白龙生
国网山西省电力公司检修分公司
摘要:针对特高压某换流站阀冷系统内冷水流量与压力传感器、外冷水池水位传感器、冗余配置传感器超差跳闸逻辑、跳闸出口回路、直流电源监视回路及交流电源电压监视继电器等方面存在的隐患，分析了阀冷系统的硬件配置和控制逻辑，对隐患进行了整改或提出了临时应对措施，降低了直流系统发生强迫停运的概率，保证了换流站阀冷系统的安全稳定运行，为其他换流站的设计运行维护提供了参考。
关键词:换流站;阀冷系统;传感器;电源监视;隐患分析
换流阀是特高压换流站实现交直流转换的核心元件，最高电流6250A，长期运行时将产生大量热量。阀冷系统有效保障换流阀工作在适宜温度下，是换流站最重要的辅助系统。若阀冷系统运行异常，不仅易引起晶闸管损坏，而且可导致直流输电系统发生闭锁事故，严重影响主网架稳定运行。
1阀冷系统
阀冷系统主要包括水冷系统和阀冷控制系统两部分。水冷系统分为内冷水系统和外冷水系统，内冷水系统主要是为换流阀提供冷却水，吸收换流阀运行时散发出的热量，以维持换流阀的正常工作温度，确保换流阀可靠运行，该系统为密闭式单循环回路，回路内部主要包括主循环回路、去离子回路、氮气稳压回路和补水回路。外冷水系统主要是冷却内冷水，为开放式循环系统，主要包括喷淋水泵、冷却塔、空冷器、平衡水池和补水回路等。阀冷控制系统具有监视、控制、保护和通信四大功能，能实时监视内冷水流量、温度、水位、压力和电导率，外冷水池水位、温度等参数及所有水泵、冷却塔及风扇、阀门、电源等设备状态，并控制内、外冷水系统设备，使各参数运行在稳定工况下。对内、外冷水系统温度、流量、水位和电导率等参数越限进行报警，重要参数越限将保护出口闭锁阀组。阀冷却系统与控制系统之间各种状态量、报警量等运行状态信息通过通信系统上送下发。控制系统由两套冗余配置的SIMATICS7系统组成，包括电源模块、中央处理模块、并行通信模块等。电源模块PS405向系统各模块提供5V和24V直流电源，中央处理模块CPU414－4H主要对输入输出进行判断、逻辑控制功能实现和自诊断等，输入输出模块SM321、SM322、SM331、SM332将模拟量和开关量输入或从中央处理单元输出，并行通信模块IM153/IM157用来实现A、B单元间的数据交换和实时同步。
2阀冷系统隐患分析
阀冷控制系统监控的内冷水温度、流量、电导率、主泵出水压力、膨胀水箱水位、阀塔进出水压差和两台主泵运行异常均能导致阀组跳闸。分析阀冷系统硬件配置和控制逻辑，发现阀冷系统存在隐患。
2.1传感器隐患及整改措施
2.1.1阀内冷系统流量与压力传感器
阀冷系统流量传感器B100为单一配置，用于监测内冷水流量。阀冷系统压力传感器B106、B107为冗余配置，用于监测内冷水管道压力，但传感器B107数据仅在流量传感器B100故障后被阀冷控制系统采用。当传感器故障引起内冷水流量或管道压力测量值异常，超出阀冷定值时，将导致阀组跳闸，影响直流功率输送。由于采用单传感器出口方式，流量与压力传感器故障导致阀冷系统误跳闸风险较高。某换流站极2高端阀组因内冷水流量低跳闸，事后检查发现实为流量传感器故障引起的误动。整改措施:取消原阀冷控制系统“B100流量传感器和B106压力传感器均故障时，延时两小时跳闸”功能，将内冷水流量与压力跳闸逻辑修改为“三取二”逻辑。B100流量传感器和B106、B107压力传感器均正常时，当B100流量小于跳闸设定值、B106压力小于跳闸设定值、B107压力小于跳闸设定值三个条件满足两个或以上，达到定值延时后，阀冷系统出口跳闸。当系统判其中一个传感器故障时，采用“二取二”逻辑，另两个测量值需同时达到定值才能出口跳闸。当系统判其中两个传感器故障时，采用“一取一”逻辑，另一个测量值达到定值即出口跳闸。
2.1.2阀外冷系统水池水位传感器
外冷水池水位传感器为单一配置，当水池水位低于80%时，系统启动补水泵补充冷却消耗掉的外冷水。当传感器发生异常，如测量值固定在90%以上时，外冷水水位控制功能失效，补水泵将不会启动补水。当外冷水池水消耗完时，喷淋泵空转易烧毁，且严重影响内冷水冷却效果，造成内冷水入水温度越限，阀组跳闸。整改措施:对外冷水池水位传感器进行冗余化改造，可将单一的电阻式水位传感器改为与浮球式水位传感器并联的逻辑，避免单一传感器故障引起测量异常，提高水池水位测量可靠性。在改造完成前，可每日巡视外冷水水池实际水位，通过监盘工作站观察分析外冷水水位数据，及时发现传感器异常情况。
2.2阀冷控制逻辑隐患及整改措施
阀冷系统中，内冷水温度、电导率、膨胀水箱水位均为双传感器冗余配置，当两传感器测量值不同且差值超出设定值时，阀冷控制系统判传感器故障并出口跳闸。当单一传感器运行异常时，易引起阀冷系统误动跳闸。整改措施:取消内冷水温度、电导率、膨胀水箱水位冗余传感器超差跳闸出口逻辑，仅保留告警信号回路。
2.3硬件回路隐患及整改措施
2.3.1阀冷系统跳闸出口回路阀冷系统跳闸出口回路为单继电器回路，若继电器故障误动，将导致阀组跳闸。整改措施:在阀冷系统原跳闸出口继电器旁加装并联继电器，将两继电器辅助接点串联，使出口回路改为双继电器“与逻辑”方式，仅在两继电器均正确动作时发出阀组跳闸命令，有效避免单继电器故障出现误动。
2.3.2直流电源监视回路
阀冷系统直流电源为双回冗余配置，当监视回路监测到双回电源故障时，将引起阀组跳闸。由于设计缺陷，直流电源监视回路1、2分别由空开F08、F04供电。空开F04辅助接点接于监视回路1，空开F08辅助接点接于监视回路2，如图1所示。当空开F04断开时，监视回路1因空开F04辅助接点断开告警，监视回路2因失电告警，系统判双回直流电源故障，从而出现直流电源单回故障造成阀组跳闸的严重后果。整改措施:调整直流电源监视回路供电电源，由空开F04供直流电源监视回路1，空开F08供回路2。空开F04或F08发生单一故障时，仅影响一路直流电源，另一路直流电源正常工作，保障阀冷控制系统平稳运行。
2.3.3交流电源电压监视继电器
阀冷系统主泵、喷淋泵和冷却塔风机等设备均由冗余配置的两路交流电源供电，当监视回路监测到主用电源故障时，将切换至备用电源，保证阀冷系统平稳运行。由于阀冷系统交流电源电压监视继电器采用其监测的交流电源供电，在交流电源严重故障时，监视继电器功能可能失效，导致电源切换不成功，引起阀组跳闸。整改措施:更换交流电源电压监视继电器，改为由直流电源独立供电的电压监视继电器，交流电源故障时不会影响电压监视继电器的正常工作，保障监视切换回路稳定运行。
3结论
换流站阀冷系统能保障换流阀温度在正常范围内，是换流站最重要的辅助系统，也是直流输电系统最薄弱的环节，我国电网多个换流站曾因阀冷系统故障导致直流停运。阀冷系统结构复杂，包含各种水泵、管道、阀门、风扇和传感器，对运行环境要求高，各元件故障频率高。对阀冷系统进行的隐患分析和实施的整改措施，可有效降低直流系统强迫停运率，为其他换流站的设计运行维护提供参考。
参考文献:
［1］赵畹君．高压直流输电工程技术［M］．北京:中国电力出版社，2002．
［2］曹继丰．高压直流输电现场实用技术问答［M］．北京:中国电力出版社，2008．
［3］郑国书，冯战武．天生桥换流站阀冷系统不稳定因素分析与改进［J］．广西电力，2010，33(3):29－31．