某特高壓換流站閥冷系統(tǒng)主循環(huán)泵利用率提升分析

顧先濤, 郭興旺, 田 杰, 周 正, 宋麒慧

(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 安徽 合肥 230601；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

換流閥冷卻系統(tǒng)是換流站最重要的設(shè)備之一，作為閥冷卻系統(tǒng)核心組成部分的主循環(huán)泵(以下簡(jiǎn)稱(chēng)主泵)，其主要作用是提供用于散熱的水循環(huán)動(dòng)力。閥冷設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)是直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提[1]。2019年國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)換流站因閥水冷故障導(dǎo)致直流強(qiáng)迫停運(yùn)1次，占2019年國(guó)家電網(wǎng)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)網(wǎng)公司)換流站設(shè)備故障導(dǎo)致強(qiáng)迫停運(yùn)總數(shù)(15次)的6.7%[2]。強(qiáng)迫停運(yùn)情況為2019年2年17日南橋站極1泵1的上級(jí)380 V電源開(kāi)關(guān)故障，且極1泵2動(dòng)力電源柜內(nèi)軟啟動(dòng)器高壓板故障，最終雙泵停運(yùn)導(dǎo)致直流閉鎖[3]。2019年因閥冷系統(tǒng)故障導(dǎo)致?lián)Q流站臨時(shí)停運(yùn)4次，占2019年國(guó)網(wǎng)公司換流站設(shè)備故障導(dǎo)致臨時(shí)停運(yùn)總數(shù)(46次)的8.7%，與去年同期持平[4]。

文章分析了某特高壓換流站閥冷系統(tǒng)因?yàn)镋1.P01主泵旁路接觸器控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，進(jìn)而閥水冷控制系統(tǒng)自動(dòng)切換至E1.P02主泵運(yùn)行，導(dǎo)致主泵在切換過(guò)程中報(bào)進(jìn)閥壓力低告警的典型故障，進(jìn)行了原因查找及并提出了應(yīng)對(duì)措施，對(duì)其他換流站閥冷系統(tǒng)類(lèi)似故障具有一定參考意義。

1 閥水冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

閥水冷系統(tǒng)包括內(nèi)水冷系統(tǒng)和外水冷系統(tǒng)兩部分。內(nèi)水冷系統(tǒng)主要包含兩個(gè)模塊，分別為主循環(huán)回路和水處理回路；外水冷系統(tǒng)主要包括噴淋降溫系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)以及過(guò)濾系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)等。閥冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 閥冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

主循環(huán)回路實(shí)現(xiàn)對(duì)換流閥的持續(xù)冷卻，冷卻水在閥塔內(nèi)吸收可控硅換流閥的熱量后溫度將上升，升溫后的熱水由主泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入室外閉式冷卻塔內(nèi)的換熱盤(pán)管，噴淋泵從水池中抽水后均勻噴灑到冷卻塔內(nèi)的換熱盤(pán)管表面，噴淋水吸熱后由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)(水蒸汽)，再通過(guò)風(fēng)機(jī)排至大氣。水在相變過(guò)程中將吸收大量的熱量，因此，換熱盤(pán)管內(nèi)的冷卻水將得到冷卻，降溫后的冷卻水由主泵再送回至換流閥，如此周而復(fù)始地循環(huán)。

2 基于閥冷系統(tǒng)進(jìn)閥壓力低的分析

2.1 事件概述

2021年10月26日，某換流站運(yùn)行人員工作站(Operator Workstation，簡(jiǎn)稱(chēng)OWS)報(bào)極2高閥冷系統(tǒng)E1.P01主泵旁路接觸器控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，閥水冷控制系統(tǒng)自動(dòng)切換至E1.P02主泵運(yùn)行，主泵在切換過(guò)程中報(bào)進(jìn)閥壓力低告警，未出現(xiàn)主水流量低告警，換流閥組未出現(xiàn)異常。

2.2 進(jìn)閥壓力低原因檢查及研究分析

2.2.1 閥水冷系統(tǒng)主泵配置及控制邏輯

某換流站單閥組配置兩臺(tái)閥冷主泵，正常情況下為一用一備模式運(yùn)行，間隔168小時(shí)自動(dòng)進(jìn)行切換。兩臺(tái)主泵上級(jí)電源分別來(lái)自?xún)陕?00 V母線，主泵正常情況下由軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，2秒后軟啟動(dòng)器將主泵拖動(dòng)至工頻運(yùn)行速度，隨后旁路接觸器閉合，工頻回路與軟起回路共同拖動(dòng)主泵運(yùn)行，10秒后軟啟動(dòng)器回路接觸器打開(kāi)，主泵轉(zhuǎn)為工頻旁路長(zhǎng)期運(yùn)行，如圖2所示。當(dāng)運(yùn)行中的主泵發(fā)生故障或出現(xiàn)主水流量低且進(jìn)閥壓力低時(shí)，主泵將自動(dòng)進(jìn)行切換。

圖2 主泵電源配置圖

2.2.2 故障檢查及分析

故障發(fā)生后經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，極2高閥水冷動(dòng)力柜上P01主泵旁路控制開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，開(kāi)關(guān)和接觸器均未發(fā)現(xiàn)電源端子燒蝕、發(fā)熱和輔助接點(diǎn)模塊脫落等異常情況。主泵旁路接觸器控制回路圖如圖3所示。

圖3 主泵旁路接觸器控制回路圖

圖3中，KA309、KB309分別為閥冷A、B系統(tǒng)啟動(dòng)旁路的輸出接點(diǎn)，3KM2為旁路接觸器的動(dòng)作線圈。系統(tǒng)啟動(dòng)旁路控制回路(即圖3所示回路)時(shí)，閉合該回路中的接點(diǎn)KA309和KB309，使接觸器線圈3KM2帶電，驅(qū)動(dòng)主泵動(dòng)力回路(如圖4所示)上的輔助觸點(diǎn)3KM2導(dǎo)通。

圖4 主泵動(dòng)力回路工作原理示意圖

用萬(wàn)用表測(cè)得控制回路電源開(kāi)關(guān)3QF2的上口1、3端子間電壓220 V；下口2、4端子間電阻為13 MΩ，下口2、4端子、圖3中23、24端子對(duì)地電阻為無(wú)窮大，接觸器線圈3KM2的A1與A2端子間電阻為1.4 Ω，說(shuō)明主泵旁路控制回路進(jìn)線電壓正常，絕緣正常，接觸器線圈電阻過(guò)小。

為了比對(duì)，在極II低端閥冷不運(yùn)行的P01主泵的旁路控制回路接觸器線圈上量?jī)啥穗娮?，測(cè)得值為0.6 MΩ。初步判斷極2高閥冷P01主泵的旁路接觸器線圈3KM2燒毀。當(dāng)控制回路電源開(kāi)關(guān)3QF2送上，A或B閥冷系統(tǒng)啟動(dòng)旁路的輸出接點(diǎn)(即KA309和KB309)閉合時(shí)，因回路整體阻抗較小，將產(chǎn)生較大的電流將控制回路電源開(kāi)關(guān)3QF2跳開(kāi)。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一次切泵試運(yùn)行，擬將現(xiàn)運(yùn)行的P02主泵切至P01主泵。合上極2高閥冷動(dòng)力柜上P01主泵的旁路控制回路電源開(kāi)關(guān)3QF2，無(wú)異常。運(yùn)行人員在OWS后臺(tái)操作，將P02主泵切換至P01主泵，在切換指令下達(dá)后，P01主泵由軟啟動(dòng)回路轉(zhuǎn)至工頻旁路時(shí)，控制回路電源開(kāi)關(guān)3QF2再次跳開(kāi)，系統(tǒng)馬上回切至P02主泵運(yùn)行。

通過(guò)上述檢查研究分析可以判斷本次故障主要原因?yàn)闃O2高閥冷系統(tǒng)P01主泵的旁路接觸器線圈故障，導(dǎo)致工頻旁路不可用。

3 故障處理措施及優(yōu)化建議

3.1 處理措施

在當(dāng)前狀態(tài)下，P01主泵旁路已為不可用狀態(tài)，根據(jù)主泵旁路運(yùn)行時(shí)故障切換邏輯：若出現(xiàn)P02主泵旁路接觸器故障，則會(huì)切至P01軟啟回路長(zhǎng)期運(yùn)行，若以后P01主泵軟啟回路故障，則會(huì)切至P02主泵軟啟回路長(zhǎng)期運(yùn)行。

簡(jiǎn)而言之，目前極2高閥內(nèi)冷主泵仍存在三條可用回路，順序依次為：P02主泵旁路→P01主泵軟啟回路→P02主泵軟起回路，總體可靠性為75%。因接觸器線圈與接觸器本體組合在一起，線圈無(wú)法單獨(dú)更換，若在閥組帶電運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)P01主泵旁路接觸器整體進(jìn)行更換，則需要拉開(kāi)P01主泵軟啟回路進(jìn)線開(kāi)關(guān)和旁路進(jìn)線開(kāi)關(guān)，即P01主泵不可用。為避免一臺(tái)主泵檢修的同時(shí)另一臺(tái)主泵故障造成閥組閉鎖的風(fēng)險(xiǎn)，因此必須在極1高閥組停電檢修期間才可對(duì)P01主泵旁路接觸器進(jìn)行更換。

若需進(jìn)行不停電處理，則可以按以下方式進(jìn)行：

(1)不拉開(kāi)P01主泵軟啟回路進(jìn)線開(kāi)關(guān)3QF1。此時(shí)P01主泵仍具體軟啟功能，一旦極2高閥冷系統(tǒng)由P02主泵切至P01軟啟回路運(yùn)行，則KM2旁路接觸器下口帶電，因此需做好下口帶電防止人身觸電，以及交流相間短路、對(duì)地短路的安全措施。若此時(shí)發(fā)生交流相間短路、對(duì)地短路后，系統(tǒng)會(huì)切至P02主泵的軟啟回路，而現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)空間狹小，銅排粗硬，短路的火花和弧光可能會(huì)造成人身傷亡。

(2)拉開(kāi)P01主泵軟啟回路進(jìn)線開(kāi)關(guān)3QF1。此時(shí)極2高閥冷系統(tǒng)為單泵運(yùn)行，運(yùn)行的P02只要故障，則導(dǎo)致極2高直流系統(tǒng)閉鎖。作業(yè)相對(duì)安全，無(wú)人身觸電和交流短路風(fēng)險(xiǎn)，但會(huì)有直流系統(tǒng)閉鎖的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 優(yōu)化建議

極高2端閥冷系統(tǒng)P01主泵旁路接觸器本體故障，其型號(hào)為西門(mén)子3RT1075，本次故障的接觸器型號(hào)為西門(mén)子3RT1076。

文章建議再次更換備件時(shí)考慮其他廠家或者系列性能較好的接觸器，并可考慮在主泵旁路接觸器和軟啟接觸器后端各增加一個(gè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)某個(gè)接觸器故障需要更換時(shí)，可拉開(kāi)接觸器前后開(kāi)關(guān)對(duì)其實(shí)現(xiàn)隔離，主泵仍保留三條可用回路，可大幅提升閥組運(yùn)行可靠性。

4 總結(jié)

閥冷系統(tǒng)作為換流站重要的輔助設(shè)備，是保證吉泉直流輸電工程穩(wěn)定運(yùn)行的前提。文章通過(guò)對(duì)閥冷系統(tǒng)主泵接觸器故障的研究分析，檢查發(fā)現(xiàn)了故障點(diǎn)并提出對(duì)故障點(diǎn)的處理措施及優(yōu)化方案，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證和應(yīng)用，及時(shí)消除了閥冷系統(tǒng)隱患，保證吉泉直流輸電工程的穩(wěn)定運(yùn)行。該典型閥冷系統(tǒng)設(shè)備故障的研究分析思路可用于指導(dǎo)直流工程換流站閥冷系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)及類(lèi)似的故障處理中。