一起特高壓換流站閥冷系統(tǒng)補(bǔ)水故障處理與分析

劉禾雨, 姚進(jìn)波

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司超高壓分公司, 江蘇 南京 210000)

0 引言

近年來(lái)，特高壓輸電技術(shù)成為我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的新風(fēng)向標(biāo)。特別是直流輸電技術(shù)，由于其低造價(jià)、低線損的優(yōu)勢(shì)，在遠(yuǎn)距離輸電中表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益[1-4]。然而我國(guó)的供配電網(wǎng)絡(luò)均為交流電網(wǎng)，引入直流輸電工程必然在送端和受端換流站進(jìn)行換流過(guò)程[5]。換流過(guò)程主要依靠換流閥進(jìn)行，其內(nèi)部的可控硅元件在換相過(guò)程中會(huì)高頻地開(kāi)通和關(guān)斷，從而發(fā)出大量的熱量。要維持換流閥的正常運(yùn)行，穩(wěn)定可靠的閥冷卻技術(shù)是必不可少的[6-8]。

我國(guó)閥冷卻技術(shù)主要依靠水冷技術(shù)，水冷技術(shù)對(duì)水量、水壓、水質(zhì)等多方面參數(shù)均有嚴(yán)苛的要求[9]。尤其是為了及時(shí)補(bǔ)充因大量散熱蒸發(fā)引起的水量損失，在換流站中會(huì)設(shè)計(jì)緩沖水池進(jìn)行儲(chǔ)水[10]。因此是否能及時(shí)地對(duì)緩沖水池進(jìn)行補(bǔ)水將會(huì)直接影響直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行[11-13]。

1 設(shè)備概述

蘇州換流站共有四個(gè)閥組，每個(gè)閥組各設(shè)置一套獨(dú)立的閥冷補(bǔ)水系統(tǒng)，參照高瀾閥冷技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計(jì)，其流程圖如圖1所示：工業(yè)水池是閥冷系統(tǒng)的“儲(chǔ)水庫(kù)”，共設(shè)置三臺(tái)工業(yè)水泵(a、b、c)從工業(yè)水池抽水，平時(shí)只啟動(dòng)一臺(tái)，其余兩臺(tái)作為冗余備用；為了保證進(jìn)入閥冷系統(tǒng)的水質(zhì)要求，在工業(yè)水泵與閥冷系統(tǒng)中間設(shè)置了砂濾過(guò)濾器和活性碳濾過(guò)濾器，兩過(guò)濾器進(jìn)出水口均有電動(dòng)閥門(mén)控制。此外為了防止過(guò)濾器故障的情況，在工業(yè)水泵出口還設(shè)置了旁路閥，可直接向閥冷系統(tǒng)供水；隨著過(guò)濾器長(zhǎng)期工作其內(nèi)部濾層中會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)，需要定期沖洗，因此兩個(gè)過(guò)濾器均設(shè)置了反沖洗流程。來(lái)自反洗水泵中的反洗水由進(jìn)水閥進(jìn)入兩個(gè)過(guò)濾器，沖洗完成后經(jīng)各自出水閥排放至室外雨水下水道中。

2 故障現(xiàn)象及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理

2021年11月9日03時(shí)41分，蘇州站監(jiān)控后臺(tái)報(bào)“極2高—系統(tǒng)反沖洗請(qǐng)求”信號(hào)，同時(shí)極2高端砂濾過(guò)濾器與碳濾過(guò)濾器的進(jìn)、出水閥關(guān)閉。此時(shí)極2高緩沖水池液位72.3%，尚未達(dá)到工業(yè)水泵的啟動(dòng)定值(50%)；2021年11月10日03時(shí)54分，蘇州站監(jiān)控后臺(tái)報(bào)“極2高緩沖水池液位低”告警，后臺(tái)查看緩沖水池液位已降至40%，低于工業(yè)水泵啟動(dòng)定值，但工業(yè)水泵未自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水。

2021年11月10日04時(shí)01分，蘇州站運(yùn)維人員到達(dá)工業(yè)水泵PLC控制柜并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)極2高閥冷補(bǔ)水系統(tǒng)砂濾與碳濾進(jìn)、出水閥，反洗進(jìn)、出水閥與旁路閥共9個(gè)閥門(mén)均處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)三臺(tái)工業(yè)水泵均未運(yùn)行，無(wú)法對(duì)閥冷系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水。運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開(kāi)啟旁路閥后，在工業(yè)水泵PLC控制柜上以“就地”“手動(dòng)”方式啟動(dòng)b泵，閥冷補(bǔ)水正常進(jìn)行，緩沖水池液位逐漸升高至正常定值范圍內(nèi)(50%～80%)。

3 故障原因

正常情況下，反洗流程的啟動(dòng)取決于過(guò)濾器進(jìn)出口壓差表示數(shù)，反洗啟動(dòng)定值為20 kPa。故障發(fā)生前過(guò)濾器進(jìn)出口壓差由于內(nèi)部雜質(zhì)積累滿足反洗啟動(dòng)定值，因此控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)反洗流程。

此次故障的起因在于反洗流程中反洗進(jìn)、出水閥未按照預(yù)定設(shè)計(jì)打開(kāi)，導(dǎo)致反洗水回路不通無(wú)法進(jìn)行，PLC程序卡在反洗流程中無(wú)法退出。當(dāng)閥冷系統(tǒng)需要補(bǔ)水時(shí)，PLC程序仍處于反洗流程中無(wú)法響應(yīng)，導(dǎo)致閥冷補(bǔ)水未自動(dòng)運(yùn)行。

4 缺陷處理及后期改進(jìn)措施

4.1 聯(lián)系高瀾廠家，檢查反洗閥門(mén)拒動(dòng)原因

造成反洗閥門(mén)拒動(dòng)的直接原因可分為兩種情況：第一種為程序設(shè)計(jì)問(wèn)題，即PLC反洗程序有誤，導(dǎo)致閥門(mén)開(kāi)啟命令沒(méi)有傳遞至閥門(mén)電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；第二種為啟動(dòng)邏輯問(wèn)題，過(guò)濾器內(nèi)雜質(zhì)的堆積會(huì)使其進(jìn)出口壓差增大，因此反洗流程的啟動(dòng)需要參照過(guò)濾器進(jìn)出口壓差表示數(shù)。蘇州站設(shè)定當(dāng)過(guò)濾器進(jìn)出口壓差大于20 kPa時(shí)啟動(dòng)反洗流程，而工業(yè)水補(bǔ)水與反洗過(guò)程無(wú)法同時(shí)進(jìn)行，若反洗啟動(dòng)時(shí)恰好處于工業(yè)水補(bǔ)水階段，則存在邏輯沖突的隱患，需要進(jìn)行技術(shù)改造。

4.2 檢查過(guò)濾器進(jìn)出口壓差表工作情況，修改反洗啟動(dòng)定值

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，過(guò)濾器壓差表示數(shù)一直處于略高于20 kPa的位置，超過(guò)了反洗啟動(dòng)定值，而反洗過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行導(dǎo)致過(guò)濾器壓差無(wú)法降低，因此反洗命令一直存在。當(dāng)閥冷系統(tǒng)緩沖水池液位下降至補(bǔ)水啟動(dòng)定值(50%)時(shí)，補(bǔ)水進(jìn)程和反洗進(jìn)程發(fā)生沖突，使補(bǔ)水進(jìn)程無(wú)法進(jìn)行，因此緩沖水池液位繼續(xù)下降至40%，引發(fā)監(jiān)控后臺(tái)告警。后期備品到貨后應(yīng)及時(shí)更換該壓差表計(jì)，觀察壓差示數(shù)是否恢復(fù)正常。在此之前可臨時(shí)增大反洗啟動(dòng)壓差定值，使反洗命令消除，暫時(shí)避免補(bǔ)水進(jìn)程與反洗進(jìn)程沖突的情況發(fā)生。

4.3 對(duì)閥冷系統(tǒng)和工業(yè)水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)技術(shù)整合

目前蘇州換流站閥冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)引入了晶銳閥冷技術(shù)路線，而工業(yè)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)則以高瀾閥冷技術(shù)路線為參考。閥冷補(bǔ)水系統(tǒng)屬于高瀾技術(shù)的工業(yè)水系統(tǒng)，而緩沖水池則屬于晶銳技術(shù)的閥冷系統(tǒng)。由于技術(shù)路線不同，在程序設(shè)計(jì)時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)是獨(dú)立進(jìn)行的，因此整體的技術(shù)配合難免出現(xiàn)問(wèn)題。建議后期尋找停電檢修機(jī)會(huì)，對(duì)閥冷系統(tǒng)和工業(yè)水系統(tǒng)進(jìn)行整合，統(tǒng)一采取一種技術(shù)路線，消除技術(shù)配合問(wèn)題隱患。

5 結(jié)論

閥冷系統(tǒng)是特高壓換流站中重要的輔助系統(tǒng)。雖然與一次或二次帶電設(shè)備沒(méi)有直接聯(lián)系，但其穩(wěn)定可靠的運(yùn)行是直流輸電工程的保障[14]。本文對(duì)蘇州換流站發(fā)生的一起閥冷補(bǔ)水系統(tǒng)故障進(jìn)行了介紹，分析了故障原因并提出了處理措施建議。案例具有一定的典型性，為國(guó)內(nèi)直流輸電工程提供了相關(guān)設(shè)備的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。