貴廣I回肇慶換流站換流閥冷卻系統(tǒng)逆止閥異常事件分析及對策

陶敏+梁家豪

摘要：2015年8月3日貴廣I回直流工程±500kV肇慶換流站極一閥冷主泵定期切換運行時，工作站發(fā)出水流量低告警，閥塔壓差低跳閘，極一外部保護跳閘，極一退至備用狀態(tài)出現(xiàn)故障。通過對此事件的全面分析，發(fā)現(xiàn)了事件的主要原因是逆止閥卡澀，導致主泵切換后內冷水回流引起主水回路壓力低，使得閥塔壓差低跳閘。經過一系列試驗研究，研究人員提出了相應的改進措施，結果經過近一年的運行，證明了改進方案是可行的，應用軟件技術降低了機械故障帶來的風險。

關鍵詞：換流閥；冷卻系統(tǒng)；逆止閥；異常事件；換流站；直流輸電工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM564 文章編號：1009-2374（2016）35-0174-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.085

1 換流閥冷卻系統(tǒng)介紹

換流閥冷卻系統(tǒng)是指換流站每極可控硅閥配置的一套獨立的水冷卻系統(tǒng)，是直流輸電工程中重要的輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩個冷卻循環(huán)系統(tǒng)組成：一是內冷水循環(huán)系統(tǒng)，通過低含氧量的去離子水對閥進行冷卻；二是外冷水循環(huán)系統(tǒng)，通過冷卻塔對內冷水進行冷卻。

1.1 換流閥內冷卻系統(tǒng)

換流閥內冷卻系統(tǒng)是給閥廳閥塔設備提供水冷卻的一套重要系統(tǒng)，也是直流系統(tǒng)的核心部分。內冷卻系統(tǒng)主要由循環(huán)泵、補水泵、過濾器、逆止閥、離子交換器、排氣、膨脹器、補水箱等組成。其工作原理如下：循環(huán)泵將內冷水抽至閥塔頂部的主進水管道，然后經過各個閥塔對可控硅模件進行冷卻，帶走閥熱量后，經冷卻塔與外冷水進行熱量交換，冷卻后再由循環(huán)泵加壓抽至主進水管道循環(huán)。如果內冷水水位降低至一定程度，內冷水將由補水泵經離子交換器，進行去離子后補充到主水管道。即使在正常運行時，從循環(huán)泵出口處將有一部分內冷水經離子交換器進行去離子，以保證水的電導率合格。

1.2 逆止閥

逆止閥（止回閥）Check Valve：啟閉件靠介質流動的力量自行開啟或關閉，以防止介質倒流的閥門叫止回閥。逆止閥屬于自動閥類，主要用于介質單向流動的管道上，只允許介質向一個方向流動，以防止發(fā)生事故。換流閥

冷系統(tǒng)中應用逆止閥的自動關閉，確保主水回路無分流。

2 事件簡介及控制原理分析

±500kV肇慶換流站是高肇直流輸電系統(tǒng)的逆變站，2015年8月3日，極一閥冷主泵定期切換由泵2切至泵1運行時，工作站和現(xiàn)場均顯示主水壓力為4.4Bar，工作站發(fā)出水流量低告警，閥塔壓差低跳閘，極一外部保護跳閘，極一退至備用狀態(tài)。

2.1 閥塔壓差低跳閘原理

肇慶換流站極1閥塔共計6塊壓差表，每座閥塔配置1塊壓差表，當任意一座閥塔壓差低于2.7bar時，延時4s跳閘。邏輯圖如圖1所示：

此次事件中，主泵在07∶39∶59.000時切換，切換后4s，閥塔壓差仍低于2.7bar，故出口跳閘，閥冷控制系統(tǒng)正確動作。

2.2 主水壓力低主泵切換原理

主水壓力低于3.8bar時，延時2s主泵切換。此次事件發(fā)生時，主泵切換后，主水壓力為4.4bar（正常運行時為5.7bar），高于回切定值（3.8bar），故主泵不回切。

3 事件原因分析

停電后拆下極一閥冷系統(tǒng)兩臺主泵逆止閥，檢查發(fā)現(xiàn)逆止閥彈簧桿及彈簧無損壞，逆止閥內部無異物，極一#1主泵逆止閥開閉功能正常，極一#2主泵逆止閥開閉有卡澀；拆開極一#2主泵逆止發(fā)現(xiàn)閥雙瓣墊片受損導致逆止閥開閉有卡澀；檢查主過濾器處未見異物堵塞情況，濾網無破損。

經檢查分析，確定極一#2主泵逆止閥存在異常，當主泵由#2主泵定期切換至#1主泵運行過程中，#2主泵逆止閥存在密封不嚴的情況，導致#1主泵啟動后部分水回流至#2主泵回路（如圖2所示），#2主泵在接觸器斷開的情況下仍在轉動，造成主水壓力為4.4bar，閥塔壓差表數值低于2.7bar，延時4s出口跳閘。

4 措施及建議

4.1 運行工況參數測試

進一步分析研究軟件邏輯改進措施，對閥冷系統(tǒng)各種工況下的流量、閥塔壓差等運行參數進行測試。

4.1.1 主泵正常啟動試驗。正常啟動極1閥冷系統(tǒng)#2主泵，記錄閥冷系統(tǒng)壓力、壓差、流量等參數的變化情況。

#2主泵啟動流量壓力變化波形如圖3所示，可見#2主泵啟動后，經過約0.88s，閥塔壓差超過跳閘定值2.7bar；約1.5s主水壓力大于正常值5.6bar，流量反應較慢，約10s后趨于穩(wěn)定。

4.1.2 主泵正常停止試驗。正常停止極1閥冷系統(tǒng)#2主泵，記錄閥冷系統(tǒng)壓力、壓差、流量等參數的變化情況。

#2主泵停止流量壓力變化波形如圖4所示，可見#2主泵停止后，經過約0.21s，閥塔壓差低于跳閘定值2.7bar；約0.87s主水壓力穩(wěn)定在1.5bar左右（閥冷系統(tǒng)停止時，主水壓力值），流量反應較慢，約20s后趨于0L/min。

4.1.3 主泵正常切換試驗。閥冷系統(tǒng)運行在#1主泵，#2主泵在備用狀態(tài)，按下主泵切換按鈕，用攝像機記錄閥冷系統(tǒng)壓力、壓差、流量等參數的變化情況。

主泵切換過程流量壓力變化波形如圖5所示，可見按下主泵切換按鈕后主泵自動切換至#2主泵運行，經過約0.24s，閥塔壓差低于跳閘定值2.7bar；#2主泵運行重新建壓，約1.09s閥塔壓差超過定值2.7bar，歷時0.85s，未到達閥塔壓差低跳閘延時4s，故未出口跳閘，成功切換到#2主泵。此過程時序如圖6所示。

4.2 控制邏輯修改

統(tǒng)計其他各換流站關于主水流量的跳閘如表1所示：

由此可見，各換流站對于主水流量的速斷跳閘定值均在正常流量的50%以下，即當主水流量小于正常流量值的50%時，閥冷系統(tǒng)延時1s跳閘，同時肇慶站西門子手冊中提到容許流量不低于正常流量值的50%短時間運行。

肇慶站閥塔壓差低于2.7bar，延時4s出口跳閘（控制邏輯如圖1所示），此時主水流量約為正常流量值的75%，此定值對流量要求較為嚴苛。適當延長肇慶站閥塔壓差低跳閘延時（閥塔流量由正常流量下降到50%約需時6s），并增加閥塔壓差低切泵功能，即閥塔壓差低于2.7bar延時4.5s切換主泵運行，延時7s跳閘（控制邏輯如圖7所示）。

4.3 后續(xù)改進措施

在控制邏輯修改后進一步對比研究不同類型、品牌的逆止閥可靠性，選擇可靠性較高的品牌，使用同一型號將其替換，以便提高逆止閥本身的機械性能，確保換流閥冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

5 結語

本文通過對跳閘事件的全面分析，指出了事件的主要原因是逆止閥卡澀導致主泵切換后，內冷水回流引起主水回路壓力低，導致閥塔壓差低跳閘。為此進行一系列試驗研究，提出了相應的改進措施。經過近一年的運行，證明了改進方案是可行的，從軟件技術上降低了機械故障帶來的風險，提高了換流閥冷卻系統(tǒng)運行可靠性，對其他類似故障的換流閥冷卻系統(tǒng)的運維提供了有益參考。

參考文獻

[1] 李興，汪洋，江一，等.±500kV貴廣直流輸電系統(tǒng)肇慶換流站運行規(guī)程（第六版）[S].中國南方電網超高壓輸電公司，2011.

[2] 趙畹君.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2004.

（責任編輯：秦遜玉）