換流站閥冷系統(tǒng)輕微滲漏故障原因分析及查找方法

王 鴻，劉志遠，尹琦云，高新龍，李源升，李 其

（1.國網(wǎng)新疆電力有限公司超高壓分公司，新疆 烏魯木齊 830002；2.國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏 銀川 750000）

1 故障概述

某換流站正常運行期間OWS 后臺突然報出極Ⅱ低端閥冷系統(tǒng)“V136 補水電動閥開限位運行狀態(tài)出現(xiàn)”與“P11 補水泵運行狀態(tài)出現(xiàn)”，表1 為事件報文記錄。

表1 事件報文記錄

2 現(xiàn)場檢查情況

1） 后臺檢查。極Ⅱ低端閥冷系統(tǒng)泄露保護未動作、滲漏保護未告警，除閥冷系統(tǒng)原水罐向膨脹罐補水無其他異常。

2） 現(xiàn)場檢查。運行人員通過OWS 后臺發(fā)現(xiàn)極Ⅱ低端膨脹罐液位近3 個月緩慢下降，現(xiàn)場對換流閥水冷系統(tǒng)進行檢查發(fā)現(xiàn)極Ⅱ低端E01 冷卻塔進水金屬軟管滲漏水，滲漏速率2 滴/s。圖1 為極Ⅱ低端E01 冷卻塔進水金屬軟管處漏水。

圖1 極Ⅱ低端E01 冷卻塔進水金屬軟管處漏水

3） 橫向比對。通過OWS 后臺橫向對比發(fā)現(xiàn)極Ⅰ低端也存在膨脹罐液位下降趨勢。閥組運行狀態(tài)下現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)異常，年度綜檢時閥組閉鎖后外冷風機全停，再次檢查發(fā)現(xiàn)G79 風機與G119 風機冷卻盤管堵頭處存在兩處滲水點，滲水速率分別為1 滴/d 和0.1 滴/s，見圖2。

3 閥冷系統(tǒng)滲漏水原因分析

3.1 閥冷系統(tǒng)結構原理及氮氣穩(wěn)壓設計

該換流站閥冷系統(tǒng)由廣州高瀾公司設計生產(chǎn)，主要由主循環(huán)冷卻系統(tǒng)、去離子水處理系統(tǒng)和氮氣穩(wěn)壓系統(tǒng)組成[1]。其中，氮氣穩(wěn)壓系統(tǒng)由膨脹罐、氮氣瓶和補水系統(tǒng)等組成，膨脹罐的頂部充有穩(wěn)定壓力的高純氮氣，用以保持管路的壓力恒定和冷卻介質的充滿[2]，整個氮氣穩(wěn)壓系統(tǒng)狀態(tài)是閥冷滲漏水的主要判斷依據(jù)，主要配置如下。

1） 膨脹罐共2 臺。使用廣州高瀾公司生產(chǎn)的560 L 不銹鋼罐（設計壓力1 MPa），用于緩沖冷卻水因溫度變化而產(chǎn)生的容量變化。膨脹罐配置磁翻板式液位計和電容式液位變送器，用于液位保護[3]，當出現(xiàn)閥冷系統(tǒng)滲漏水時，液位計和變送器示數(shù)也隨之下降。

2） 原水罐。用于存儲冷卻液，設置可視液位計及高液位和低液位開關[4]。

3） 補水泵及原水泵。系統(tǒng)配置原水泵1 臺，手動運行；補水泵2 臺，自動運行，互為備用[5]。在系統(tǒng)滲漏水使膨脹罐液位低至600 mm 定值后，水泵啟動將原水罐水補入膨脹罐直至1 000 mm 后停止。

4） 氮氣系統(tǒng)。氮氣管路主要由減壓閥、補氣電磁閥、排氣電磁閥、安全閥、氮氣瓶及監(jiān)控儀表等組成。氮氣瓶容量40 L，設置4 個。氮氣補氣回路設置為雙路，一路故障時可切換至另一路運行，用以維持膨脹罐壓力在250～360 kPa 之間。

3.2 膨脹罐液位保護邏輯分析

該換流站閥冷系統(tǒng)膨脹罐液位保護邏輯包含滲漏、泄露2 種情況，采取以下保護方式。

1） 閥冷系統(tǒng)發(fā)生滲漏時將發(fā)出報警。設定掃描周期為180 min，在掃描周期之間當液位下降超過10 mm，連續(xù)產(chǎn)生8 次，OP 面板將會顯示閥冷系統(tǒng)滲漏報警信息并上傳后臺。任意一次采樣值間下降量小于設定值，則將累計次數(shù)清零、報警復位，重新開始計數(shù)[6]。

2） 若補水泵在1 440 min 內(nèi)，連續(xù)補水2 次會發(fā)出滲漏報警[7]。

3） 閥冷系統(tǒng)泄漏將發(fā)出跳閘信號。閥冷系統(tǒng)對膨脹罐液位連續(xù)監(jiān)測，每個掃描周期都對當前值進行計算和判斷，采樣與計算周期為2 s，液位比較周期為10 s，比較周期內(nèi)泄漏量為6 mm（0.3%液位），延時30 s 后泄漏保護動作[8]。為防止誤動作跳閘，保護配置了三取二邏輯結構，在正常情況下2 臺電容液位計同時產(chǎn)生液位下降情況時才有效[9]。

綜上，現(xiàn)有保護邏輯中滲漏水需要在180 min內(nèi)連續(xù)8 次達到3.11 L 才會報出滲漏告警，對于較大流量滲、泄漏判別較為完善。在本起故障中，由于滲漏持續(xù)時間長、流量小，恰好躲過保護判據(jù)，雙極3 處滲漏點均未報警，存在輕微滲漏保護監(jiān)測盲區(qū)，因此需進一步分析輕微滲漏原因及對策。

3.3 閥冷系統(tǒng)輕微滲漏原因分析

結合以往換流站出現(xiàn)的滲漏故障情況，分析可能造成輕微滲漏的原因主要包含以下5 類。一是閥冷系統(tǒng)金屬軟管（波紋管）、散熱盤管等部件銜接部位焊接不均勻，導致單側焊縫金屬強度不足，長期運行過程中金屬疲勞老化，致使金屬軟管滲漏。數(shù)據(jù)來源為天山站、昌吉站。二是閥冷系統(tǒng)管路堵頭或接頭密封采用的麻繩絲、棉絲或生料帶，長期運行中發(fā)生材料磨損、老化導致滲漏。數(shù)據(jù)來源為昌吉站、靈州站。三是閥冷系統(tǒng)閥門未按照標準力矩進行緊固，存在1 顆或多顆螺栓松動，補水后滲漏。四是閥冷系統(tǒng)罐體焊接工藝不到位，長期處于潮濕、高離子環(huán)境[10]，罐體銹蝕產(chǎn)生砂眼導致滲漏。數(shù)據(jù)來源為靈州站。五是閥冷系統(tǒng)主循環(huán)泵機封、密封圈選材不當，磨損、變形等導致的滲漏。數(shù)據(jù)來源為靈州站、銀川東站。

3.4 輕微滲漏監(jiān)測及故障查找方法

1） 輕微滲漏監(jiān)測及確認方法。針對類似的閥冷系統(tǒng)輕微滲漏，換流站可以通過OWS 后臺膨脹罐液位監(jiān)測分析進行確認，一般情況下閥冷系統(tǒng)具有溫度補償，環(huán)境溫度及功率波動不會引發(fā)膨脹罐液位的持續(xù)性降低，因此出現(xiàn)膨脹罐液位長期持續(xù)下降或膨脹罐補水后月液位下降量仍顯著＞3%～5%，則可以確認系統(tǒng)存在滲漏水點，圖3 為輕微滲漏情況下OWS 后臺膨脹罐液位典型曲線。

圖3 輕微滲漏情況下OWS 后臺膨脹罐液位典型曲線

配置有數(shù)字換流站系統(tǒng)的，可通過數(shù)字換流站后臺跟蹤比對不同閥組間的膨脹罐液位曲線，若起始和結束四閥組8 個樣本的方差，按照式（1）計算方式顯著＞0.18，則可確認系統(tǒng)輕微滲漏水。也可通過數(shù)字換流站平臺或閥冷設備廠家后臺，增設輕微滲漏量預警或告警邏輯，結合膨脹罐液位、原水罐補水頻次判據(jù)進一步優(yōu)化保護策略，減少盲區(qū)。

式中：S2為樣本方差；Xi為閥組膨脹罐液位；為膨脹罐液位均值；n 為樣本數(shù)量。

2） 現(xiàn)場漏水點位查找方法。針對已確認存在輕微滲漏的閥冷系統(tǒng)，可以采取以下方法進行在運和停運檢查。

運行工況包括4 項。一是采用逐級查找法對內(nèi)水冷、外水冷、風冷管路進行逐級外觀檢查。二是采用探測查找法，利用內(nèi)窺鏡等儀器檢查風冷散熱盤管、保溫罩內(nèi)部水管。三是采用痕跡檢查法，利用變色紙、工業(yè)視頻和閥廳巡檢機器人對換流閥塔模塊及頂屏蔽罩、底屏蔽罩、閥廳主循環(huán)管路、水冷設備間地面進行痕跡檢查，圓形、散射狀黑斑或異常反光點可能存在滲漏點位。四是采用對比檢查法，多次拍攝風冷散熱盤管等位置底部照片，前后對比差異。

停運工況主要采用打壓檢查法，用水冷系統(tǒng)打1.05～1.20 倍靜壓，進行管路接頭、閥門、換流閥塔等部位檢查。關注運行情況下無法查看的閥廳頂部管道、排氣閥門、內(nèi)部閥門等。

4 建議及改進措施

首先，要加強閥冷系統(tǒng)的運維管理，利用數(shù)字換流站、智能監(jiān)控后臺等定期針對閥冷系統(tǒng)各項運行指標進行橫向比對和縱向分析，及時發(fā)現(xiàn)設備隱患。其次，加強閥冷系統(tǒng)的檢修管理，定期開展閥冷系統(tǒng)保護邏輯校驗。具備條件的換流站可針對性開展輕微滲漏保護邏輯優(yōu)化完善。再次，針對閥冷系統(tǒng)軟連接、波紋管、金屬罐體、閥門等金屬在運部件及備品備件定期開展金屬性X 光探傷，關注換流站閥冷系統(tǒng)金屬元器件運行情況及備品質量。最后，要定期開展針對閥外水冷系統(tǒng)隱患排查治理，及時排除工程遺留設計、材料老化、結構受力、選型不當、工藝不到位等問題，避免運行過程中冗余冷卻能力降低。