特高压换流站阀冷系统隐患分析及整改措施

特高压换流站阀冷系统隐患分析及整改措施

刘传 李策

国网河南省电力公司直流运检分公司 河南郑州 450000

摘要：特高压换流站的阀冷系统对冷水温度、压力、流量以及储水液位等参数设置了保护配置，确保系统在故障的情况下能够实现跳闸保护。但是这些保护配置在实际应用中容易引发误跳闸，以下从技术层面分析了导致误跳闸的原因，并针对这些问题提出整改措施。

关键词：特高压换流站；阀冷系统；隐患分析；整改措施

引言：

特高压换流站阀冷系统具有降低阀组运行温度、故障跳闸保护等功能，而系统的保护配置功能在实际运行时容易出现误跳闸的情况。其主要原因在于保护配置功能设置不合理，对这些隐患加以整改能够显著提升阀冷系统的可靠性，减少故障率。

1. 换流站阀冷系统概述

1. 系统简介

特高压换流站的主要功能是实现交流电和直流电之间的有效转换，其核心设备为换流阀，该设备在运行过程中会因为电流通过而产生一定的热量，积聚到一定程度时将会使设备的运行温度上升到不安全的范围。换流站阀冷系统的作用就是利用其配套的控制功能来驱动内、外冷水系统，进而有效控制住换流阀的工作温度^[1]。按照功能可将其划分为三个组成部分。首先是内冷水系统，内冷水系统由主循环回路、补水回路以及其他一些配套回路共同构成单循环回路，冷水的循环流动可吸收换流阀运行时产生的热量。其次是外冷水系统，外冷水系统的主要作用是保障内冷水系统的冷水温度不超过限定值，其组成部分涵盖了外冷水池以及冷却塔等设施。最后是阀冷控制保护模块，内、外冷水系统在运行过程中必须借助自动化的监视和控制系统来实时地掌握各种设备、设施的运行状态，例如，涉及直流换流站停运的4个传感器（温度、流量、压力、液位）参数就是非常关键的控制指标，一旦其出现异常，将会严重影响换流阀的安全性，因此，在阀冷控制保护模块中要集成必要的监控功能。

2. 隐患分析

阀冷系统除了硬件设备故障或者损坏之类的问题，最需要提高警惕的管理内容为阀组的跳闸，阀冷控制保护系统具有实时监控各种运行参数的功能，当部分参数信息出现异常时，该控制保护系统会自动触发跳闸的操作，以保障硬件设备的安全性[2]。一瞬间的异常并不会引发阀组跳闸，在保护配置中将时间作为控制因素，当其持续时间达到一定长度之后才会触发跳闸。目前多数换流站阀冷系统重要传感器为3冗余配置，可编程控制器接收传感器信号。可编程控制器通过程序设置对收到的信号进行处理，一方面用作阀冷系统控制，如监测进阀温度达到设定值启动喷淋水泵、监测缓冲水池液位达到设定值停止工业补水泵。另一方面用作阀冷系统保护，如检测到膨胀罐液位达到安全阀值出口阀组跳闸、进阀温度达到超高值出口闭锁直流系统。详见表1。

表1.换流站阀冷系统控制保护分类

2. 隐患治理和整改措施

1. 保护系统重要传感器隐患及其整改

换流站阀冷却保护系统跳闸均采用三取二策略出口，即：三个传感器均正常时，采用三取二；当一台传感器故障两台可用时，采用二取一出口；当二台传感器故障时仅一台可用时，采用一取一出口^[3]。阀冷系统在运行过程中主要依靠传感器来监控水系统运行情况，传感器模拟量输出通过端子排，将信号分别传输给冗余的控制系统，传感器信号既给控制系统使用，又给保护系统使用。这样造成控制保护共用一套主机，主机故障造成相应控制功能与保护功能均不可用。建议将控制保护回路分开，阀冷系统配置相互独立的三套保护主机，各自接收传感器信号，每套保护系统可独立运行，不受其他系统影响，如图1。

图1 传感器测量值直接参与保护逻辑计算

2. 阀冷系统组网方式的隐患及其整改

三套保护主机通过以太网单链路连接与交换机形成环网，并通过交换机与控制主机通信（如图2）。B套处于A、C套通讯网络中间，若A、C套发生故障导致B套不可用，造成保护误动直流将闭锁。

图2 阀冷系统控制保护通讯网络架构

当某一个发生故障时，另一个依然正常工作，两个同时故障的概率一般是非常低的^[4]。但这样组网方式造成某种情况下一组重要传感器直接不可用，且交换机故障也会导致冗余功能丢失，也是引发误跳闸的潜在原因之一。建议在这种情况下优化阀冷控制保护组网方式，取消通过交换机通信，每个保护主机分别单独与控制主机通讯，并且为了防止新组网形成网络风暴，使用CP板卡进行物理隔离，形成新的阀冷系统控制保护通讯新网络架构，如图3。

图3 建议更改后的阀冷系统控制保护通讯新网络架构

（三）系统硬件隐患及其整改

首先是监控直流电源的回路故障及整改。采用冗余配置的回路控制系统对回路的配置方式具有特殊的要求，原则上两组回路应该各自拥有独立的电源，并且相互之间不能影响，不能因为其中一组故障而干扰另一组回路的正常运行，否则系统会误判，造成误跳闸的操作。其次，继电器故障及整改。阀冷系统中的很多关键设备在电源供应上采用了冗余配置（两路交流电），继电器的作用是从故障电源切换到备用电源。如果继电器存在故障，备用电源切换的功能就不能实现，系统将无法运行。整改方法为将监视交流电源的继电器取消，然后采用直流电源独立供电，并设置继电器，监视其运行。

3. 结束语

特高压换流站阀冷系统中设置有各种传感器，并且采用冗余设计的方式来提高温度监控、流量压力监控、液位监控的可靠性。在具体运行时可能会出现误跳闸的故障，具体和传感器的配置方式、控制保护模块的逻辑、通讯组网方式具有密切的联系，并且整改这些隐患时要优化逻辑判断。

参考文献

[1]江龙,景兆杰,蔡常群,等.特高压直流输电换流站阀冷系统进阀温度波动问题分析及解决方案[J].自动化应用,2018,000(009):24-25.

[2]闫俊,周策,杜丽华.特高压换流站阀冷却系统优化设计[J].山西电力,2019, No.216(03):14-18.

[3]阮海健.直流输电技术中三取二策略的实际应用与分析[J].机电信息,2020,(26):92-93.

[4]毛志平,武剑利,蒋久松,等.特高压直流阀水冷系统隐患深度排查及防范措施研究[J].湖南电力,2017,37(004):21-23.