对超高压直流输电换流站的阀冷却系统故障的研究

苏远鹏

摘 要：在超高压直流输电换流站中，比较重要的辅助系统之一就是阀冷却系统，由于在直流输电换流站中的维护消缺工作量比较大，因此，辅助系统的运行情况直接影响着直流输电换流站主设备的安全运行。本次研究中超高压直流输电换流站的阀冷却系统的常见故障进行了研究，并提出了相应的改进措施，希望相关人士借鉴。

关键词：超高压；直流输电换流站；阀冷却系统；故障

随着社会经济的快速发展，部分地区已经实现了跨区联网，高压直流输电工程的数量也在逐年增多。但是就目前我国跨区电网直流输电系统的运行情况来看，其中依旧存在着一些安全方面的问题。随着西电东送工程的推进，南方电网的输送通道出现了八交九直的结构。有数据显示，截止到2011年，南方电网中的四4条直流输电系统由于阀冷却系统出现故障而导致线路发生直流闭锁的事件有22次之多，并且其中单级闭锁和双极闭锁分别为21次和1次，这样看来，对超高压直流输电换流站中的阀冷却系统故障进行处理迫在眉睫。

1、超高压直流输电换流站阀冷却系统的结构

在超高压直流输电换流站中，换流阀是保证其实现交直流转换最为核心的设备，一般情况下，换流阀的最高额定电流量为4500 A，当其在运行的过程中会产生非常大的热量，为了保护换流阀系统运行过程中电路中的晶闸管、电抗器等运行元件能正常工作，需要在电路中配置相应的阀冷却系统，使其对换流阀系统进行降温。这里的阀冷却系统包括阀内冷却系统和阀外冷却系统。前者为封闭的水循环系统，其主要的冷却介质为去离子水，通过去离子水不断的流动来带走热量，实现对运行中的换流阀系统降温；后者为开放式的水循环系统，又包括风冷和水冷，冷却塔对阀内冷系统的主水管道进行冷却来实现换流阀系统的整体降温。

2、超高压直流输电换流站阀冷却系统的常见故障

2.1主循环泵发生故障报警

某超高压直流输电换流站中使用的主循环泵采用AC800变频器对其进行控制，在2017年11月3日下午6点，将泵1切换到泵2后30 s系统发出警报，提示泵2出现故障，同时系统自动切换为泵1运行，警报停止。检修人员对其进行检修，发现变频上显示“SHORT CIRC（2340）”报警，泵1正常。然后对泵2电机的绝缘情况进行检查，结果正常，手动启动泵2并将其转速调整为280 r/min后，运行正常，但是在切换泵2时，变频器上快速的出现了“INV CURI，IM”报警信号。

工作人员对其进行故障排查：（1）内冷水主泵切换指令。此指令的组成方式有两种：正常切换。分为上级或者在异地下达的主泵切换指令，或者是正常切换的主泵脉冲；主泵故障自报警指令。这其中又包括主水流量低、主泵本体故障、变频器故障等报警指令，但是在排查此种故障时需要根据主泵切换的指令来进行。（2）内冷水主泵故障的信号路径。本站的冷水主泵每周切换一次，水冷控制保护系统所采用的是CCP，当泵出现转速过快、电源异常等问题时，均会由变频器发出故障信号，然后再将故障信号转至CCP，此时CCP就会发出Change P1或者Change P2的指令，當备用泵出现故障时，主泵则取法切换到备用泵。（3）内冷水主泵变频器故障信号的路径。一般情况下，主变频器故障所发出的故障信息有主主泵就地安全开关断开、变频器内保护装置过多。变频器内安全防护装置出现故障时，只能通过变频器板检查出来的具体报警信号，并且此信号也是通过CCP系统对主泵进行切换的。变频器常见的报警信息有过热、接地故障等。

2.2阀冷却系统发生漏水故障

某超高压直流输电换流站在2017年9月2号上午10：28，220kV 的LTI阀A相电抗器冷却水管出现脱落，导致系统发生直流闭锁故障。检修人员立即对其进行检修发现，电抗器小水管脱落后原金属接口处并没有出现严重的卡痕，即水管因为接头处不能卡紧而脱落。工作人员对其进行分析后发现其是由于长期运行中产生震动以及热胀冷缩导致水管内径发生膨胀，接头处越来越松，最终脱落导致漏水。而长期漏水导冷却水位下降，当膨胀水箱低于正常液位时，系统保护动作。

对于此种情况工作人员建议：（1）对漏水管的具体型号进行检查，并及时采购水管备件；（2）在检修的过程中，检修人员要按照顺序对阀塔各组件的水管接头进行检查，然后进行相应的静态加压试验，试验要按照相关的标准进行：将进阀LTI的压力调整为0.8 MPa，并持续30 min以上无渗水现象出现；将出阀ETT的压力调整为1.0 MPa，并持续10 min以上无渗水现象出现。

另外，换流阀内冷水系统漏水也是导致超高压直流输电系统停运的一个原因。其会导致膨胀水箱内的液位下降进而使输电系统停运。对此故障的原因进行分析，发现原因主要有：内冷水管道接触到了阀模件的金属构件，在阀塔的震动下，连接内冷水管道的保护套被振开，管道与金属构件发生摩擦，在阀塔的长期震动下，管道被磨损，导致出现渗漏；进水管均压电极阳极侧表面被水垢或者橡胶垫圈腐蚀，管道丧失了密封能力，导致出现了渗水或者漏水。

2.3阀冷却引发用电保护差动作

某超高压直流输电换流站在2018年4月12号上午10点，在进行常规直流单元主循环泵的切换试验，10：05分380/220kV站用电系统的10kV #4站用电保护差动作，甩开了原来10kV #4站用电所带负荷。

工作人员对其进行分析：（1）发生故障后，工作人员对10kV #4站进行了详细的检查，如测试了变压器直流电阻、短路阻抗、绝缘电阻、吸收比测量、变压比等，还进行了相应的交流耐压试验，结果发现结果均正常，提示变压器本体无故障。然后对二次电流的波形畸变进行了分析，结果发现10点05分06秒主泵启动时，本站低压侧直流分量突然增大了0.111A（22.69%），最大甚至超过了50%，这是由于外负荷所导致的产生了直流分量，使电路中的电流的波形出现了偏移，进而产生了电流差，系统中的比率差动动作。10kV #4站用电外负荷主要为保护动作时刻启动的主循环泵电机，而冷却系统的主循环泵在启动的过程中会产生直流分量，使使电路中的电流的波形出现了偏移，进而产生了电流差，系统中的比率差动动作。对于此，检修人员建议，要对常规阀冷系统主循环泵的主电源回路进行检查，对变频器的参数进行核查和设置，保证变频器能够正常动作。在对本站系统调试时，要对主循环泵的变频、工频等进行观察，在进行启动试验时，还应观察用电保护的情况。

3、结束语

总之，阀冷系统中各个结构之间都有着紧密的联系，任何一个环节出现故障后都会直接导致直流输电换流站系统出现异常，因此，在日常的检修中，工作人员要加强对阀冷却系统的巡查，发现问题，分析原因并及时解决，在提高自身技能的基础上，保证换流系统的正常运行。

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