對(duì)超高壓直流輸電換流站的閥冷卻系統(tǒng)故障的研究

蘇遠(yuǎn)鵬

摘 要：在超高壓直流輸電換流站中，比較重要的輔助系統(tǒng)之一就是閥冷卻系統(tǒng)，由于在直流輸電換流站中的維護(hù)消缺工作量比較大，因此，輔助系統(tǒng)的運(yùn)行情況直接影響著直流輸電換流站主設(shè)備的安全運(yùn)行。本次研究中超高壓直流輸電換流站的閥冷卻系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，希望相關(guān)人士借鑒。

關(guān)鍵詞：超高壓；直流輸電換流站；閥冷卻系統(tǒng)；故障

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，部分地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電工程的數(shù)量也在逐年增多。但是就目前我國跨區(qū)電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行情況來看，其中依舊存在著一些安全方面的問題。隨著西電東送工程的推進(jìn)，南方電網(wǎng)的輸送通道出現(xiàn)了八交九直的結(jié)構(gòu)。有數(shù)據(jù)顯示，截止到2011年，南方電網(wǎng)中的四4條直流輸電系統(tǒng)由于閥冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致線路發(fā)生直流閉鎖的事件有22次之多，并且其中單級(jí)閉鎖和雙極閉鎖分別為21次和1次，這樣看來，對(duì)超高壓直流輸電換流站中的閥冷卻系統(tǒng)故障進(jìn)行處理迫在眉睫。

1、超高壓直流輸電換流站閥冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在超高壓直流輸電換流站中，換流閥是保證其實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換最為核心的設(shè)備，一般情況下，換流閥的最高額定電流量為4500 A，當(dāng)其在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生非常大的熱量，為了保護(hù)換流閥系統(tǒng)運(yùn)行過程中電路中的晶閘管、電抗器等運(yùn)行元件能正常工作，需要在電路中配置相應(yīng)的閥冷卻系統(tǒng)，使其對(duì)換流閥系統(tǒng)進(jìn)行降溫。這里的閥冷卻系統(tǒng)包括閥內(nèi)冷卻系統(tǒng)和閥外冷卻系統(tǒng)。前者為封閉的水循環(huán)系統(tǒng)，其主要的冷卻介質(zhì)為去離子水，通過去離子水不斷的流動(dòng)來帶走熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行中的換流閥系統(tǒng)降溫；后者為開放式的水循環(huán)系統(tǒng)，又包括風(fēng)冷和水冷，冷卻塔對(duì)閥內(nèi)冷系統(tǒng)的主水管道進(jìn)行冷卻來實(shí)現(xiàn)換流閥系統(tǒng)的整體降溫。

2、超高壓直流輸電換流站閥冷卻系統(tǒng)的常見故障

2.1主循環(huán)泵發(fā)生故障報(bào)警

某超高壓直流輸電換流站中使用的主循環(huán)泵采用AC800變頻器對(duì)其進(jìn)行控制，在2017年11月3日下午6點(diǎn)，將泵1切換到泵2后30 s系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，提示泵2出現(xiàn)故障，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)切換為泵1運(yùn)行，警報(bào)停止。檢修人員對(duì)其進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)變頻上顯示“SHORT CIRC（2340）”報(bào)警，泵1正常。然后對(duì)泵2電機(jī)的絕緣情況進(jìn)行檢查，結(jié)果正常，手動(dòng)啟動(dòng)泵2并將其轉(zhuǎn)速調(diào)整為280 r/min后，運(yùn)行正常，但是在切換泵2時(shí)，變頻器上快速的出現(xiàn)了“INV CURI，IM”報(bào)警信號(hào)。

工作人員對(duì)其進(jìn)行故障排查：（1）內(nèi)冷水主泵切換指令。此指令的組成方式有兩種：正常切換。分為上級(jí)或者在異地下達(dá)的主泵切換指令，或者是正常切換的主泵脈沖；主泵故障自報(bào)警指令。這其中又包括主水流量低、主泵本體故障、變頻器故障等報(bào)警指令，但是在排查此種故障時(shí)需要根據(jù)主泵切換的指令來進(jìn)行。（2）內(nèi)冷水主泵故障的信號(hào)路徑。本站的冷水主泵每周切換一次，水冷控制保護(hù)系統(tǒng)所采用的是CCP，當(dāng)泵出現(xiàn)轉(zhuǎn)速過快、電源異常等問題時(shí)，均會(huì)由變頻器發(fā)出故障信號(hào)，然后再將故障信號(hào)轉(zhuǎn)至CCP，此時(shí)CCP就會(huì)發(fā)出Change P1或者Change P2的指令，當(dāng)備用泵出現(xiàn)故障時(shí)，主泵則取法切換到備用泵。（3）內(nèi)冷水主泵變頻器故障信號(hào)的路徑。一般情況下，主變頻器故障所發(fā)出的故障信息有主主泵就地安全開關(guān)斷開、變頻器內(nèi)保護(hù)裝置過多。變頻器內(nèi)安全防護(hù)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，只能通過變頻器板檢查出來的具體報(bào)警信號(hào)，并且此信號(hào)也是通過CCP系統(tǒng)對(duì)主泵進(jìn)行切換的。變頻器常見的報(bào)警信息有過熱、接地故障等。

2.2閥冷卻系統(tǒng)發(fā)生漏水故障

某超高壓直流輸電換流站在2017年9月2號(hào)上午10：28，220kV 的LTI閥A相電抗器冷卻水管出現(xiàn)脫落，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生直流閉鎖故障。檢修人員立即對(duì)其進(jìn)行檢修發(fā)現(xiàn)，電抗器小水管脫落后原金屬接口處并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的卡痕，即水管因?yàn)榻宇^處不能卡緊而脫落。工作人員對(duì)其進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)其是由于長期運(yùn)行中產(chǎn)生震動(dòng)以及熱脹冷縮導(dǎo)致水管內(nèi)徑發(fā)生膨脹，接頭處越來越松，最終脫落導(dǎo)致漏水。而長期漏水導(dǎo)冷卻水位下降，當(dāng)膨脹水箱低于正常液位時(shí)，系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作。

對(duì)于此種情況工作人員建議：（1）對(duì)漏水管的具體型號(hào)進(jìn)行檢查，并及時(shí)采購水管備件；（2）在檢修的過程中，檢修人員要按照順序?qū)﹂y塔各組件的水管接頭進(jìn)行檢查，然后進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)加壓試驗(yàn)，試驗(yàn)要按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：將進(jìn)閥LTI的壓力調(diào)整為0.8 MPa，并持續(xù)30 min以上無滲水現(xiàn)象出現(xiàn)；將出閥ETT的壓力調(diào)整為1.0 MPa，并持續(xù)10 min以上無滲水現(xiàn)象出現(xiàn)。

另外，換流閥內(nèi)冷水系統(tǒng)漏水也是導(dǎo)致超高壓直流輸電系統(tǒng)停運(yùn)的一個(gè)原因。其會(huì)導(dǎo)致膨脹水箱內(nèi)的液位下降進(jìn)而使輸電系統(tǒng)停運(yùn)。對(duì)此故障的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)原因主要有：內(nèi)冷水管道接觸到了閥模件的金屬構(gòu)件，在閥塔的震動(dòng)下，連接內(nèi)冷水管道的保護(hù)套被振開，管道與金屬構(gòu)件發(fā)生摩擦，在閥塔的長期震動(dòng)下，管道被磨損，導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏；進(jìn)水管均壓電極陽極側(cè)表面被水垢或者橡膠墊圈腐蝕，管道喪失了密封能力，導(dǎo)致出現(xiàn)了滲水或者漏水。

2.3閥冷卻引發(fā)用電保護(hù)差動(dòng)作

某超高壓直流輸電換流站在2018年4月12號(hào)上午10點(diǎn)，在進(jìn)行常規(guī)直流單元主循環(huán)泵的切換試驗(yàn)，10：05分380/220kV站用電系統(tǒng)的10kV #4站用電保護(hù)差動(dòng)作，甩開了原來10kV #4站用電所帶負(fù)荷。

工作人員對(duì)其進(jìn)行分析：（1）發(fā)生故障后，工作人員對(duì)10kV #4站進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，如測試了變壓器直流電阻、短路阻抗、絕緣電阻、吸收比測量、變壓比等，還進(jìn)行了相應(yīng)的交流耐壓試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)果均正常，提示變壓器本體無故障。然后對(duì)二次電流的波形畸變進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10點(diǎn)05分06秒主泵啟動(dòng)時(shí)，本站低壓側(cè)直流分量突然增大了0.111A（22.69%），最大甚至超過了50%，這是由于外負(fù)荷所導(dǎo)致的產(chǎn)生了直流分量，使電路中的電流的波形出現(xiàn)了偏移，進(jìn)而產(chǎn)生了電流差，系統(tǒng)中的比率差動(dòng)動(dòng)作。10kV #4站用電外負(fù)荷主要為保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻啟動(dòng)的主循環(huán)泵電機(jī)，而冷卻系統(tǒng)的主循環(huán)泵在啟動(dòng)的過程中會(huì)產(chǎn)生直流分量，使使電路中的電流的波形出現(xiàn)了偏移，進(jìn)而產(chǎn)生了電流差，系統(tǒng)中的比率差動(dòng)動(dòng)作。對(duì)于此，檢修人員建議，要對(duì)常規(guī)閥冷系統(tǒng)主循環(huán)泵的主電源回路進(jìn)行檢查，對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行核查和設(shè)置，保證變頻器能夠正常動(dòng)作。在對(duì)本站系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，要對(duì)主循環(huán)泵的變頻、工頻等進(jìn)行觀察，在進(jìn)行啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)觀察用電保護(hù)的情況。

3、結(jié)束語

總之，閥冷系統(tǒng)中各個(gè)結(jié)構(gòu)之間都有著緊密的聯(lián)系，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障后都會(huì)直接導(dǎo)致直流輸電換流站系統(tǒng)出現(xiàn)異常，因此，在日常的檢修中，工作人員要加強(qiáng)對(duì)閥冷卻系統(tǒng)的巡查，發(fā)現(xiàn)問題，分析原因并及時(shí)解決，在提高自身技能的基礎(chǔ)上，保證換流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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