一起閥冷故障導致的試驗期間換流站閉鎖事件剖析

楊光+吳兵+王玉景

摘 要：換流站是當前高壓電網系統的重要組成部分，可以完成交、直流間的整流與逆變，實現大功率異步聯網，主要設備有換流閥、換流變、控保系統、電抗器、濾波器等，其中的核心便是換流閥。由于換流閥的電力電子器件發熱量較大所以需要閥組冷卻系統進行散熱，閥冷的運轉好壞直接影響到換流器的正常運行。文章借鑒常規變電設備的故障處理方法與思路，通過對一起閥冷系統的主循環泵（簡稱主泵）故障導致的換流站試驗期間閉鎖退出事件進行分析、探討，發現了相關設備在設計、安裝及監控上面不完善之處，同時結合實際情況給出了相關消缺建議，并在后續檢修中予以整改，保障了換流站正式投運后的安全、穩定運行，望文章能為電力工作者在今后相關工作中的類似問題提供參考與幫助。

關鍵詞：換流站；閥組冷卻系統；主循環泵；閉鎖；設計；安裝；監控

中圖分類號：TM721.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0177-02

引言

換流站是當前高壓電網系統的重要組成部分，可以完成交、直流間的整流與逆變，實現大功率異步聯網，主要設備有換流閥、換流變、控保系統、電抗器、濾波器等，其中的核心便是換流閥。由于換流閥的電力電子器件發熱量較大所以需要一套閥組冷卻系統進行散熱，閥冷系統的運轉好壞直接影響到換流器的正常運行。

本文將對換流站試驗期間一起閥冷故障導致的閉鎖事件進行分析、探討，找出相關設備在設計、安裝、接線及監控上面的不完善之處，并給出整改意見消除相關隱患。

1 事件介紹

為提高換流站人過負荷試驗中的站用電可靠性（正常運行方式下，站用電交流Ⅰ段母線由1號站用變供電，Ⅱ段母線由2號站用變供電，0號站用變為熱備用狀態），同時兼顧站用電定期切換工作，將1號站用變低壓側停電，站用電交流I段母線負荷切至0號站用變。

正式操作前檢查換流站后臺信號一切正常，按照“先分后合”原則，拉開1號站用變低壓側1QF，然后合上0號站用變低壓側3QF，站用變低壓側切換操作完畢，現場檢查站用電屏工作正常。之后不久接調度電話，告知有告警事件，通過調取后臺告警信息，發現換流站閉鎖退出運行：具體表現為換流閥閉鎖，換流站成套裝置通過斷路器與交流系統側隔離，期間未對電網造成影響。

2 故障分析

2.1 初步檢查與判斷

現場檢查一次設備無異常，換流站保護無異常信號；換流變壓器保護無異常信號。通過調取后臺事件記錄，顯示為換流站閥冷系統的保護動作，繼而觸發換流站控制裝置將換流站閉鎖退出。

2.2 本站閥冷系統及相關回路介紹

本站每套換流閥配置一套水冷卻系統，冷卻介質為60%純水+40%乙二醇，采用內水冷、外風冷方式。

隨著換流閥熱負荷的變化，根據進閥溫度的高低來控制進入外循環冷卻系統的冷卻水流量及外循環冷卻系統投入冷卻的風機組數，從而達到精確控制系統溫度的目的。

2.3 閥冷故障引發跳閘事件分析

根據保護動作情況及現場檢查情況分析如下：

（1）1號站用變低壓側1QF手動分閘，交流站用I母短時失電。1、2、3號換流器的閥冷主循環泵P1均交流失電，根據切換邏輯將自動切換至主循環泵P2繼續運行（之前的換流站調試驗證過相關主循環泵切換邏輯的正確性）。

（2）3號換流器閥冷的主循環泵P2運行1.7s后出現故障，因交流站用電I母仍然失電，無法切換至主循環泵P1，在主循環流量偏低（約0.2s后）向3號換流器控制裝置CCP3發送請求跳閘信號，見圖1。

（3）3號換流器控制裝置CCP3的A/B系統均收到3號換流器閥冷保護的請求跳閘信號（約0.1s后）：閉鎖換流器閥組，并將相關交流斷路器跳閘。

查閱閥冷系統設計文件，其主循環水泵提供密閉循環流體所需動力，為高速離心葉片泵，一用一備，每臺為100%容量，設過流和過熱保護。如果運行泵故障或不能提供額定壓力或流量，馬上切換至備用泵，并發出報警信號，若切換失敗就會觸發主循環流量保護。

繼而可以確定本次跳閘事件的起因為所用電手動切換的過程中，3號換流器閥冷的主循環泵P2出現故障，而由于所用電切換此時主循環泵P1處于失電狀態，從而3號換流器閥冷系統向3號換流器控制系統（CCP3控制裝置）發送水冷系統請求跳閘信號，進而引起換流站閉鎖退出運行。

2.4 閥冷系統故障模擬重現

在換流站停用狀態下進行3號換流器閥冷系統主循環泵切換，模擬相關故障。

當3號換流器的主循環泵P1切至主循環泵P2時，其動力回路中對應的接觸器KM1抖動嚴重，內部有分、合電弧，信號繼電器K01動作，最終切換失敗。換流站監控后臺發出相應告警信號，但1分鐘后信號自動消失。

2.5 故障原因細查

2.5.1 現場動力回路檢查

現場檢查發現主循環泵P2動力回路的電源空氣開關跳閘，觸感溫度較高，但后臺監控系統無告警信號（實際上短時顯示過，但未保持，見2.2）。

打開主循環泵P2的電機電源盒，發現其A相電源線接頭處有燒糊痕跡，絕緣遭到破壞，用手拉動發現壓接不牢固。

2.5.2 故障根源分析

查看換流器閥冷系統的主循環泵動力柜控制及信號回路圖（圖2），K01為小型中間繼電器，通過熱偶繼電器RJ1常開節點觸發，可發主循環泵過載信號。

其中熱偶繼電器RJ1在主循環泵電機過載情況下會動作，并且查閱說明書具有延時復歸功能。可以將此次跳閘事件的直接根源確定為：

主循環泵電機的電源線接頭處未安裝牢固，而其又處在震動環境中，長時間、大電流運行過程中，松動日益加劇，氧化膜逐漸增厚，導致A相電路的收縮電阻與膜電阻的質變抖動性增大[2]，三相電機也會發生不平衡運轉，電流的急劇增大引起嚴重發熱、絕緣破損、放電拉弧等故障。endprint

這也使得主循環泵P2動力回路的接觸器KM1抖動、熱偶繼電器RJ1動作，最終動力回路斷開，同時帶動K01信號繼電器動作，K01輔助接點閉合報主循環泵故障信號。閥冷系統的自投切邏輯判主循環泵P2故障退出運行，切回主循環泵P1運行，在本次事件總由于站用電切換，主循環泵P1短時停電不能投入，繼而引發水循環流量偏低，達到閥冷系統的保護定值引發跳閘事件。

而主循環泵2的熱繼電器RJ1在1分鐘后自動復歸，K01也隨之復歸，停發了報警信號，換流站后臺中的相關信號也未自保持，無法提醒運維人員。

3 整改措施及建議

3.1 整改閥冷主循環泵電氣回路

（1）更換燒糊的A相電纜及其插接頭，更換同一動力回路的接觸器，并將其他相別、其他主循環泵的所有同類的接插頭全部進行緊固。（2）對重要回路二次空開加裝輔助接點，以發跳閘告警信號。（3）主循環泵的電氣回路應當具備非運行狀態下的自檢功能，繼而可以預先發現異常，防止帶故障切換。（4）讓后臺報警信號進行自保持。（5）可以考慮將閥冷系統的兩臺主循環泵電機也取雙回電源，提高供電冗余度和可靠性。

3.2 完善后臺告警信號

（1）告警、異常信號需要自保持，同時具備醒目的顏色或標識，繼而提醒運維人員。（2）重要信號可參照交流變電站，在后臺相應位置添加光字牌。（3）完善相關信號的定級區分工

作。

3.3 修正閥冷保護相關定值

根據實際情況進行修正閥冷系統的相關保護定值的大小、時間及邏輯，避開手動切換類操作導致的跳閘事件。

3.4 優化相關作業流程

在進行站用電切換工作前，可手動將各冷卻主泵切換一下，檢查泵及其電氣回路的好壞。

4 結束語

本文對換流站試驗期間一起閥冷故障導致的閉鎖退出事件進行分析、探討，找出其根源所在，即動力的電纜接頭安裝質量不過關，此外在二次回路設計、監控告警設置等方面也存在不完善之處。本文同時給出了對應的整改措施及建議。

參考文獻：

[1]趙國鑫.換流站閥水冷系統隱患分析及治理[J].中國電力教育，2011，（24）.

[2]楊光亮，邰能靈.換流站閥水冷系統導致直流停運隱患分析[J].電力系統保護與控制，2010，38（18）.

[3]陸儉國.中國電氣工程大典：第11卷配電工程[M].北京：中國電力出版社，2009.

[4]國家電網公司.三峽-常州±500kV直流輸電工程換流站[M].北京：中國電力出版社，2004.

[5]郝為.換流站控制保護系統故障輔助診斷系統的研制[J].科技創新與應用，2015（11）：39-40.endprint