特高壓直流工程閥冷系統主水路流量傳感器配置優化

張家興，朱旭東

(中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司昆明局，昆明 650217)

0 前言

云廣特高壓直流輸電工程(以下簡稱云廣直流)是世界首條±800 kV 特高壓直流輸電工程，它的滿負荷輸電量可達5 000 MW。閥冷系統是直流輸電工程中重要的輔助設備，它對閥塔上的各個元件進行冷卻，保證換流閥運行溫度在正常范圍內［1］。閥冷系統直接影響到換流閥的安全穩定運行，而流量是閥冷系統的一個重要指標:流量過小，換流閥不能得到充分的冷卻，溫度升高導致設備損壞;流量過大，產生壓力過大，長時間運行可能使水管破損。因此要求閥冷系統流量在合適的范圍內，流量傳感器則是對該參數進行監控的關鍵設備。

1 故障經過

換流站閥冷系統報出內冷水流量告警和系統內部信號，經檢查發現HMI 界面上和閥冷控制面板所顯示內冷水主水回路流量均為0 L/min，閥冷系統運行正常未發出直流跳閘信號。故障原因為流量傳感器B100 變送器部分損壞。

1.1 硬件配置

根據設計，云廣直流閥冷系統在進閥主水路中配置了一只流量傳感器，如圖1［2］所示。用于實時監測主水管路的內冷水流量，并通過信號線將數據傳至控制系統，使其在程序中對閥冷系統的工況做出判斷。

1.2 軟件配置

進閥壓力傳感器B106 和B100 進行冗余配置，以提高閥冷系統的防誤動能力。其跳閘邏輯［3］如圖2 所示。

圖1 主水路中的流量傳感器B100

圖2 閥冷系統流量低跳閘邏輯

由圖2 控制保護邏輯可知:當系統未判定流量傳感器B100 故障時，流量低于定值則發出跳閘信號;當系統判定流量傳感器故障時，壓力傳感器B106 所測壓力低于定值則發出跳閘信號。根據設置，傳感器輸出的信號電流正常值為4 mA～20 mA，若超過該范圍則判定傳感器故障。事實上，本次事件中閥冷控制系統及時判定傳感器故障，因此未發出跳閘指令，否則閥冷系統將因流量低而導致直流閉鎖。

當流量傳感器B100 和壓力傳感器B106 同時故障時，閥冷系統將跳閘，跳閘邏輯［3］如圖3:

圖3 閥冷系統冗余傳感器同時故障跳閘邏輯

1.3 電源配置

云廣直流工程閥冷系統直流電源回路［4］如圖4 所示。

圖4 閥冷系統直流電源回路

閥冷系統共有兩路外部220 V 直流電源，分別通過電源模塊轉為24 V 直流電，再經二極管耦合形成一路24 V 直流母線，在母線上配置8 只直流空開－F03～－F10 對所有24 V 負荷進行供電，其中傳感器B100 和B106 均由空開－F06 供電。

2 流量傳感器配置隱患分析

2.1 硬件配置隱患分析

由于流量低可以引起閥冷系統跳閘，因此配置單只傳感器風險較大，容易引起保護誤動。

2.2 軟件配置隱患分析

圖2 的控制邏輯中，在流量傳感器正常時壓力傳感器B106 并未參與邏輯判斷，僅當B100 故障時B106 才作為流量保護的判據，即軟件上的配置并未實現真正意義上的冗余。若B100 傳感器出現故障且控制系統不能及時判斷(信號電流在正常范圍內)，閥冷系統將極有可能因傳感器誤策而導致直流閉鎖，故需對跳閘邏輯進行優化設置。

圖3 的控制邏輯中設定兩傳感器同時故障則閥冷系統跳閘，由于傳感器故障僅表示控制系統失去了對閥冷流量、壓力的實時監測，閥冷仍可正常運行，換流閥也處于正常的工作狀況，所以該邏輯設置不合理。

2.3 直流電源配置隱患分析

1)根據圖4 可知經電源模塊和二極管耦合后僅有一條24 V 母線，若母線出現短路、接地等故障時，閥冷系統將停運，直流閉鎖;

2)流量傳感器B100 和壓力傳感器B106 均由－F06 控制，誤斷該空開后，閥冷系統將同時報出兩傳感器故障，最終導致直流閉鎖。

3 優化措施

3.1 硬件優化方案

在閥冷系統出閥管道中新增流量傳感器，實現流量傳感器的冗余化配置。

3.2 軟件優化方案

針對流量保護邏輯的設計缺陷，可將邏輯作如圖5 所示的修改，以實現流量、壓力在軟件中的冗余配置:

圖5 優化后的閥冷系統流量低故障跳閘邏輯

通過邏輯優化，在兩傳感器均正常時，當流量、壓力同時低于跳閘定值，閥冷系統發出跳閘命令;當傳感器有一故障，則性能正常的傳感器測量值低于跳閘定值時，閥冷系統發出跳閘命令。

對冗余傳感器同時故障保護邏輯，可采取長延時跳閘的方式，既保留該保護邏輯，又提供充分的故障處理時間，修改邏輯示意圖如圖6:

圖6 優化后的閥冷系統冗余傳感器同時故障跳閘邏輯

3.3 電源回路優化方案

針對24 V 直流母線不滿足冗余配置要求的情況，可通過實施技改項目，為閥冷系統新增一條24 V 母線，示意圖如圖7 所示:

圖7 優化后冗余配置的閥冷系統24 V 直流母線示意圖

對于斷開單只直流空開導致流量傳感器B100和壓力傳感器B106 同時故障的隱患，需將兩者電源空開獨立配置，保證設備的完全冗余，提高抗擾動能力。

4 結束語

1)云廣直流工程閥冷系統目前僅配置一只流量傳感器，需進行冗余化配置改造。

2)流量傳感器安裝工程浩大，在安裝工作完成前先在軟件的控制程序中將壓力與流量配合以實現冗余，可以有效提高流量保護的可靠性。

3)閥冷系統直流供電可靠性不強，需增設24 V 直流母線并將具備跳閘功能的傳感器電源空開完全獨立。

［1］超高壓輸電公司安寧局.±800 kV 云廣特高壓直流輸電工程楚雄換流站運行規程［Z］.昆明:中國南方電網超高壓輸電公司安寧局，2012.

［2］西門子公司.楚雄換流站閥冷系統流程圖［Z］.德國:西門子公司，2007.

［3］西門子公司.楚雄換流站閥冷系統控制保護程序［Z］.德國:西門子公司，2007.

［4］西門子公司.云南－廣東±800 kV 直流輸電工程楚雄換流站閥冷系統配屏圖［Z］.德國:西門子公司，2005.