直流工程閥冷系統(tǒng)滲漏邏輯缺陷分析及優(yōu)化

李陽

（中國南方電網(wǎng)有限公司超高壓輸電公司大理局，云南 大理 671000）

0 前言

某直流輸電工程是首條云南省送廣西省±500 kV特高壓直流輸電工程，它的滿負荷輸電量可達3 200 MW，起點位于云南省麗江市金官換流站，終點位于廣西柳州桂中換流站[1]。

閥冷系統(tǒng)是換流站換流閥系統(tǒng)重要部分，主要實現(xiàn)對閥塔上各元器件進行冷卻，保證換流閥運行溫度在正常范圍內(nèi)，因此要求閥冷系統(tǒng)具有極高的可靠性。閥冷系統(tǒng)內(nèi)冷水分為滲漏和泄漏兩種。泄漏投跳閘，滲漏投報警。滲漏報警信號有利于運檢人員快速發(fā)現(xiàn)閥冷系統(tǒng)輕微漏水，幫助運檢人員發(fā)現(xiàn)故障并及時處理，避免閥冷水系統(tǒng)發(fā)生泄漏，造成直流閉鎖，大大提高了閥冷系統(tǒng)可靠性，保證金中直流工程安全穩(wěn)定運行[2-3]。

1 事件概況

圖1 極1閥冷滲漏報警相關(guān)參數(shù)曲線

2017年05月13日03時10分24秒，金官換流站雙極大地運行，雙極功率1 000 MW，極2 CCP系統(tǒng)報“閥冷系統(tǒng)滲漏出現(xiàn)”。2017年05月12日03時32分13秒，極2 CCP系統(tǒng)報“閥冷系統(tǒng)滲漏消失”，持續(xù)時間21分49秒，報警前6小時內(nèi)極2膨脹罐液位、進閥溫度、室外溫度、極2功率變化曲線如圖2所示，曲線變化趨勢同極1。

圖2 極2閥冷滲漏報警相關(guān)參數(shù)曲線

2 相關(guān)裝置介紹

2.1 換流站控制系統(tǒng)介紹

換流站閥冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)為采用西門子S7-400H系列PLC實現(xiàn)閥冷系統(tǒng)控制。控制系統(tǒng)內(nèi)CPU、I/O模塊、IM通訊板、DP模塊均采用冗余配置。通過電源模塊給控制系統(tǒng)內(nèi)各個模塊供電，中央處理器CPU主要對輸入輸出進行判斷、邏輯功能控制和自診斷等，輸入輸出I/O模塊將模擬量和開關(guān)量輸入或從中央處理單元輸出，并行通信模塊IM模塊用來實現(xiàn)A/B單元間的數(shù)據(jù)交換和實時同步，DP模塊實現(xiàn)與南瑞上位機進行數(shù)據(jù)傳輸及通信。金官換流站控制系統(tǒng)設(shè)計圖如圖3所示。

圖3 金官換流站閥冷系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計圖

2.2 膨脹罐液位測量原理介紹

換流站的閥冷系統(tǒng)中膨脹罐裝設(shè)兩套Liquicap M FMI51電容式液位傳感器和一套帶遠傳功能的磁翻板液位傳感器，構(gòu)成三冗余配置，實現(xiàn)對膨脹罐內(nèi)水位連續(xù)物理測量。

電容器液位傳感器測量原理為：液位采用3取2的方式進行膨脹罐液位檢測，DC24 V供電方式，液位傳感器將計算數(shù)據(jù)通過4-20 mA電流傳輸?shù)姆绞剿腿?1、#2控制單元柜AI模塊內(nèi)，數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC處理后，顯示在控制屏上。

膨脹罐液位變化隨進閥溫度變化而變化，金官換流站總水容量約為V=26 122 L，最低運行溫度為T1=10 ℃（可視為膨脹罐最低液位），最高運行溫度為T2=58 ℃（可視為膨脹罐最高液位），則最大體積變化為：

其中：α為校正系數(shù)

傳統(tǒng)SVM隨機生成參數(shù)值，分類精度存在不穩(wěn)定因素。遺傳算法(GA)具有較強的尋優(yōu)能力。本文采用GA來優(yōu)化SVM參數(shù)選擇，具體算法步驟如下[11]：

根據(jù)理想氣體克拉伯龍方程有PV= nRT，設(shè)定正常運行時溫度為35 ℃，膨脹罐內(nèi)液位為 1 000 mm，此時氮氣壓力設(shè)定為 2.0 bar，膨脹罐罐體直徑為600 mm，直段長度為2 000 mm，膨脹罐截面積為0.283 m2，共設(shè)2個膨脹罐則：

當膨脹罐溫度為10℃時：

則每個的體積變化為：391.83/2= 195.91 L，則10℃時膨脹罐液位下降約為692 mm，膨脹罐液位為308 mm，此時膨脹罐內(nèi)壓力為：

此時早已達到氮氣補氣定值，因此為膨脹罐最低液位。

當膨脹罐溫度為53℃時：

則每個體積變化為：282.12/2=141.06 L，54℃時膨脹罐液位上升了498.45 mm，膨脹罐液位為1 498 mm。通過計算此時早已達到氮氣排氣定值，因此為膨脹罐最高液位。

因此，通過上述計算可以得出膨脹罐液位隨溫度變化1℃，液位變化約24 mm，根據(jù)金官換流站閥冷系統(tǒng)的運行情況，由于氮氣壓力值會對膨脹罐液位造成影響，實際運行時溫度每變化1℃，液位變化約10 mm左右，圖4給出了膨脹罐液位隨溫度變化簡圖。

圖4 膨脹罐液位與溫度變化簡圖

2.3 閥冷6小時滲漏邏輯原理介紹

閥冷控制系統(tǒng)滲漏根據(jù)膨脹罐液位進行滲漏計算，滲漏保護僅投報警。金官換流站閥冷系統(tǒng)滲漏掃描周期為1小時，掃描總時長為6小時。定值設(shè)置為6小時下降26 mm（即每小時=26/6≈4.333 mm），每間隔1小時檢測到膨脹罐液位下降值大于滲漏報警定值4.333 mm：

1）若連續(xù)產(chǎn)生6次，則產(chǎn)生滲漏報警。

2）若中間某次不滿足滲漏報警定值，則重新計時、計數(shù)。

閥冷系統(tǒng)滲漏掃描周期，如圖5所示。

圖5 閥冷滲漏判斷周期原理

當由內(nèi)冷水進閥溫度變化過大、主循環(huán)泵啟動、冷卻風機運行數(shù)量變化、噴淋泵運行數(shù)量變化等情況引起的液位變化時，控制系統(tǒng)對滲漏報警進行自動復(fù)歸。

金官換流站滲漏邏輯，如圖6所示。

圖6 閥冷滲漏判斷邏輯

內(nèi)冷水溫度劇烈變化屏蔽滲漏邏輯為：當30 s內(nèi)溫度連續(xù)變化 1 ℃時，即 30 s液位變化大于10 mm時屏蔽滲漏報警，程序如下圖[4]：

圖7 溫度變化劇烈屏蔽程序塊

3 滲漏報警原因分析

以極2曲線為例分析：金官換流站膨脹罐液位高度為1 700 mm，根據(jù)圖8膨脹罐液位錄波曲線及滲漏報警事件記錄可推出極2從前一天21：32開始的連續(xù)6小時中，每隔1小時膨脹罐液位實時下降值約為：1.3 %，1.13 %，0.47 %，0.37 %，0.36 %，0.31 %，換算為膨脹罐液位下降高度為：22.1 mm，19.21 mm，7.99 mm，6.29 mm，6.12 mm，5.27 mm。極 2 該液位下降值連續(xù)6次，每次均大于定值4.33 mm，達到滲漏報警液位判據(jù)。

圖8 極1報警前6小時膨脹罐液位

結(jié)合圖8中膨脹罐液位變化時間點，可分析出進閥溫度在相應(yīng)時間段變化情況。從圖9可知，從前一天21：32開始的連續(xù)6小時中，但每間隔1小時的溫度下降值分別約為：0.70℃；1.10 ℃；0.80 ℃；0.60 ℃；0.60 ℃；0.60 ℃，連續(xù)6小時進閥溫度下降，雖然6小時總下降量約為4 ℃，但溫度波動幅度遠遠達不到目前滲漏邏輯中30 s時間內(nèi)進閥溫度下降超過1 ℃的屏蔽滲漏報警條件，因而產(chǎn)生報警。

進閥溫度錄波曲線分析如下：

圖9 極1報警前6小時膨脹罐液位與溫度變化

根據(jù)上圖曲線可以看出，滲漏報警產(chǎn)生后，此時進閥溫度繼續(xù)降低，達到風機停止條件，此時風機投入數(shù)量發(fā)生變化，因此滲漏報警消失。

4 優(yōu)化措施

為了防止因環(huán)境溫度、功率波動等因素導(dǎo)致進閥溫度的劇烈波動，需對現(xiàn)有屏滲漏條件進行升級優(yōu)化[6]。

1）根據(jù)圖9曲線進閥溫度在相應(yīng)時間段變化情況，功率連續(xù)下降時每小時內(nèi)溫度均變化均大于0.6 ℃，建議將滲漏條件更改為：每小時進閥溫度波動值大于0.5 ℃（暫定），則對屏蔽滲漏報警。根據(jù)上述計算，當溫度變化0.5℃時，此時液位雖然變化約為5 mm，大于報警4.33 mm，程序可有效屏蔽滲漏報警。

2）建議新升級的程序在新HMI增加“滲漏報警屏蔽溫度值”，實現(xiàn)屏蔽溫度定值方便更改，以滿足后續(xù)運行復(fù)雜的降功率工況模式及環(huán)境溫度變化造成的滲漏報警。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過以上分析應(yīng)對現(xiàn)有程序進行升級，增加每小時進閥溫度波動值大于0.5 ℃（暫定），則對屏蔽滲漏報警程序塊。避免由于功率升降、外界溫度變化而造成進閥溫度變化，影響膨脹罐液位而產(chǎn)生的誤報警。