孟欢 汤一尧
国网甘肃省电力公司电力科学研究院 甘肃 兰州 730070
摘要：阀冷却系统是在特高压换流站的功能模块中最重要的辅助设备之一。在实际运行中，它可以直接给出闭锁指令，引发换流站工作故障，从而直接影响整个直流系统的运行。基于此，本文就对特高压换流站阀冷却系统优化设计有关内容展开分析，可供参考。
关键词：阀冷却系统；特高压换流站；优化
1阀冷却系统
某换流站阀冷却系统以水作为冷却介质，由阀内冷系统和阀外冷系统两部分组成，其中，阀内冷系统分为一级冷却回路和二级冷却回路，阀外冷系统作为三级冷却回路，阀冷却系统流程图如图1。
1.1阀内冷水系统
阀内冷水系统是一个密闭的循环水系统，其直接将阀体中各元器件产生的热量排放到阀厅外，因此阀内冷水系统一般对水质的要求较高。该换流站阀内冷却系统主要包括主循环回路、加热器、水处理系统、风冷系统以及数据采集系统等。如图1，内冷水有2个循环方式，分别作为一级冷却回路和二级冷却回路。在阀内冷水系统当中，主循环回路主要包含主循环泵、管道回路、补水罐、补水泵、膨胀罐以及各种阀门等，其中，主循环泵配置2台，互为备用；补水泵配置2台，互为主辅；补水罐用来存储蒸馏水，当内冷水系统水量不足时，通过补水泵为内冷水提供水源；膨胀罐的主要作用是减缓内冷水因水温的变化而带来的膨胀压力，并对内冷水的水位起到一定的监视作用。水处理系统由过滤器、脱气罐、离子交换器组成，通过水处理系统使内冷却水具有低导电率，无结垢、结块、气泡等现象，确保阀内冷系统水质。
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图1
从图1中可以看出，阀内冷系统在主循环泵及风冷系统前都配置有若干加热器，这是为了防止因环境温度过低导致内冷水温度低于0℃以下，造成管道结冰、冻裂，管路及换流阀器件表面凝露等危险情况发生。数据采集系统主要包括一些湿度、压力、温度表计等。当启用一级冷却回路时，电磁阀1、三通电磁阀1、电磁阀2、三通电磁阀2均关闭，内冷却水经过换流阀阀厅将晶闸管元件工作时产生的热量带走，通过主循环泵提供的循环动力在一级冷却回路中进行循环，并在循环的过程中将一定的热量散发至周围环境中。可见，一级冷却回路仅适用于换流阀温度不高或者环境温度较低的情况。当换流阀发热量较大时，一级冷却回路不能满足换流阀散热要求时，电磁阀1、三通电磁阀1，或者电磁阀2、三通电磁阀2打开，内冷却水经过主循环泵后进入二级冷却回路，流通至风冷系统进行二级降温，然后再循环至换流阀。
1.2阀外冷水系统
阀外冷水系统是一个非密闭的循环水系统，其主循环回路主要包括喷淋泵、缓冲水池等，其中，每台冷却塔配备有主、备两台喷淋泵，为外冷水循环提供动力；该换流站共配置2台冷却塔，每台冷却塔配有喷淋装置，以及2台变频冷却风机；水处理系统主要包括加药回路、过滤器等，防止外冷水结垢、腐蚀管道；与阀内冷系统相似，阀外冷水数据采集系统主要包括一些湿度、压力、温度表计等。该换流站阀外冷水系统作为三级冷却回路来维持换流阀体温度，当一级、二级冷却回路都不能满足换流阀降温需求时，投入阀外冷水系统，并根据实际情况选择投入冷却塔的数量，此时喷淋泵、冷却风机启动，外冷却水从缓冲水池通过喷淋装置为内冷水管道进行降温，产生的蒸汽由冷却风机排出，从而加快热交换速度，剩余外冷却水再次排入缓冲水池。加药回路旁路泵、加药泵应处于常开状态，确保外冷却水水质达标。当缓冲水池水位较低时，补水阀开启，原水经过滤器、软水器处理后进入缓冲水池，迅速补充外冷却水。当环境温度处于高温阶段，阀体温度较高时，可向缓冲水池中加入适量冰块，以迅速降低换流阀温度。
1.3阀冷却控制系统
阀冷却控制系统对冷却设备直接下达指令，起到大脑指挥作用，是阀冷却系统稳定、安全运行的保障，也是其核心内容。阀冷却控制系统的主要内容包括冷却系统的控制、保护及监控。阀冷却系统的交、直流电源，可编程逻辑控制器PLC的中央处理器CPU、模拟量及数字量输入输出模块I/O模块、通信模块均采用冗余配置。当一路电源或控制单元发生故障时，进行无扰切换，确保阀冷却系统安全稳定、不间断运行。
2阀冷却系统优化设计分析
2.1循环泵切换优化
电源切换可能使主、备循环泵发出瞬时故障信号，引发循环泵切换失败，因此在循环泵切换控制系统中，应将电源切换时循环泵故障信号发出时间延时1s，避免误发故障信号引发循环泵切换失败。
2.2在线仪表检测优化
该换流站阀冷却系统中主要有温度、压力、流量、液位等几类共200余块仪表和传感器，这些设备是阀冷却系统运行参数的重要依据。为避免异常干扰、扰动等引发系统跳闸，对主要保护逻辑进行优化，重要测点采取3取2的冗余方式：模拟量均无故障时，从3个选取数值取中值进行判断；1台仪表故障时，从其余2个测点取均值进行判断；2台仪表故障时，采用单台无故障测点数值进行判断；3台仪表均故障时，发出传感器故障信号。该换流站多处仪表、传感器安装未满足最小影响原则，易导致压力测点受到影响、测点数据不准确等问题。为避免此类问题发生，应调整仪表、传感器安装位置，将测压仪器安装于测温仪器之前，仪表、传感器安装距离避免过近，以减少干扰。
2.3系统保护优化
该换流站阀冷却系统主要配备压力低保护、流量低保护、温度高保护、微分泄漏保护、液位低保护，为避免系统扰动、瞬时超限引发系统跳闸，在跳闸信号发出之前，应先后设置报警和延时逻辑。
2.4风机控制优化
第一，当进阀水温处于低温度段时，阀冷却系统主要通过一级冷却回路自然冷却和加热器对内冷水温度进行控制。第二，当进阀水温进入中温段并未达到高温段时，电磁阀1、三通电磁阀1，或者电磁阀2、三通电磁阀2打开，此时冷却风机无需启动，系统主要以自然冷却方式运行。其中，冷却强度通过三通电磁阀开度控制，以中温段初始温度时三通电磁阀开度为0%，高温段初始温度时三通电磁阀开度为100%进行线性控制，从而调节内冷却水进入风冷系统的比例。第三，当进阀水温进入高温段，且高于风机启动值保持1min后，投入风冷系统，第一排冷却风机启动，当第一排有风机工频运行时，且进阀水温高于目标值1益并持续1min，启动第二排风机，同理依次启动第三排至第五排风机。其中第一、二排风机为变频风机，采用比例—积分—微分PID控制风机投入数量和运行频率。
3结语
总之，阀冷却系统是特高压换流站最重要的辅助设备之一，当其发生误动或故障可能造成直流系统停止运行，因此提高阀冷却系统的可靠性极为重要。
参考文献
[1]刘重强，张恩龙，陈绪胜，等.高温缺水地区换流阀冷却系统的研究[J].电力工程技术，2017，36（04）.
[2]何潇，何运华，郭新良，等.直流输电换流站阀冷却水系统故障实例统计分析[J].通信电源技术，2018，35（03）.
[3]宋秭霖,张华杰.宜宾换流站阀水冷系统应对交流电网扰动改进措施分析[J].四川电力技术,2017,(2).
作者介绍：
孟欢（1988.6-）；女；甘肃漳县；硕士研究生；电网环保与腐蚀；国网甘肃省电力公司电力科学研究院。
汤一尧（1989.2-）；男；甘肃民乐；汉族；硕士；工程师；电网环保测试；国网甘肃省电力公司电力科学研究院。