shù)

以2022年1月10日當(dāng)天為例，當(dāng)日西南送華中某直流計劃輸送功率最低934 MW，最高1 291 MW。受端換流站OWS后臺VCCP閥冷報文總數(shù)為1 496條，見圖1。

圖1閥冷報文總數(shù)

1.2 閥冷系統(tǒng)外冷卻塔風(fēng)機啟停報文

當(dāng)閥冷系統(tǒng)進閥溫度高于33℃時，外冷卻塔啟動第一組三臺風(fēng)機。當(dāng)進閥溫度高于36℃時，啟動第二組三臺風(fēng)機。當(dāng)進閥溫度低于32℃時，第二組風(fēng)機停止運行。當(dāng)進閥溫度低于29℃時，第一組風(fēng)機停止運行。隨著系統(tǒng)運行，進閥水溫再次高于33℃時，輪換啟動第二組風(fēng)機，高于36℃時啟動第一組風(fēng)機，以此反復(fù)。根據(jù)1月10日當(dāng)日直流運行工況和環(huán)境，各閥組進閥溫度均在28℃至34℃之間波動，風(fēng)機在啟動約2 h后停運，在停運約7～8 h后啟動，以此反復(fù)。當(dāng)日風(fēng)機啟停報文264條，見圖2。

圖2 風(fēng)機啟停報文

1.3 C45砂濾罐相關(guān)裝置報文

噴淋水池自循環(huán)裝置中C45砂濾罐每4 h會進行一次反洗，每24 h會進行一次排污。C45在反洗和排污的過程中，其配套的V811、V812、V813、V814電動閥門會進行相應(yīng)的開閉動作。當(dāng)日C45砂濾罐相關(guān)裝置報文共1 056條，見圖3。

圖3 C45砂濾罐相關(guān)裝置報文

以四閥組中的極Ⅰ高閥組為例，VCCP的A系統(tǒng)C45砂濾罐一次排污過程的報文共12條，A、B系統(tǒng)共24條，見圖4。

圖4 C45排污過程報文

同樣以極Ⅰ高閥組為例，VCCP的A系統(tǒng)C45砂濾罐一次反洗過程的報文共20條，A、B系統(tǒng)共40條，見圖5。

圖5 C45反洗過程報文

1.4 自循環(huán)泵啟停報文

噴淋水池自循環(huán)裝置中的自循環(huán)泵P41、P42每周定期切換一次，在自循環(huán)泵出水壓力低時會執(zhí)行故障切泵邏輯，無出水壓力高停泵邏輯。當(dāng)日四閥組中的三個閥組自循環(huán)泵執(zhí)行了定期切換，產(chǎn)生了12條相關(guān)報文，見圖6。

圖6 自循環(huán)泵啟停報文

1.5 加藥泵啟停報文

加藥泵P53、P54根據(jù)反滲透裝置制水情況進行相關(guān)動作，當(dāng)反滲透裝置制水向噴淋水池補水時加藥泵運行，當(dāng)反滲透裝置停止制水時，加藥泵停止運行。當(dāng)日產(chǎn)生了12條相關(guān)報文，見圖7。

圖7 加藥泵啟停報文

1.6 工業(yè)水泵啟停報文

工業(yè)水泵P51、P52根據(jù)噴淋水池液位進行控制，當(dāng)噴淋水池液位低于65%時，工業(yè)水泵開啟向噴淋水池補水，當(dāng)液位高于75%時，工業(yè)水泵停止運行暫停向噴淋水池補水，同時在工業(yè)水泵出水壓力低時會執(zhí)行故障切泵邏輯。當(dāng)日產(chǎn)生了6條相關(guān)報文，見圖8。

圖8 工業(yè)水泵啟停報文

1.7 C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置報文

C65砂濾罐配套V753、V754、V755、V756、V757五個電動閥門。C66炭濾罐配套V703、V704、V705、V706、V707五個電動閥門。噴淋水池不補水時電動閥門均關(guān)閉，當(dāng)噴淋水池進行補水時電動閥門進行相應(yīng)開閉動作。同時，當(dāng)單個閥組工業(yè)水流量達到1 536 m3時，C65和C66會執(zhí)行反洗的系列過程，電動閥門均會進行相應(yīng)的開閉動作。當(dāng)日C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置只執(zhí)行了噴淋水池補水時的相關(guān)動作，在工況和環(huán)境的影響下流量較低未進行反洗過程。當(dāng)日產(chǎn)生了72條報文，見圖9。

圖9 C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置報文

1.8 反洗泵啟停報文

C65砂濾罐和C66炭濾罐執(zhí)行反洗系列過程時，反洗泵P49、P50會自動輪流啟動和停止，對C65和C66進行反洗，當(dāng)反洗系列過程結(jié)束后，反洗泵自動停止運行。當(dāng)日流量較低未進行反洗過程，故當(dāng)日無相關(guān)報文。

1.9 高壓泵啟停報文

高壓泵P55、P56根據(jù)反滲透裝置的制水進程進行控制，當(dāng)反滲透裝置制水時，高壓泵自動啟動向反滲透裝置注水，當(dāng)反滲透裝置停止制水時，高壓泵停止運行。當(dāng)日產(chǎn)生了6條相關(guān)報文，見圖10。

圖10 高壓泵啟停報文

1.10 C60反滲透相關(guān)裝置報文

C60反滲透相關(guān)裝置主要由反滲透膜、V924電動蝶閥、各類手動球閥及蝶閥等組成。當(dāng)噴淋水池不補水時，C60處于備用狀態(tài)，V924關(guān)閉。當(dāng)準備補水時，C60處于沖洗狀態(tài)，V924開啟。當(dāng)進行補水時，C60處于制水狀態(tài)，V924關(guān)閉。當(dāng)日根據(jù)噴淋水池補水進程，產(chǎn)生相關(guān)報文48條，見圖11。

圖11 C60反滲透相關(guān)裝置報文

1.11 閥內(nèi)水冷補氣回路相關(guān)報文

內(nèi)水冷補氣回路主要由V503電磁閥、V504電磁閥、氮氣瓶、減壓閥、膨脹罐等組成。對于低端閥組，當(dāng)膨脹罐內(nèi)壓力低于0.21 MPa時電磁閥開啟進行補氣，當(dāng)膨脹罐內(nèi)壓力高于0.22 MPa時電磁閥關(guān)閉停止補氣。對于高端閥組，當(dāng)膨脹罐內(nèi)壓力低于0.28 MPa時電磁閥開啟進行補氣，當(dāng)膨脹罐內(nèi)壓力高于0.29 MPa時電磁閥關(guān)閉停止補氣。因系統(tǒng)自動補氣，當(dāng)日產(chǎn)生相關(guān)報文14條，見圖12。

1.12 噴淋水池狀態(tài)報文

當(dāng)噴淋水池液位低于65%時，會對噴淋水池進行補水。當(dāng)噴淋水池液位高于75%時，停止噴淋水池進行補水。相關(guān)狀態(tài)報文產(chǎn)生6條，見圖13。

圖13 噴淋水池狀態(tài)報文

1.13 噴淋泵啟停報文

單閥組共有6臺噴淋泵，閥冷系統(tǒng)在運行時，會保持3臺噴淋泵在運行狀態(tài)，每周定期切換至另一臺。當(dāng)噴淋泵出泵壓力低時會執(zhí)行故障切泵邏輯。當(dāng)日無定期切泵和故障切泵情況，故無相關(guān)報文。

1.14 閥冷各裝置報文占比

受端換流站2022年1月10日當(dāng)天OWS后臺VCCP閥冷各裝置報文占比統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 2022年1月10日閥冷各裝置報文占比

2 直流系統(tǒng)較高工況情況下的閥冷報文分析

2.1 VCCP報文總數(shù)

以2021年7月14日當(dāng)天為例，當(dāng)日西南送華中某直流計劃輸送功率最低3 774 MW，最高4 000 MW。受端換流站OWS后臺VCCP閥冷報文總數(shù)為1 996條，見圖14。

圖14 閥冷報文總數(shù)

2.2 閥冷系統(tǒng)外冷卻塔風(fēng)機啟停報文

根據(jù)7月14日當(dāng)日直流運行工況和環(huán)境，各閥組進閥溫度均在33℃以上，故單閥組的6臺風(fēng)機均在運行狀態(tài)，無風(fēng)機啟停報文。

2.3 C45砂濾罐相關(guān)裝置報文

當(dāng)日C45砂濾罐相關(guān)裝置報文共1 056條，見圖15。

圖15 C45砂濾罐相關(guān)裝置報文

2.4 自循環(huán)泵啟停報文

當(dāng)日自循環(huán)泵一直在運行狀態(tài)，未執(zhí)行定期切換和故障切換，故未產(chǎn)生報文。

2.5 加藥泵啟停報文

加藥泵根據(jù)當(dāng)日的制水狀態(tài)，共產(chǎn)生了72條相關(guān)報文，見圖16。

圖16 加藥泵啟停報文

2.6 工業(yè)水泵啟停報文

工業(yè)水泵除在補水時會進行啟停，在C65和C66反洗系列過程中亦會輪流啟停執(zhí)行相關(guān)過程。當(dāng)日產(chǎn)生了44條相關(guān)報文，見圖17。

圖17 工業(yè)水泵啟停報文

2.7 C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置報文

當(dāng)日C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置執(zhí)行了噴淋水池補水時的相關(guān)動作，同時部分閥組因流量達到定值也執(zhí)行了反洗過程。當(dāng)日產(chǎn)生了496條報文，見圖18。

圖18 C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置報文

2.8 反洗泵啟停報文

當(dāng)日極Ⅱ高閥組因流量達到定值，執(zhí)行了反洗過程，當(dāng)日產(chǎn)生了20條報文，見圖19。

圖19 反洗泵啟停報文

2.9 高壓泵啟停報文

高壓泵因制水當(dāng)日產(chǎn)生了32條相關(guān)報文，見圖20。

圖20 高壓泵啟停報文

2.10 C60反滲透相關(guān)裝置報文

C60當(dāng)日根據(jù)噴淋水池補水進程，產(chǎn)生相關(guān)報文240條，見圖21。

圖21 C60反滲透相關(guān)裝置報文

2.11 閥內(nèi)水冷補氣回路相關(guān)報文

因系統(tǒng)自動補氣，當(dāng)日產(chǎn)生相關(guān)報文4條，見圖22。

圖22 閥內(nèi)水冷補氣回路相關(guān)報文

2.12 噴淋水池狀態(tài)報文

噴淋水池當(dāng)日相關(guān)狀態(tài)報文產(chǎn)生28條，見圖23。

圖23 噴淋水池狀態(tài)報文

2.13 噴淋泵啟停報文

四閥組中有三閥組當(dāng)日執(zhí)行了定期切泵，產(chǎn)生相關(guān)報文4條，見圖24。

圖24 噴淋泵啟停報文

2.14 閥冷各裝置報文占比

受端換流站2021年7月14日當(dāng)天OWS后臺VCCP閥冷各裝置報文占比統(tǒng)計情況如表2所示。

表2 2021年7月14日閥冷各裝置報文占比

3 結(jié)語

根據(jù)表1和表2可知，C45砂濾罐相關(guān)裝置報文在閥冷系統(tǒng)OWS后臺報文中占比較高。C45砂濾罐相關(guān)裝置的作用是對噴淋水池內(nèi)的冷卻水進行自我循環(huán)過濾，針對未經(jīng)水處理回路從外界直接進入噴淋水池的顆粒和雜質(zhì)進行過濾。在極端情況下，可暫時切除整個自循環(huán)裝置，不影響換流閥和閥冷系統(tǒng)的短期運行。為減少閥冷系統(tǒng)相關(guān)報文，可通過修改控制保護CCP的相關(guān)程序達到該類報文不顯示的目的。應(yīng)注意，通過拆除閥冷控制保護柜內(nèi)DI模塊上相關(guān)硬接線的方法減除該類報文不可行。若拆除DI模塊上V811、V812、V813、V814開限位和關(guān)限位信號的硬接線，則CPU無法通過其它回路獲得這4個電動閥門的狀態(tài)，從VCCP主機上無法查看閥門開閉情況。同時因開關(guān)限位信號無法送至CPU，導(dǎo)致閥外冷系統(tǒng)無法執(zhí)行補水、反洗等過程。同時應(yīng)考慮到，在自循環(huán)裝置運行狀態(tài)下取消相關(guān)OWS后臺報文，會造成一定風(fēng)險。在自循環(huán)或反洗過程中，因自循環(huán)泵無壓力高停泵的邏輯，若出現(xiàn)V811或V812拒動的情況，會導(dǎo)致壓力過高打壞電動閥門或自循環(huán)泵機封漏水。若出現(xiàn)V813拒動的情況，會因壓力高導(dǎo)致C45砂濾罐觀察窗爆裂漏水。若出現(xiàn)V814拒動的情況，會因不斷排污導(dǎo)致噴淋水池液位下降至65%限值以下。在閥冷控制保護系統(tǒng)發(fā)出命令后，并沒有水處理回路中的電動蝶閥長時間不出現(xiàn)開限位或關(guān)限位相應(yīng)的硬接線告警回路，但在程序邏輯里做了相關(guān)告警設(shè)置。故運行人員無法第一時間通過OWS后臺得知相關(guān)閥門狀態(tài)信息，但可以接收電動閥門開閉不到位或拒動的告警信息。