一起主泵切換隱患引起的直流閉鎖事件分析

孫 夢(mèng)，倪汝冰，布曉萌，馬千里，江德明

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063)

高壓直流輸電具有造價(jià)低、線損小、傳輸距離遠(yuǎn)、調(diào)控方便等優(yōu)勢(shì)[1]，在我國(guó)近30年發(fā)展迅速。作為直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，換流閥運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生高熱量，使閥體內(nèi)各元件溫度急劇上升，因此閥水冷系統(tǒng)對(duì)換流閥的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。閥水冷系統(tǒng)是一個(gè)密閉的循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)冷卻液的不斷流動(dòng)帶走閥體內(nèi)各元件由于消耗功率產(chǎn)生的熱量[2-3]，結(jié)合A站一起主泵切換隱患引起的直流閉鎖事件，對(duì)水冷控制系統(tǒng)中自動(dòng)模式和手動(dòng)模式原理進(jìn)行分析，并排查出手動(dòng)切泵模式下的邏輯設(shè)計(jì)缺陷，該缺陷直接導(dǎo)致本次直流閉鎖事故，對(duì)其他換流站水冷控制系統(tǒng)有隱患排查指導(dǎo)作用。

1 事件概述

1.1 事件前設(shè)備運(yùn)行情況

直流雙極全壓500 kV大地回線方式運(yùn)行，雙極功率為720 MW。交流濾波器組DA12，DA13，DA14，DA25正常運(yùn)行,四臺(tái)直流濾波器正常運(yùn)行。極1泵一運(yùn)行、泵二備用，極2泵一運(yùn)行、泵二備用。

1.2 事件介紹

某年2月15日，A站極1內(nèi)冷水主泵的泵1自動(dòng)切換至泵2(邏輯圖見(jiàn)圖1)，因泵2故障未切換成功，泵1繼續(xù)運(yùn)行；泵2故障10 s后復(fù)歸。現(xiàn)場(chǎng)檢查未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。2月17日16：11，檢修人員就地將極1內(nèi)冷水泵2切至手動(dòng)啟動(dòng)，泵2啟動(dòng)正常，雙泵同時(shí)運(yùn)行2 s后將泵2手動(dòng)停運(yùn)，并將控制方式切至自動(dòng)模式。2月17日16：21：54，運(yùn)行人員在OWS界面將主泵控制模式由自動(dòng)改為手動(dòng)，進(jìn)行極1主泵從泵1切至泵2操作，OWS報(bào)泵2故障、控制故障，泵2未能啟動(dòng)成功，泵1停運(yùn)，3 s后運(yùn)行人員立即將控制模式改回自動(dòng)，1 s后泵一啟動(dòng)，6.5 s時(shí)主水流量低保護(hù)動(dòng)作，極1 ESOF出現(xiàn)，極1閉鎖。功率由極2轉(zhuǎn)帶，雙極輸送功率由720 MW降為極2輸送580 MW，損失140 MW。

2 事故原因分析

2.1 原理介紹

A站水冷控制系統(tǒng)(CCP)設(shè)計(jì)原理可以分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩類。

2.1.1 自動(dòng)控制

(1)非故障狀態(tài)下的自動(dòng)切泵。假設(shè)當(dāng)前運(yùn)行工況為泵1運(yùn)行，定期切泵需要切換至泵2。在自動(dòng)控制模式下，正常切泵邏輯如下：E1P1_ON(泵1運(yùn)行)、E1P2_NOT_FLR(泵2無(wú)故障)、PERIOD_PULSE(周期切泵)三條信號(hào)，通過(guò)選擇器SP21，分為兩路分別至RS觸發(fā)器S1TAR和S2TAR。至S1TAR這一路，由于RS觸發(fā)器下節(jié)點(diǎn)RET11信號(hào)為“1”，所以出口為“0”，A27_4_PUMP1_OFF_ORD(PUBLIC)(停運(yùn)泵一)信號(hào)為“1”，即至S1TAR這一路的信號(hào)將泵一停運(yùn)。至S2TAR這一路，RS觸發(fā)器S2TAR出口為“1”，START_P2_ORD(PUBLIC)(啟動(dòng)泵二)信號(hào)為“1”，該信號(hào)將泵二運(yùn)行。

(2)故障狀態(tài)下的自動(dòng)切泵。同樣假設(shè)當(dāng)前運(yùn)行工況為：泵1運(yùn)行，定期切泵需要切換至泵2。泵1正常，泵2有故障(邏輯圖見(jiàn)圖2)。

在自動(dòng)控制模式下，故障切泵邏輯如下：同理，三條信號(hào)E1P1_ON(泵1運(yùn)行)、E1P2_NOT_FLR(泵2無(wú)故障)、PERIOD_PULSE(周期切泵)通過(guò)選擇器SP21出口，分別至RS觸發(fā)器S1TAR和S2TAR。至S1TAR這一路，出口A27_4_PUMP1_OFF_ORD(PUBLIC)(停運(yùn)泵一)信號(hào)為“1”，發(fā)出泵一停運(yùn)信號(hào)，但該信號(hào)在發(fā)出后7 s才執(zhí)行。至S2TAR這一路，出口START_P2_ORD(PUBLIC)(啟動(dòng)泵二)信號(hào)為“1”，應(yīng)該啟動(dòng)泵二。但由于泵二故障，并不能啟動(dòng)運(yùn)行。在S2TAR的出口的另一條路，具有一個(gè)5 s延時(shí)的展寬。初始情況默認(rèn)泵二正常，NOT_STP2維持5 s信號(hào)“0”，5 s后，信號(hào)變?yōu)椤?”。而此時(shí)已知泵二故障，即P2_FLR為“1”，所以SET_P1出口信號(hào)為“1”，與門(mén)出口至選擇器SP11出口信號(hào)為“1”。故一路至S1TAR，啟動(dòng)泵一；另一路至S2TAR，出口為“0”，停運(yùn)泵二。該判別的過(guò)程均在5 s展寬后，7 s泵一停運(yùn)之前發(fā)生。所以在泵一正常，泵二故障狀態(tài)下的自動(dòng)切泵，系統(tǒng)判別出泵二的故障狀態(tài)，使得泵一繼續(xù)運(yùn)行，泵二不會(huì)投入。

2.1.2 手動(dòng)控制

非故障狀態(tài)下的手動(dòng)切泵。假設(shè)當(dāng)前運(yùn)行工況為泵1運(yùn)行，手動(dòng)切泵需要切換至泵2(邏輯圖見(jiàn)圖3)。

(1)若泵一，泵二均為正常狀態(tài)，無(wú)故障，則運(yùn)行路徑為：MAN_P2_ON(手動(dòng)控制泵二)指令分別通到兩個(gè)選擇器SP21及SP11。選擇器出口至兩個(gè)RS觸發(fā)器。其中S1TAR這一路，A27_4_PUMP1_OFF_ORD(PUBLIC)(停運(yùn)泵一)信號(hào)為“1”，即停運(yùn)泵一。S2TAR這一路，START_P2_ORD(PUBLIC)(啟動(dòng)泵二)信號(hào)為“1”。綜上可知，在泵一、泵二均處于正常狀態(tài)的情況下，手動(dòng)切泵與無(wú)故障情況下的自動(dòng)切泵結(jié)果一樣。

(2)若泵一正常，泵二有故障，則運(yùn)行路徑如下。初始路徑同樣按照無(wú)故障情況運(yùn)行，結(jié)果會(huì)發(fā)出兩條指令：A27_4_PUMP1_OFF_ORD(PUBLIC)(停運(yùn)泵一)信號(hào)為“1”，即停運(yùn)泵一；START_P2_ORD(PUBLIC)(啟動(dòng)泵二)信號(hào)為“1”，即啟動(dòng)泵二。系統(tǒng)會(huì)在指令發(fā)出7 s后，執(zhí)行停運(yùn)泵一的指令。由于泵二故障，啟動(dòng)泵二的指令并不能成功啟動(dòng)泵二。在該情況下，可以判斷泵二故障狀態(tài)，并反饋至選擇器SP11，由于選擇器的上節(jié)點(diǎn)MAN_P_SW(手動(dòng)控制選擇器)指令為“1”，因此選擇器在手動(dòng)切泵模式下一直選擇上面一路，即MP1和MP2，泵二故障狀態(tài)不能被反饋到運(yùn)行路徑中，即選擇器SP11相當(dāng)于失效狀態(tài)。故最終結(jié)果泵一退出運(yùn)行，泵二未成功啟動(dòng)，主循環(huán)水流量低，直流發(fā)生閉鎖。

2.2 原因分析

從原理介紹可知，導(dǎo)致此次極一“主循環(huán)水流量低”、“水冷ESOF出現(xiàn)”、“極1閉鎖”等信號(hào)的直接原因?yàn)椋篈站CCP主泵切換邏輯設(shè)計(jì)缺陷。手動(dòng)切泵模式下，一旦切換泵不能成功啟動(dòng)，停運(yùn)的泵不會(huì)重新啟動(dòng)，從而導(dǎo)致主水流量迅速下降，主水流量低保護(hù)動(dòng)作，造成極閉鎖。

3 結(jié)語(yǔ)及建議

3.1 結(jié)語(yǔ)

極一此次閉鎖事件發(fā)生，整體水冷控制系統(tǒng)切泵邏輯隱患排查結(jié)果可知，設(shè)計(jì)方面的缺陷是導(dǎo)致此次閉鎖事故的直接原因。手動(dòng)切泵模式下，忽略判別泵的狀態(tài)而直接切泵，這使得故障泵的狀態(tài)不能被反饋至系統(tǒng)中，從而引起正常運(yùn)行泵退出、故障泵投入失敗、主水流量低、直流閉鎖等連鎖反應(yīng)。

3.2 建議

(1)手動(dòng)切泵邏輯下，故障泵狀態(tài)不能反饋至系統(tǒng)中，選擇器失效。建議修改程序，將手動(dòng)切泵邏輯缺少的判別故障泵狀態(tài)條件進(jìn)行補(bǔ)充，可以與自動(dòng)切泵邏輯設(shè)計(jì)一致。

(2)本站內(nèi)冷水控制系統(tǒng)主泵手動(dòng)切泵邏輯隱患可作為隱患排查案例，對(duì)其他換流站水冷控制系統(tǒng)有隱患排查指導(dǎo)作用。建議不同廠家根據(jù)此事故，排查類似設(shè)計(jì)隱患。