1换流阀冷却系统的结构
1.1结构组成部分
换流阀是换流站实现交直流转换的核心设备,换流阀额定电流量最高为4500A,器其正常运行时会产生巨大的热量。为防止晶闸管、电抗器等原件不受高温高热量影响,需要配置一个对应的阀冷却系统对换流阀进行降温。阀冷却系统包括两个部分:阀内冷系统、阀外冷系统。其中,阀内冷系统属于封闭的水循环系统,通常使用去离子水为冷却介质,通过其流动来实现降温。阀外冷系统又可分为水冷和风冷,属于开放的水循环系统。降温方式主要表现在使用经过软化过的水,通过冷却塔对阀内的水冷系统管道而实现降温。1阀内冷系统。(1)主水回路。主水回路内冷却水循环主要是采用可控硅阀和冷却塔,使用主循环泵、冷却水管、以及可控硅阀和冷却塔等主要器件。为了确保主循环泵的安全运行,通常会留一台为备用。为实现晶闸管级冷却水的均匀,各个管级冷却水需要确保均匀冷却,因此,使用并联布置的方式铺设冷却水路为宜。水路中会含有金属配件,长期使用会引起腐蚀,为避免其受到严重损坏,需在主水路安装电极,确保电位得到固定。为充分冷却内冷水,将冷却塔内的冷水管道设为蛇形笔,同时遵循低进高出的原理。(2)水处理回路。主回路中,有一部分水会留经水处理回路,1h左右流经水处理回路中的水量是系统的总容量。水处理回路包括离子交换器、膨胀器和补水泵。2阀外冷水系统。(1)软化单元。阀外冷系统的软化单元采用树脂吸附水中钙镁离子的方式,清除水内杂质,从而达到软化水的标准。软化单元出现故障时,将直接损坏反渗透膜。系统中常设两套软化单元,一套投入使用,另一套留作备用。(2)反渗透单元。主要组成部分是反渗透膜,用于过滤水中的金属离子。反渗透膜装在隔膜管内,第一级装有3个管,第二级装有两个管,每级有一个冗余,正常时,每个隔膜管都处于运行状态。(3)喷淋系统。喷淋系统主要采用4台喷淋泵、3个冷却塔以及平衡水池组建而成。正常情况下,喷淋泵只需要3个,留一台为备用。冷却塔安装2个即可承受直流系统满负荷运行,另外一个作为备用。冷却器根据不同情况自动变频调节,随着冷却容量的变化而变化。
1.2阀外冷系统
阀外冷系统根据所处运行环境温度的不同分为水冷和风冷两种方式。风冷方式适用于寒冷地区,使用空气冷却器通过风机驱动室外大气冲刷换热盘管外表面,使换热盘管内的阀内冷水得以冷却,降温后的阀内冷水再送至换流阀,如此周而复始地循环。水冷方式使用蒸发冷却塔,通过喷淋泵将喷淋水池中的水喷淋在换热盘管表面,利用水的蒸发显热和潜热带走热量,使换热盘管内的阀内冷水得以冷却,降温后的阀内冷水再送至换流阀,如此周而复始地循环。水冷却方式主要由冷却塔、喷淋泵、喷淋水池、水处理设备等组成。
2常见系统故障
2.1主循环泵发生故障告警
本案例选取#1换流站为例,其主循环泵采用ACS800变频器控制。故障时间为2012年12月21日下午3时,发生于极Ⅱ内冷水主泵的切换,由泵1定期转换至泵2。切换后半分钟系统发生警报,提示泵2故障,后自动切换为泵1,警报停止,泵1运行正常。对泵2进行检修,ACS800变频器上显示“SHORTCIRC(2340)”报警,泵1无异常现象。立即采取对泵2电机进行绝缘检查,绝缘检查结果无异常现象。即恢复电机接线,手动启动泵2,转速调为280r/min,无异常现象。但切换时泵2的变频器上曾快速出现“INVCURI,IM”报警信号。建议:主循环泵系统结构较为繁杂,易出现故障告警,且故障发生频率较高。有些故障会直接影响到主循环泵的切换。因此,保护系统的正常运行需要根基报警原理和主循环泵的切换原理,从根本入手进行故障排查,主要由以下几点。(1)内冷水主泵切换指令。内冷水主泵切换指令由两种方式组成:(1)切换指令为正常切换。分为上级或者异地下达的主泵切换指令,或者定期每周进行的正常切换主泵脉冲。(2)主泵故障报警指令,故障指令包括主水流量低、主泵本体故障、变频器故障等报警指令,此种故障排查方式是根据主泵切换的指令进行。(2)内冷水主泵故障信号路径。华新换流站的冷水主泵切换时间为每周一次,水冷控制保护系统采用CCP。当泵出现转速过快,主泵电源异常等问题时,由变频器发出故障信号,再转至CCP,此时CCP随即发出ChangeP1或ChangeP2的指令。备用泵出现转速过快、电源中断故障时,主泵无法切换至备用泵。(3)内冷水主泵变频器故障信号路径。通常情况下,主泵变频器发出故障信息的情况有主泵就地安全开关断开,以及变频器内设的保护装置过多。变频器内设安全防护装置出现故障时,只能通过在变频器板检查出来具体的报警信号,信号同样是通过CCP系统对主泵进行切换。常见的报警信息有过热报警和接地故障报警。
2.2故障涉及部位分析
43余次故障中,由阀内冷水系统所引起的37次,约占总数的86%,其中26次导致停运和跳闸,占停运和跳闸总数的81%;由阀外冷水系统所引起的6次,约占14%,其中6次导致停运和跳闸,占停运和跳闸的19%。表明由阀内冷水系统所引起的故障及停运和跳闸,均占有绝对比重。
2.3阀冷却引发站电故障
1问题分析故障后,对10kV#6站用变本体及相关一、二次设备进行检查,进行了变压器直流电阻测试、短路阻抗测试、绝缘电阻、吸收比测量、变压比测试、交流耐压试验,各项试验数据均满足规范要求,故表明变压器本体无故障。对二次电流的波形畸变进行分析得知,在16时04分08秒486ms主泵启动时刻,站用电低压侧直流分量突然增大0.112A(23.16%),最大时直流分量达到0.24A(57.2%)。因此可以得出,是由于外面负荷导致产生直流分量,导致波形的偏移,最终导致差流的产生,比率差动动作。10kV#6站用电外面主要负荷为保护动作时刻启动的主循环泵电机,回路中的直流分量是由于常规阀冷系统主循环泵启动过程产生的,从而导致电流波形的偏移,比率差动动作。2建议。(1)对常规阀冷系统主循环泵的主电源回路进行检查,严格按照变频器厂家的指导,进行变频器的参数设置与核查,确定变频器的正常工作。(2)在站系统调试过程中,注意观察进行主循环泵的变频、工频启动试验时,站用电保护的启动情况。(3)建议调整10kV变压器保护差动启动电流定值,目前为0.2Ie,建议整定至0.5Ie。
3结论
通过构建特高压换流站阀冷却外风冷系统的故障优化检测模型，结合对其故障特征分布，进行该系统检修。基于轴颈惯性力特征分析和非线性力学参数评价，在此提出该外风冷系统故障应急联动诊断技术。在异常工况下，进行系统的故障信息分布式重组，在轴承结构参数和液压系统参数约束下，进行故障类型分析，并进行故障输出的可控调节，通过显著缩短轴心轨迹分析的方法进行故障应急连通抢修。
参考文献：
[1]胡良珍,吴元熙.南桥站换流阀水冷却系统异常运行事件分析[J],华东电力,2020,(7):27-29.
[2]喻新强.2003年以来国家电网公司直流输电系统运行情况总结[J],电网技术,2020,29(20):45-50.
[3]杨振宇,俞澄一.超高压直流输电换流站阀冷却系统的故障分析[J],华东电力,2020,38(3):369-372.
[4]姜海波,翟宾,贺新征,罗朝华.高压直流输电换流阀冷却系统可靠性评估[J],电力安全技术,2020.16(5):60-63.
