交流電源對換流站閥冷系統(tǒng)的影響

（國網(wǎng)陜西省供電總公司）

閥冷系統(tǒng)是換流閥的一個重要組成部分，它將閥體上各元器件的功耗熱量排放到閥廳外，保證晶閘管結(jié)溫在正常允許范圍，近年來，閥冷系統(tǒng)多次因交流電源故障導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)工作異常，甚至出現(xiàn)直流停運的情況。針對這個問題，本文進(jìn)行了深入研究，并提出應(yīng)對措施，對提高換流站安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

1 閥冷卻系統(tǒng)

閥水冷系統(tǒng)分為外冷水系統(tǒng)和內(nèi)冷水系統(tǒng)，閥冷系統(tǒng)冷卻回路如圖1[2]所示（興仁站運行規(guī)程），內(nèi)冷水系統(tǒng)分為主水回路和水處理回路，內(nèi)冷卻系統(tǒng)是一個密閉式的循環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)冷水系統(tǒng)通過兩臺主泵（一臺主運，一臺備用）將冷卻水送入換流閥水管道內(nèi)，并提供內(nèi)冷水循環(huán)的動力，水管道與換流閥內(nèi)的散熱器進(jìn)行熱量交換，將換流閥熱量帶出。水處理回路則對主水回路的水進(jìn)行處理，即除氧、過濾和降低內(nèi)冷水電導(dǎo)率。外冷水系統(tǒng)包括噴淋泵、冷卻塔和噴淋水池，噴淋泵將噴淋水池的水抽到冷卻塔冷卻外冷水[3]。（換流站閥水冷系統(tǒng)隱患分析及治理），

圖1 閥冷系統(tǒng)冷卻回路Fig.1 Cooling loop of valve cooling system

2 閥冷卻系統(tǒng)交流電源

閥冷系統(tǒng)交流電源取自不同的兩路站用電，在閥冷控制屏內(nèi)耦合后為主循環(huán)泵和噴淋泵運轉(zhuǎn)提供動力，正常運行時，一路電源主運，另一路電源備用。在每一路電源上均并聯(lián)了電壓繼電器，以此判斷該路電源運行是否正常。當(dāng)電壓繼電器檢測到電壓異常后，經(jīng)過一段延時切換到另一路電源運行。

針對泵的某些運行特性在興安直流閥冷系統(tǒng)交流電源回路上增加了軟起動器，避免主泵在啟停時因沖擊而損壞設(shè)備，從而延長設(shè)備的使用壽命。

軟起動器工作原理是模擬量相位控制，如下圖所示，進(jìn)線電壓（L1、L2、L3）接在軟起動器中的三個晶閘管模塊上，每個晶閘管模塊是由兩個反并聯(lián)的晶閘管組成，用來控制向電動機、繞組供電的電壓，通過這種相位控制，使電動機接線端子上的電壓從預(yù)先可靈活整定的起動值上升到輸入電壓，從而使電流以及初始轉(zhuǎn)矩最佳地與傳動裝置實際需要相適應(yīng)。在電動機進(jìn)入額定運行后，晶閘管就通過軟起動器中的旁路觸電而橋接，避免軟起動器在運行中對電網(wǎng)形成諧波污染，延長晶閘管壽命。

圖2

軟起動器運用到閥冷系統(tǒng)主泵運行中，主要是為了避免主泵在起動和停車時，水流沖擊管道，產(chǎn)生的水錘效應(yīng)。水錘效應(yīng)嚴(yán)重時可能引起內(nèi)冷水管道破裂，采用軟起動器起停的方式能完全消除水錘效應(yīng)，有效避免水錘效應(yīng)造成的影響，確保直流的正常運行。

3 典型故障分析

2011年7月13日廣州換流站閥冷系統(tǒng)定時切換主泵到主泵2運行時，因主泵2電機接線盒內(nèi)電源電纜B相熔斷，此時主泵2的電源空開跳開，主泵1仍然作為主運，將跳開的空開合上后并復(fù)歸按鈕，此時閥冷控制系統(tǒng)再次切換到主泵2運行，但因主泵2電源異常，建壓不成功后切換到主泵1，而此時主泵1因建壓時間過短，導(dǎo)致主泵1也未建壓成功，致使兩個主泵均未建壓成功，最終導(dǎo)致直流跳閘。

原因分析：本次閥冷故障導(dǎo)致直流跳閘的原因有三點，首先閥冷控制系統(tǒng)判定主泵電源是通過電源空開上的輔助節(jié)點，但電源回路出現(xiàn)斷路、失電等情況時，只要輔助節(jié)點合上，控制系統(tǒng)就認(rèn)為電源無異常；第二主泵因故障出現(xiàn)切換后，按復(fù)歸按鈕將出現(xiàn)主泵回切的情況，也是導(dǎo)致本次故障跳閘的一個原因；第三主泵建壓時間過短，使無故障的主泵不能在建壓時間內(nèi)將主水管壓力建立到規(guī)定值以上。

措施建議：針對以上故障共提出三個解決方案。

（1）天廣直流閥冷系統(tǒng)主水管壓力低于 4.6bar并延時 2s報主泵故障信號，將壓力值低告警值修改3.8bar，能避免本次故障中主泵建壓不成功的情況出現(xiàn)。

（2）將延時報主泵故障的延時增大，從2s修改為2.5s，能避免本次故障中主泵建壓不成功的情況出現(xiàn)。

（3）天廣直流閥冷系統(tǒng)主泵電機采用直接起動方式，建議在電源回路上增加軟起動器，一方面可避免主泵起停時產(chǎn)生的水錘效應(yīng)，另一面軟起動器能檢測電源回路存在缺相的情況。在以上的故障中，若電源回路中安裝了軟起動器，B相出現(xiàn)斷線后，電源空開因缺相跳開，同時軟起動器顯示屏上能查看到缺相的故障信息。維護(hù)人員能通過軟起動器提供信息進(jìn)行檢查處理。

前兩個解決方案通過修改定值的方法，解決了電源故障時切泵建壓不成功的問題，但同時可能存在其他影響，比如第一個方案將壓力低告警定值修改為3.8bar后，當(dāng)主泵壓力下降4.6bar時，不會出現(xiàn)壓力低告警信號，而此時閥塔頂部壓力差已接近3.0bar的壓力低跳閘值，增大了閥冷系統(tǒng)因閥塔頂部壓力差低跳閘的風(fēng)險。為規(guī)避這種潛在風(fēng)險的出現(xiàn)，建議采用第三種方法。主泵電源回路中采用軟起動器具有眾多優(yōu)點的同時，在安裝配置軟起動器時，需根據(jù)主泵等設(shè)備的運行工況，合理設(shè)置定值。目前興安直流閥冷系統(tǒng)主泵電機采用軟起動器起停的方式，以下為興仁換流站閥冷系統(tǒng)因軟起動器引起的一起異常情況。

2011年8月5日興仁換流站極2閥冷系統(tǒng)#1交流電源出現(xiàn)擾動，造成從主泵2切到主泵1，切換后主泵1出現(xiàn)故障信號，并再次回切到主泵2，興仁換流站主泵啟動時間較長，滿足主泵2啟動成功的條件，避免了直流閉鎖的出現(xiàn)。

原因分析：通過試驗表明，造成電源故障后，主泵切換不成功的原因為軟起動器存在初始化的時間。

圖3 ：電壓波形

從試驗的錄波（見上圖）可知，電源故障后，兩個主泵的電壓經(jīng)過 300ms的衰減后達(dá)到低電壓繼電器的動作值，低電壓繼電器動作后PLC接收到主運電源故障的信息，經(jīng)過100ms延時后，切換到備用電源上運行，切換后兩個主泵電壓迅速恢復(fù)正常。

從上圖錄波可知可知，電壓恢復(fù)正常的同時軟起動器起動，而電流恢復(fù)正常的時間相比晚了近250ms。軟起動器啟動后PLC認(rèn)為主泵已經(jīng)開始運行，而在這250ms內(nèi)因主泵沒有電流流過，主泵實際仍處于停止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)主泵電源回路開始有電流流過后，所剩余的建壓時間已經(jīng)不足以使壓力提升到4.8bar（壓力高于4.8bar則認(rèn)為主泵正常），從而導(dǎo)致主泵建壓不成功，最后出現(xiàn)主泵故障信號導(dǎo)致切泵。

軟起動器啟動250ms后才出現(xiàn)電流，其原因為主運電源故障后，兩個主泵的軟起動器均失電，在重新得電后軟起動器存在初始化的過程，因此造成這段時間回路上電流異常，當(dāng)軟起動器初始化完成后，主泵電源回路上才開始流過電流。

措施建議：軟啟動器構(gòu)成為電子電路，決定了失電后存在初始化時間這一特性。通過合理設(shè)置軟起動器起動時間能有效避免軟起動器失電初始化的影響。軟起動器起動時間的長短決定在什么時間內(nèi)電機電壓從所設(shè)置的起動電壓升高到電源電壓，從而影響電機的加速轉(zhuǎn)矩，通過增大電機的加速轉(zhuǎn)矩，使得主泵能在較短時間內(nèi)完成建壓過程。但若啟動時間過短，如圖所示，電機將出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)矩，較大的轉(zhuǎn)矩也可能引起較高的起動電流，若啟動電流過大，達(dá)到電流保護(hù)動作定值，軟起動器會通過內(nèi)部的過載保護(hù)功能自行切斷電源回路并進(jìn)入故障狀態(tài)，從而導(dǎo)致該主泵因過載保護(hù)動作退出運行。因此必須根據(jù)主泵等設(shè)備的特性，合理選擇起動時間，目前興仁站時間定值為2s，建議將定值修改為1.5s，縮短電機起動時達(dá)到額定電壓的時間，同時起動時提升電機的轉(zhuǎn)矩。

4 結(jié)束語

本文介紹了閥冷系統(tǒng)交流電源的基本構(gòu)架，并結(jié)合實際分析了運行中閥冷系統(tǒng)交流電源故障對直流正常運行的影響，針對性提出了改進(jìn)措施，對各種方法的利弊進(jìn)行了論證，綜合分析在主泵交流電源回路上設(shè)置軟起動器并合理配置相關(guān)參數(shù)能有效提升主泵運行的穩(wěn)定性，增強對主泵電源回路的監(jiān)控能力，提升直流的運行可靠性。