一起閥冷卻系統主泵故障原因分析及改進

劉天祥，姜海波，康建準，薛 飛，王 輝

(國網河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450000)

一起閥冷卻系統主泵故障原因分析及改進

劉天祥，姜海波，康建準，薛 飛，王 輝

(國網河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450000)

主泵是直流換流站閥冷卻系統的核心設備，為閥冷卻系統提供冷卻介質循環的動力，其穩定運行對換流站的穩定運行意義重大。通過對一起主泵切換時發生的雙臺主泵停運事故的分析，查找導致事故發生的根本原因，并提出了相關的改進措施，確保閥冷卻系統安全穩定運行。

閥冷卻系統；可控硅換流閥；主泵故障；主備切換

0 引言

直流換流站內的核心設備為可控硅換流閥。正常運行時，通過可控硅換流閥的額定電流高達5 000 A。通過換流閥的大電流會產生大量熱量，導致換流閥溫度急劇上升。為保證換流閥的正常工作，換流站需要配置換流閥冷卻系統，簡稱閥冷卻系統。

閥冷卻系統是一個密閉的循環系統，它通過冷卻介質的流動帶走換流閥的熱量。主泵的作用是提供冷卻介質循環的動力。主泵為冗余配置，一臺運行，另一臺備用。為保證2臺主泵工作時間均衡，延長其使用壽命，系統設計為工作泵連續運行168 h后，自動切換至備用泵運行。另外，在閥冷卻系統出現冷卻水流量低、主泵出水壓力低、工作泵過載、過熱等告警時，也會由工作泵切換至備用泵運行。若2臺主泵均故障，閥冷卻系統無法有效工作時，為防止換流閥損壞，直流控制系統將發出閉鎖命令，停運直流系統。

1 故障情況

1.1 故障前運行方式

直流控制系統：許繼控制保護系統運行；直流功率方向：西北送華中；傳輸功率：300 MW；控制模式：定功率控制；閥冷卻系統：1號主泵運行，2號主泵備用。

1.2 主要報警事件

主要報警事件如表1所示。

表1 主要報警事件

1.3 故障檢查

現場檢查閥冷卻系統已停運，直流系統已停運，檢查閥冷卻系統就地控制面板上報“2號主泵過載、1號主泵過載、主泵出水壓力超低”等信號。檢查2臺主泵外觀均無異常。

2 故障原因分析

2.1 主泵停運原因分析

根據OWS報警事件及現場控制面板報文分析，閥冷卻系統1號主泵運行滿168 h后，根據控制系統邏輯自動向2號主泵切換，2號主泵啟動瞬間出現過載，自動向備用的1號主泵回切；1號主泵啟動瞬間同樣出現過載，2臺主泵均出現故障后閥冷卻系統停運現象。

2.2 主泵過載保護動作原因分析及改造

主泵過載保護是由自帶過載保護功能的斷路器實現的，圖1為主泵保護回路，QF1實現對主泵短路保護和過載保護的雙重功能。在主泵的主電路中串接熱繼電器發熱元件，常閉觸點串接在控制電路中。若主泵主電路長時間過載，熱繼電器雙金屬片發熱，因雙金屬片的下層膨脹系數大，使其向上彎曲，扣板被彈簧拉回，常閉觸頭斷開，從而斷開主泵主回路電源，保護主泵。

圖1 主泵保護回路

主泵啟動過程中電流的變化規律為，從啟動瞬間的最大電流往小遞減，逐步減小到運行值。啟動瞬間的啟動電流值約為額定電流的4-7倍，根據焦耳定律Q=I2Rt，在啟動電流I基本不變，熱繼電器發熱電阻R不變的情況下，導致發熱量增加的主要原因就是流過大電流的時間t延長，即主泵的轉速從0提高到額定轉速的時間延長。

主泵由電機和葉片等部件組成。首先對主泵電機進行檢查，電機各項試驗數據均正常，電機工作正常。對主泵葉片進行檢查，發現在閥冷卻系統投運后系統的流量和壓力未達到設計要求，于是對主泵進行改造，將主泵葉片由原來的“2大2小”調整為4個大葉片，用來維持閥冷卻系統的循環水流量和壓力。

3 改進措施

由于原來的斷路器自帶過載保護定值較小，且定值無法調整，無法滿足改造后的主泵運行要求。同時，這種保護方式也給故障類別的判斷帶來不便。為此，將原來的閥冷卻系統主泵保護由斷路器自帶過載保護功能改造為“斷路器(實現短路保護功能)+熱繼電器(實現過載保護功能)”方式，熱繼電器過載保護定值由63 A增大到72 A，改造后的回路如圖2所示。

通過改造，主泵未再出現由于過載導致的停運事故。

圖2 改造后的主泵保護回路

4 結束語

對主泵保護回路進行改造，提高了其運行穩定性。直流換流站設備的技改、革新較多，應避免只進行一次設備改造，而未對相應的保護等二次裝置進行改造，進而造成因一、二次設備之間不匹配導致的設備故障的情況，確保設備在改造后更加穩定地運行。

參考文獻：

1 趙畹君．高壓直流輸電工程技術[J]．北京：中國電力出版社，2004.

2 楊振宇，俞澄一．超高壓直流輸電換流站閥冷卻系統的故障分析[J]．華東電力，2010，38(3)：369-372.

3 邱志敏．冷卻系統外循環泵同時停運故障的分析[J]．電力安全技術，2011，13(1)：56-57.

2016-07-24。

劉天祥(1981-)，男，工程師，主要從事高壓直流輸電技術研究及換流站運維工作，email：13839801783@139.com。

姜海波(1981-)，男，工程師，主要從事高壓直流輸電技術研究及換流站運維工作。

康建準(1976-)，男，高級工程師，主要從事高壓直流輸電技術研究及換流站運維管理工作。

薛 飛(1980-)，男，工程師，主要從事直流換流站運維相關工作。

王 輝(1979-)，男，工程師，主要從事直流換流站運維工作。