高压直流换流阀冷却水系统优化措施分析

殷凤雅 毛冰玉

摘要：高压直流换流阀冷却水系统的优化对于我国高压直流输电发展具有重要的意义。因此，对高压换流站直流换流阀冷却水处理优化技术研究很有必要。本文对阀冷却水系统隐患进行排查，并提出相应的改进措施，对换流阀的安全稳定运行将具有深远意义。

关键词：高压直流输电;换流阀;冷却水系统

1阀冷却水系统的分析

阀冷却水系统由阀外冷水系统和阀内冷水系统构成，阀内冷水系统负责将阀组件产生的的热量排放到阀厅外，保证换流阀组件晶闸管在可控的温度范围内运行，然后阀外冷水系统又将内冷水系统的热量带走，排放到大气环境中，保证内冷水系统具有持续的冷却能力。换流阀内、外冷水系统的协同运行，可以使换流阀组件内部冷却持续进行，并满足元器件结温要求，进而保证系统整体运行稳定性、安全性。阀内冷水系统是一个封闭的循环系统由三个主要回路构成：主水回路、稳压回路和水处理回路。图1为阀内冷水系统流程图。主水回路由主循环泵、脱气罐、管道等构成;稳压回路由氮气瓶、膨胀罐构成;水处理回路由离子交换树脂、补水泵等构成。主水回路连接换流阀和阀外冷水系统换热器，将热量源源不断地排出换流阀;水处理回路持续地对主水回路的一小部分水进行处理，除去水中杂质并且对补水进行处理，保证主水回路内冷水持续、稳定的质量;稳压回路用于缓冲系统水容积变化、隔绝空气和保持压力恒定等。

阀外冷水系统目前在用的主要有闭式冷却塔冷却、风冷冷却两种方法。在西部寒冷缺水地区，风冷方式应用较为广泛，利用多组风机，可以吹冷风至换热盘管外表面，对换热盘管内的内冷水进行散热冷却。闭式冷却塔冷却主要是利用外冷水喷淋至内部换热盘管，并结合风机将蒸发的热量带走，从而对换热盘管中内冷水进行降温散热。

2高压直流换流阀冷却水系统故障与优化措施

2.1外冷水系统缺陷及优化

2.1.1故障分析

外冷水系统故障会使内冷水温度升高，直接影响换流阀稳定运行，进而导致出现跳闸事故，如暴雨、排水泵故障导致喷淋泵坑水淹事故出现;站用电电源丢失、电源切换失败导致阀冷系统整体失电;外冷水水质过硬，使冷却塔内盘管结垢、冷却塔生藻等，导致冷却效率降低。

2.1.2优化措施

针对喷淋泵坑水淹事故，需要做好预防工作，密切关注换流站附近的天气状况，并结合情况加强巡视周期，及时对排水泵进行检查、试运行，并结合情况增加排水泵冗余度，确保排水泵运行正常，同时在泵坑单独加装液位计，并将液位告警信号、排水泵运行信号上送至监控系统，加强远程监视，以避免泵坑被淹现象。针对站用电源故障情况，需有效增加站内电源供电冗余度，并加强备自投与阀冷系统配合试验，确保在站用电源切换、备自投动作期间，阀冷系统仍可稳定运行。针对外冷水水质过硬问题，需结合水质问题，通过软化水系统进行处理，对外冷水进行长期加药来防止结垢、藻类生长现象，或通过加装反渗透装置对外冷水进行净化处理，改善喷淋水质量。针对传感器误触发故障，可以通过增加传感器冗余度的方式，针对液位、电导率等关键回路传感器可采用双传感器冗余，“二取二”控制方式，对控制系统进行优化、通过一系列优化措施，可以让外冷水系统稳定性得到提升、阀冷却水系统整体运行稳定性、长期性得到保证。

2.2内冷水系统隐患及优化

2.2.1阀冷控制保护系统故障

第一，需要对传感器件冗余化改造，将涉及跳闸回路的传感器进行三重化冗余，如膨胀水箱液位、内冷水温度、内冷水电导率等，逻辑设定为“三取二”出口，增强稳定性;第二，利用不同传感器的测量数据进行关联，优化控制保护系统逻辑;在控制系统中对内冷水流量、主泵出水压力、进阀压力三类测量数据进行优化，利用三类数据之间的关联度，两两管理，例如将内冷水流量与进阀压力进行有效关联，当内冷水同时出现压力低、流量低时，启动跳闸，增强系统稳定性;第三，加强传感器回路抗干扰性能，尤其是阀厅内传感器，如膨胀水箱液位、阀塔压力等，加强传感器本体接地，确保接地线可靠接地，并在传感器回路中增加抗干扰磁环，减小测量数据误差，确保测量数据正确性。

2.2.2内冷水水路故障

（1）系统腐蚀现象。需从均压电极本身的结构设计上进行改进优化，将均压电极底座材质更换为PVDF材质，即保证了与内冷水汇流管材质相同，方便检修拆卸及运维，又可以防止底座腐蚀。散热器腐蚀现象出现的主要原因可以归纳为：散热器有电解腐蚀现象出现，内冷水存在于不同电位的晶闸管散热器、阳极电抗器以及水冷电阻之间，这会让电解电流出现在多电位金属器件水路中，进而出现电解腐蚀情况;在酸性碱性条件下，散热器内金属铝有腐蚀现象出现;在内冷水系统中，散热器表面会吸附水处理回路离子交换树脂粉末，散热器有碱腐蚀情况出现。为让电解腐蚀问题得到有效解决，首先确保回路中均压电极的有效性，加强均压电极运维，其次需要对水处理回路进行优化处理，例如在内冷水回路中加装EDI装置，减小内冷水回路中离子浓度，以此保证内冷水水质，减小电离腐蚀性。

（2）系统堵塞现象。首先确保人员工作的可靠性、安全性;在检修中，凡是工作在水回路内部的环境中时，工作负责人需做好监护，在系统恢复前，检查确认设备中无遗留物，才对回路管道等进行回装;其次，可以对管道设计进行优化，让“死区”现象得以减少，在主水管道中合理增加阀门，使检修过程中尽可能缩小工作范围，并将主过滤器放置在进阀管道前端，做好内冷水进入阀塔时最后一道关卡。再次，对主过滤器进行冗余化改造，增加备用过滤器，如果主过滤器有堵塞情况出現，可以及时切换为备用过滤器，有效避免因主过滤器堵塞带来的内冷水流量、压力、温度等故障导致的跳闸。

3结语

换流阀系统中的阀内冷水系统，由于重视程度不够，发生了多起由其故障引起的降功率、闭锁、紧急停运等事故，严重影响了换流站的安全稳定运行。因此很有必要对有关的问题进行分析，并且提供有效的优化措施，以促进高压直流换流阀冷却水系统的正常工作。

参考文献

[1]严喜林，国建宝，杨光源，等.高压直流换流阀冷却系统保护配置及定值整定[J].广东电力，2019.

[2]高雪恒，唐志国，仲崇山.高压直流换流阀饱和电抗器脉冲电应力仿真研究[J].高压电器，2018.

作者简介：

殷凤雅（1993.10.25），性别：女，籍贯：山东省淄博市，民族：汉，学历：本科，职称：助理工程师，职务：特高压换流站运检员，研究方向：阀冷系统、换流变等;

毛冰玉（1994.01.26），性别：女，籍贯：山东高密，民族：汉族，学历：大学本科，职称：助理工程师，职务：特高压换流站运检员，研究方向：换流站运维。