一起閥冷故障導(dǎo)致的試驗(yàn)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(dāng)前高壓電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，可以完成交、直流間的整流與逆變，實(shí)現(xiàn)大功率異步聯(lián)網(wǎng)，主要設(shè)備有換流閥、換流變、控保系統(tǒng)、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(fā)熱量較大所以需要閥組冷卻系統(tǒng)進(jìn)行散熱，閥冷的運(yùn)轉(zhuǎn)好壞直接影響到換流器的正常運(yùn)行。文章借鑒常規(guī)變電設(shè)備的故障處理方法與思路，通過對一起閥冷系統(tǒng)的主循環(huán)泵（簡稱主泵）故障導(dǎo)致的換流站試驗(yàn)期間閉鎖退出事件進(jìn)行分析、探討，發(fā)現(xiàn)了相關(guān)設(shè)備在設(shè)計(jì)、安裝及監(jiān)控上面不完善之處，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況給出了相關(guān)消缺建議，并在后續(xù)檢修中予以整改，保障了換流站正式投運(yùn)后的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，望文章能為電力工作者在今后相關(guān)工作中的類似問題提供參考與幫助。

關(guān)鍵詞：換流站；閥組冷卻系統(tǒng)；主循環(huán)泵；閉鎖；設(shè)計(jì)；安裝；監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TM721.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）34-0177-02

引言

換流站是當(dāng)前高壓電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，可以完成交、直流間的整流與逆變，實(shí)現(xiàn)大功率異步聯(lián)網(wǎng)，主要設(shè)備有換流閥、換流變、控保系統(tǒng)、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(fā)熱量較大所以需要一套閥組冷卻系統(tǒng)進(jìn)行散熱，閥冷系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)好壞直接影響到換流器的正常運(yùn)行。

本文將對換流站試驗(yàn)期間一起閥冷故障導(dǎo)致的閉鎖事件進(jìn)行分析、探討，找出相關(guān)設(shè)備在設(shè)計(jì)、安裝、接線及監(jiān)控上面的不完善之處，并給出整改意見消除相關(guān)隱患。

1 事件介紹

為提高換流站人過負(fù)荷試驗(yàn)中的站用電可靠性（正常運(yùn)行方式下，站用電交流Ⅰ段母線由1號(hào)站用變供電，Ⅱ段母線由2號(hào)站用變供電，0號(hào)站用變?yōu)闊醾溆脿顟B(tài)），同時(shí)兼顧站用電定期切換工作，將1號(hào)站用變低壓側(cè)停電，站用電交流I段母線負(fù)荷切至0號(hào)站用變。

正式操作前檢查換流站后臺(tái)信號(hào)一切正常，按照“先分后合”原則，拉開1號(hào)站用變低壓側(cè)1QF，然后合上0號(hào)站用變低壓側(cè)3QF，站用變低壓側(cè)切換操作完畢，現(xiàn)場檢查站用電屏工作正常。之后不久接調(diào)度電話，告知有告警事件，通過調(diào)取后臺(tái)告警信息，發(fā)現(xiàn)換流站閉鎖退出運(yùn)行：具體表現(xiàn)為換流閥閉鎖，換流站成套裝置通過斷路器與交流系統(tǒng)側(cè)隔離，期間未對電網(wǎng)造成影響。

2 故障分析

2.1 初步檢查與判斷

現(xiàn)場檢查一次設(shè)備無異常，換流站保護(hù)無異常信號(hào)；換流變壓器保護(hù)無異常信號(hào)。通過調(diào)取后臺(tái)事件記錄，顯示為換流站閥冷系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作，繼而觸發(fā)換流站控制裝置將換流站閉鎖退出。

2.2 本站閥冷系統(tǒng)及相關(guān)回路介紹

本站每套換流閥配置一套水冷卻系統(tǒng)，冷卻介質(zhì)為60%純水+40%乙二醇，采用內(nèi)水冷、外風(fēng)冷方式。

隨著換流閥熱負(fù)荷的變化，根據(jù)進(jìn)閥溫度的高低來控制進(jìn)入外循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷卻水流量及外循環(huán)冷卻系統(tǒng)投入冷卻的風(fēng)機(jī)組數(shù)，從而達(dá)到精確控制系統(tǒng)溫度的目的。

2.3 閥冷故障引發(fā)跳閘事件分析

根據(jù)保護(hù)動(dòng)作情況及現(xiàn)場檢查情況分析如下：

（1）1號(hào)站用變低壓側(cè)1QF手動(dòng)分閘，交流站用I母短時(shí)失電。1、2、3號(hào)換流器的閥冷主循環(huán)泵P1均交流失電，根據(jù)切換邏輯將自動(dòng)切換至主循環(huán)泵P2繼續(xù)運(yùn)行（之前的換流站調(diào)試驗(yàn)證過相關(guān)主循環(huán)泵切換邏輯的正確性）。

（2）3號(hào)換流器閥冷的主循環(huán)泵P2運(yùn)行1.7s后出現(xiàn)故障，因交流站用電I母仍然失電，無法切換至主循環(huán)泵P1，在主循環(huán)流量偏低（約0.2s后）向3號(hào)換流器控制裝置CCP3發(fā)送請求跳閘信號(hào)，見圖1。

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

查閱閥冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件，其主循環(huán)水泵提供密閉循環(huán)流體所需動(dòng)力，為高速離心葉片泵，一用一備，每臺(tái)為100%容量，設(shè)過流和過熱保護(hù)。如果運(yùn)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(fā)出報(bào)警信號(hào)，若切換失敗就會(huì)觸發(fā)主循環(huán)流量保護(hù)。

繼而可以確定本次跳閘事件的起因?yàn)樗秒娛謩?dòng)切換的過程中，3號(hào)換流器閥冷的主循環(huán)泵P2出現(xiàn)故障，而由于所用電切換此時(shí)主循環(huán)泵P1處于失電狀態(tài)，從而3號(hào)換流器閥冷系統(tǒng)向3號(hào)換流器控制系統(tǒng)（CCP3控制裝置）發(fā)送水冷系統(tǒng)請求跳閘信號(hào)，進(jìn)而引起換流站閉鎖退出運(yùn)行。

2.4 閥冷系統(tǒng)故障模擬重現(xiàn)

在換流站停用狀態(tài)下進(jìn)行3號(hào)換流器閥冷系統(tǒng)主循環(huán)泵切換，模擬相關(guān)故障。

當(dāng)3號(hào)換流器的主循環(huán)泵P1切至主循環(huán)泵P2時(shí)，其動(dòng)力回路中對應(yīng)的接觸器KM1抖動(dòng)嚴(yán)重，內(nèi)部有分、合電弧，信號(hào)繼電器K01動(dòng)作，最終切換失敗。換流站監(jiān)控后臺(tái)發(fā)出相應(yīng)告警信號(hào)，但1分鐘后信號(hào)自動(dòng)消失。

2.5 故障原因細(xì)查

2.5.1 現(xiàn)場動(dòng)力回路檢查

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主循環(huán)泵P2動(dòng)力回路的電源空氣開關(guān)跳閘，觸感溫度較高，但后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)無告警信號(hào)（實(shí)際上短時(shí)顯示過，但未保持，見2.2）。

打開主循環(huán)泵P2的電機(jī)電源盒，發(fā)現(xiàn)其A相電源線接頭處有燒糊痕跡，絕緣遭到破壞，用手拉動(dòng)發(fā)現(xiàn)壓接不牢固。

2.5.2 故障根源分析

查看換流器閥冷系統(tǒng)的主循環(huán)泵動(dòng)力柜控制及信號(hào)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(jié)點(diǎn)觸發(fā)，可發(fā)主循環(huán)泵過載信號(hào)。

其中熱偶繼電器RJ1在主循環(huán)泵電機(jī)過載情況下會(huì)動(dòng)作，并且查閱說明書具有延時(shí)復(fù)歸功能。可以將此次跳閘事件的直接根源確定為：

主循環(huán)泵電機(jī)的電源線接頭處未安裝牢固，而其又處在震動(dòng)環(huán)境中，長時(shí)間、大電流運(yùn)行過程中，松動(dòng)日益加劇，氧化膜逐漸增厚，導(dǎo)致A相電路的收縮電阻與膜電阻的質(zhì)變抖動(dòng)性增大[2]，三相電機(jī)也會(huì)發(fā)生不平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，電流的急劇增大引起嚴(yán)重發(fā)熱、絕緣破損、放電拉弧等故障。endprint

這也使得主循環(huán)泵P2動(dòng)力回路的接觸器KM1抖動(dòng)、熱偶繼電器RJ1動(dòng)作，最終動(dòng)力回路斷開，同時(shí)帶動(dòng)K01信號(hào)繼電器動(dòng)作，K01輔助接點(diǎn)閉合報(bào)主循環(huán)泵故障信號(hào)。閥冷系統(tǒng)的自投切邏輯判主循環(huán)泵P2故障退出運(yùn)行，切回主循環(huán)泵P1運(yùn)行，在本次事件總由于站用電切換，主循環(huán)泵P1短時(shí)停電不能投入，繼而引發(fā)水循環(huán)流量偏低，達(dá)到閥冷系統(tǒng)的保護(hù)定值引發(fā)跳閘事件。

而主循環(huán)泵2的熱繼電器RJ1在1分鐘后自動(dòng)復(fù)歸，K01也隨之復(fù)歸，停發(fā)了報(bào)警信號(hào)，換流站后臺(tái)中的相關(guān)信號(hào)也未自保持，無法提醒運(yùn)維人員。

3 整改措施及建議

3.1 整改閥冷主循環(huán)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(dòng)力回路的接觸器，并將其他相別、其他主循環(huán)泵的所有同類的接插頭全部進(jìn)行緊固。（2）對重要回路二次空開加裝輔助接點(diǎn)，以發(fā)跳閘告警信號(hào)。（3）主循環(huán)泵的電氣回路應(yīng)當(dāng)具備非運(yùn)行狀態(tài)下的自檢功能，繼而可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)異常，防止帶故障切換。（4）讓后臺(tái)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行自保持。（5）可以考慮將閥冷系統(tǒng)的兩臺(tái)主循環(huán)泵電機(jī)也取雙回電源，提高供電冗余度和可靠性。

3.2 完善后臺(tái)告警信號(hào)

（1）告警、異常信號(hào)需要自保持，同時(shí)具備醒目的顏色或標(biāo)識(shí)，繼而提醒運(yùn)維人員。（2）重要信號(hào)可參照交流變電站，在后臺(tái)相應(yīng)位置添加光字牌。（3）完善相關(guān)信號(hào)的定級區(qū)分工

作。

3.3 修正閥冷保護(hù)相關(guān)定值

根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正閥冷系統(tǒng)的相關(guān)保護(hù)定值的大小、時(shí)間及邏輯，避開手動(dòng)切換類操作導(dǎo)致的跳閘事件。

3.4 優(yōu)化相關(guān)作業(yè)流程

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

4 結(jié)束語

本文對換流站試驗(yàn)期間一起閥冷故障導(dǎo)致的閉鎖退出事件進(jìn)行分析、探討，找出其根源所在，即動(dòng)力的電纜接頭安裝質(zhì)量不過關(guān)，此外在二次回路設(shè)計(jì)、監(jiān)控告警設(shè)置等方面也存在不完善之處。本文同時(shí)給出了對應(yīng)的整改措施及建議。

參考文獻(xiàn)：

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