換流站閥冷系統輕微滲漏故障原因分析及查找方法

王 鴻，劉志遠，尹琦云，高新龍，李源升，李 其

（1.國網新疆電力有限公司超高壓分公司，新疆 烏魯木齊 830002；2.國網寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏 銀川 750000）

1 故障概述

某換流站正常運行期間OWS 后臺突然報出極Ⅱ低端閥冷系統“V136 補水電動閥開限位運行狀態出現”與“P11 補水泵運行狀態出現”，表1 為事件報文記錄。

表1 事件報文記錄

2 現場檢查情況

1） 后臺檢查。極Ⅱ低端閥冷系統泄露保護未動作、滲漏保護未告警，除閥冷系統原水罐向膨脹罐補水無其他異常。

2） 現場檢查。運行人員通過OWS 后臺發現極Ⅱ低端膨脹罐液位近3 個月緩慢下降，現場對換流閥水冷系統進行檢查發現極Ⅱ低端E01 冷卻塔進水金屬軟管滲漏水，滲漏速率2 滴/s。圖1 為極Ⅱ低端E01 冷卻塔進水金屬軟管處漏水。

圖1 極Ⅱ低端E01 冷卻塔進水金屬軟管處漏水

3） 橫向比對。通過OWS 后臺橫向對比發現極Ⅰ低端也存在膨脹罐液位下降趨勢。閥組運行狀態下現場檢查未發現異常，年度綜檢時閥組閉鎖后外冷風機全停，再次檢查發現G79 風機與G119 風機冷卻盤管堵頭處存在兩處滲水點，滲水速率分別為1 滴/d 和0.1 滴/s，見圖2。

3 閥冷系統滲漏水原因分析

3.1 閥冷系統結構原理及氮氣穩壓設計

該換流站閥冷系統由廣州高瀾公司設計生產，主要由主循環冷卻系統、去離子水處理系統和氮氣穩壓系統組成[1]。其中，氮氣穩壓系統由膨脹罐、氮氣瓶和補水系統等組成，膨脹罐的頂部充有穩定壓力的高純氮氣，用以保持管路的壓力恒定和冷卻介質的充滿[2]，整個氮氣穩壓系統狀態是閥冷滲漏水的主要判斷依據，主要配置如下。

1） 膨脹罐共2 臺。使用廣州高瀾公司生產的560 L 不銹鋼罐（設計壓力1 MPa），用于緩沖冷卻水因溫度變化而產生的容量變化。膨脹罐配置磁翻板式液位計和電容式液位變送器，用于液位保護[3]，當出現閥冷系統滲漏水時，液位計和變送器示數也隨之下降。

2） 原水罐。用于存儲冷卻液，設置可視液位計及高液位和低液位開關[4]。

3） 補水泵及原水泵。系統配置原水泵1 臺，手動運行；補水泵2 臺，自動運行，互為備用[5]。在系統滲漏水使膨脹罐液位低至600 mm 定值后，水泵啟動將原水罐水補入膨脹罐直至1 000 mm 后停止。

4） 氮氣系統。氮氣管路主要由減壓閥、補氣電磁閥、排氣電磁閥、安全閥、氮氣瓶及監控儀表等組成。氮氣瓶容量40 L，設置4 個。氮氣補氣回路設置為雙路，一路故障時可切換至另一路運行，用以維持膨脹罐壓力在250～360 kPa 之間。

3.2 膨脹罐液位保護邏輯分析

該換流站閥冷系統膨脹罐液位保護邏輯包含滲漏、泄露2 種情況，采取以下保護方式。

1） 閥冷系統發生滲漏時將發出報警。設定掃描周期為180 min，在掃描周期之間當液位下降超過10 mm，連續產生8 次，OP 面板將會顯示閥冷系統滲漏報警信息并上傳后臺。任意一次采樣值間下降量小于設定值，則將累計次數清零、報警復位，重新開始計數[6]。

2） 若補水泵在1 440 min 內，連續補水2 次會發出滲漏報警[7]。

3） 閥冷系統泄漏將發出跳閘信號。閥冷系統對膨脹罐液位連續監測，每個掃描周期都對當前值進行計算和判斷，采樣與計算周期為2 s，液位比較周期為10 s，比較周期內泄漏量為6 mm（0.3%液位），延時30 s 后泄漏保護動作[8]。為防止誤動作跳閘，保護配置了三取二邏輯結構，在正常情況下2 臺電容液位計同時產生液位下降情況時才有效[9]。

綜上，現有保護邏輯中滲漏水需要在180 min內連續8 次達到3.11 L 才會報出滲漏告警，對于較大流量滲、泄漏判別較為完善。在本起故障中，由于滲漏持續時間長、流量小，恰好躲過保護判據，雙極3 處滲漏點均未報警，存在輕微滲漏保護監測盲區，因此需進一步分析輕微滲漏原因及對策。

3.3 閥冷系統輕微滲漏原因分析

結合以往換流站出現的滲漏故障情況，分析可能造成輕微滲漏的原因主要包含以下5 類。一是閥冷系統金屬軟管（波紋管）、散熱盤管等部件銜接部位焊接不均勻，導致單側焊縫金屬強度不足，長期運行過程中金屬疲勞老化，致使金屬軟管滲漏。數據來源為天山站、昌吉站。二是閥冷系統管路堵頭或接頭密封采用的麻繩絲、棉絲或生料帶，長期運行中發生材料磨損、老化導致滲漏。數據來源為昌吉站、靈州站。三是閥冷系統閥門未按照標準力矩進行緊固，存在1 顆或多顆螺栓松動，補水后滲漏。四是閥冷系統罐體焊接工藝不到位，長期處于潮濕、高離子環境[10]，罐體銹蝕產生砂眼導致滲漏。數據來源為靈州站。五是閥冷系統主循環泵機封、密封圈選材不當，磨損、變形等導致的滲漏。數據來源為靈州站、銀川東站。

3.4 輕微滲漏監測及故障查找方法

1） 輕微滲漏監測及確認方法。針對類似的閥冷系統輕微滲漏，換流站可以通過OWS 后臺膨脹罐液位監測分析進行確認，一般情況下閥冷系統具有溫度補償，環境溫度及功率波動不會引發膨脹罐液位的持續性降低，因此出現膨脹罐液位長期持續下降或膨脹罐補水后月液位下降量仍顯著＞3%～5%，則可以確認系統存在滲漏水點，圖3 為輕微滲漏情況下OWS 后臺膨脹罐液位典型曲線。

圖3 輕微滲漏情況下OWS 后臺膨脹罐液位典型曲線

配置有數字換流站系統的，可通過數字換流站后臺跟蹤比對不同閥組間的膨脹罐液位曲線，若起始和結束四閥組8 個樣本的方差，按照式（1）計算方式顯著＞0.18，則可確認系統輕微滲漏水。也可通過數字換流站平臺或閥冷設備廠家后臺，增設輕微滲漏量預警或告警邏輯，結合膨脹罐液位、原水罐補水頻次判據進一步優化保護策略，減少盲區。

式中：S2為樣本方差；Xi為閥組膨脹罐液位；為膨脹罐液位均值；n 為樣本數量。

2） 現場漏水點位查找方法。針對已確認存在輕微滲漏的閥冷系統，可以采取以下方法進行在運和停運檢查。

運行工況包括4 項。一是采用逐級查找法對內水冷、外水冷、風冷管路進行逐級外觀檢查。二是采用探測查找法，利用內窺鏡等儀器檢查風冷散熱盤管、保溫罩內部水管。三是采用痕跡檢查法，利用變色紙、工業視頻和閥廳巡檢機器人對換流閥塔模塊及頂屏蔽罩、底屏蔽罩、閥廳主循環管路、水冷設備間地面進行痕跡檢查，圓形、散射狀黑斑或異常反光點可能存在滲漏點位。四是采用對比檢查法，多次拍攝風冷散熱盤管等位置底部照片，前后對比差異。

停運工況主要采用打壓檢查法，用水冷系統打1.05～1.20 倍靜壓，進行管路接頭、閥門、換流閥塔等部位檢查。關注運行情況下無法查看的閥廳頂部管道、排氣閥門、內部閥門等。

4 建議及改進措施

首先，要加強閥冷系統的運維管理，利用數字換流站、智能監控后臺等定期針對閥冷系統各項運行指標進行橫向比對和縱向分析，及時發現設備隱患。其次，加強閥冷系統的檢修管理，定期開展閥冷系統保護邏輯校驗。具備條件的換流站可針對性開展輕微滲漏保護邏輯優化完善。再次，針對閥冷系統軟連接、波紋管、金屬罐體、閥門等金屬在運部件及備品備件定期開展金屬性X 光探傷，關注換流站閥冷系統金屬元器件運行情況及備品質量。最后，要定期開展針對閥外水冷系統隱患排查治理，及時排除工程遺留設計、材料老化、結構受力、選型不當、工藝不到位等問題，避免運行過程中冗余冷卻能力降低。