換流站閥外水冷系統概述及故障淺析

彭 清 高 雨 唐恒蔚 李 恒 張 陽 任瑞武

（1.國網湖南省電力有限公司超高壓變電公司 2.變電智能運檢國網湖南省電力有限公司實驗室）

0 引言

換流站的閥水冷卻系統對直流輸電有著功不可沒的作用。將可控硅換流閥比作人類的心臟，把冷卻水比作人的血液。換流閥在換流工作中，有部分功率損耗，功率損耗將電能轉變成熱能，此熱量聚集在可控硅閥體上，會隨著時間的推移，溫度將不斷升高［1］。如果此熱量不被帶走，將直接影響可控硅閥的正常工作特性，因此通過閥水冷系統將此熱量的帶走。

通過分析直流換流站的運行經驗，多數導致直流系統停運的事故都是由于輔助系統設備故障和異常運行引起的。因此加強換流閥外冷卻水系統相關輔助設備的日常維護檢修工作，做好設備的運行分析，找出設備運行的薄弱環節，采取有效措施加以改進，保證閥外水冷卻系統的正常運行，是消除直流系統停運安全隱患的重要保障。

1 閥外水冷系統

圖1 閥外水冷系統示意圖

外冷水系統在冷卻塔內完成對內冷水的冷卻，主要由以下設備組成：冷卻塔的噴淋泵，化學加藥裝置，一套處理工業水的軟化單元和反滲透裝置，一個貯存噴淋水的平衡水池，還有一套補水系統，把經過處理后合格的水加入噴淋水池。整個系統保證提供可用的噴淋水，其特點是低鈣，低鹽。以冷卻塔為界，左邊的回路是外冷水系統，右邊的回路是內冷水系統［2~3］。

1.1 閉式冷卻塔

一般的，站內每個直流極的閥水冷系統有三座冷卻塔，設計閥正常運行時，投入二座冷卻塔即可滿足冷卻要求。每座冷卻塔配有三臺風扇和一臺噴淋泵。正常運行過程中，三臺風扇和一臺噴淋泵都投入，故障或維護情況下可退出一座。每個冷卻塔單元配有：兩臺傳動式皮帶軸流風扇、一臺噴淋泵、通氣閥、圓柱式消音器、過濾器、冷卻塔進水箱等。對應于不同的冷卻需要，可通過頻率控制器進行相對應頻率調節，來實現對風扇轉速的改變［4］。設計閥運行時投入兩臺冷卻塔即可滿足直流額定功率傳輸時所需要的冷卻容量，另一臺備用。

1.2 噴淋泵及其噴淋總管道

噴淋泵為臥式離心結構，安裝于閥冷設備間內，所有噴淋水泵共用一根進水母管，每臺噴淋水泵進口均設置蝶閥，出口設置止回閥和蝶閥、壓力開關，水泵與管道采用軟連接。噴淋管道最低點設置泄空閥便于將管道內的水排空，防止冬季停運且室外氣溫較低時噴淋管道水結冰。

1.3 反洗單元

由于閥冷系統室外換熱設備即閉式冷卻塔內的換熱盤管在運行時表面溫度約50~60℃，為防止長期噴水而在熱交換盤管外表面產生結垢現象，需要對噴淋水進行處理，噴淋水補水進入水池之前先進行軟化處理。此外噴淋水系統還設置了利用砂濾器進行的噴淋水自循環水處理旁通回路。同時為控制噴淋水水質設置了加藥裝置［5］。

2 閥外水冷系統故障分析及建議

2.1 電動閥故障

2.1.1 現場檢查情況

某換流站極Ⅰ低閥冷系統A、B 套均報V924 電動閥故障，OWS 后臺報文事件如圖2 所示。現場檢查極Ⅰ低端閥冷V924 電動閥外觀無異常，未漏水，手觸碰閥門有過熱感覺，水處理控制柜界面顯示該閥門為黃色，閥門處于半開半閉狀態。查閱歷史狀態，前一個狀態是反滲透正洗，正洗完V924 沒有達到關限位，為防止V924 電動閥因找不到限位而持續動作導致發熱，現場將V924 電動閥電源快分開關斷開。

圖2 V924電動閥故障界面

圖3 V924電動閥凸輪緊固螺絲

2.1.2 事件原因分析

中國心血管健康指數（CHI）是首個醫學領域指數型指標，通過五大維度，52個指標反映和衡量我國心血管疾病及救治狀況。五大維度分別是A心血管疾病流行情況，其中包括A1早死概率，A2患病率；B危險因素暴露情況，包括B1行為，B2代謝性指標，B3 PM2.5濃度；C危險因素防控情況，包括C1高血壓，C2糖尿病，C3高脂血癥，C4成功戒煙率；D疾病救治情況：D1救治能力，D2救治過程，D3救治結局；E公共衛生政策與服務能力E1政策，E2衛生費用，E3居民健康素養水平，E4防治體系建設。

一是電動執行器限位凸輪材質較脆弱，緊固凸輪的螺絲如果緊固力度太大容易造成凸輪裂開報廢，緊固力度不夠則容易造成凸輪松動，產生上述故障現象；

二是水處理系統狀態步進切換頻繁，電動閥門開啟關閉時電動執行器限位凸輪則頂撞觸點，次數頻繁后容易造成限位凸輪松動甚至產生裂紋；

三是電動執行器自投運以來，已運行5 年，在閥門開啟或關閉時會產生熱量，加速電動執行器限位凸輪老化，強度降低［6］。

2.1.3 故障處置

現場對V924 電動執行器進行開蓋檢查，發現V924 電動閥內部關限位凸輪明顯松動，無法可靠接觸觸點，經內六角緊固凸輪螺絲，如下圖紅圈部位，閥門重新上電，報警消失。經過對水處理系統狀態切換，V924 電動閥開啟和關閉正常，狀態顯示正常。

2.2 冷卻塔風機故障

2.2.1 現場檢查情況

某換流站OWS 事件后臺報文顯示“極Ⅰ高水冷系統G01 風機變頻故障報警”、“變頻故障切換至工頻，請就地確認報警”，現場檢查風機運行時異響明顯，斷開該風機電源后，檢查發現風機皮帶即將從風機皮帶輪脫落，手動轉動風機發現葉片與排風筒的一側存在很大摩擦，導致風機變頻運行時過負荷切工頻，且風機下側軸承明顯故障，軸承滾珠已掉出，事件報文及現場檢查情況如圖4所示。

圖4 現場檢查情況

2.2.2 事件原因分析

2.2.3 故障處置

1、安全措施布置：斷開閥冷設備間閥冷控制室內動力柜的安全開關，并斷開G01風機安全開關。

冷卻塔風機整體示意圖如圖5 所示，除風機軸承、葉片、電動機外，還包括風機網罩、風機網罩支架、排風筒、檢修門、擋水板、可旋轉的電動機防護罩等。

圖5 冷卻塔風機整體示意圖

2、故障風機軸承、葉片更換處理的檢修步驟如下：

3 上電試運行

合上風機安全開關，試合風機變頻斷路器或將切換把手由自動打至強投，短時運行后，檢查風機運行無異響，紅外測溫溫度正常。

2.3 冷卻塔集水箱漏水

2.3.1 現場檢查情況

運行人員在巡檢過程中發現噴淋塔集水箱漏水，周圍地面上有小水灘，停留觀察發現從噴淋塔上部有小股的水流濺出。在該年度期間四個閥塔都發生了不同程度的噴淋塔集水箱漏水事件。

2.3.2 事件原因分析

噴淋塔集水箱是內外冷水熱交換的場所，上部不斷向下噴灑溫度相對較低的冷卻水，與溫度較高的內冷水蛇行管道進行冷卻，集水箱長期處在惡劣的工況下，加速了金屬材質的箱體和里面管道，噴淋嘴的老化，侵蝕；部分管道結垢，嚴重影響了散熱；管道內部的雜質，在管道、噴淋口沉積發生堵塞問題。這些都會引起散熱效果，管道內的水壓升高，造成接頭出，封堵的損壞，多次有橡膠封堵擠出故障，發生漏水。

2.3.3 故障處置

在提高水質方面外冷水增添了砂濾裝置，可以有效的把工業水內的微小雜質濾除。該砂濾裝置采用了球形設計，具有全自動過濾，全自動反洗，用沙少，廢水少等優點。裝置內有55 個蘑菇狀的壓差補償過濾集水器，系統在過濾狀態保持各部分水壓平衡，提高過濾的流速，效率較高；且在反沖洗狀態下，形成多個內環流，提高反沖洗的效率同時不跑沙。處理能力可以達到25m3/h，達到換流站處理水的要求。

在換流站年度檢修中對噴淋塔鐵質設備進行了改進，更換成不銹鋼集水箱，箱內集水管更換為聚酯集水管，把防銹和腐蝕降到最低，另在集水箱側面新開了4 個拆卸集水管管口，運行時處于封閉狀態，用玻璃硅膠和螺栓封堵。當集水管發生爆裂或是嚴重變形，可以打開對應的管口封堵，快速進行更換，盡快檢修速度。

3 結束語

閥水冷系統設備直接關系著換流閥的安全穩定運行。本文首先對換流站閥外冷卻水系統進行了整體描述，對系統內每個設備的功能進行了詳細的介紹說明。就某換流站運行期間發現和存在的問題及設備缺陷進行分析和處理的流程處置進行了模塊化的分析，本文分析過程中冷卻系統的故障分析、處置流程對類似系統故障處置問題的解決具有一定的指導意義。