特高压换流站阀冷系统隐患分析及整改措施

特高压换流站阀冷系统隐患分析及整改措施

李相会

国网内蒙古超特高压有限公司扎鲁特换流站，内蒙古通辽市028000

摘要：换流阀是特高压换流站实现交直流转换的核心元件，正常工况下通态平均电流高达3750A，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，不仅易引起阀片损坏，而且可导致直流输电系统发生闭锁事故，进一步严重影响主网架稳定运行。

关键词：特高压换流站；阀冷系统；隐患分析；整改措施

1阀冷系统

换流站双极四阀组各配置一套阀冷系统，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、旁路循环去离子回路和补水回路等。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、外冷水池和补水回路等。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SIMAT-ICS7系统组成，包括电源模块、中央处理模块、并行通信模块等。

2事件情况概述

某日某换流站运行人员发现极2反渗透出水水量低以及出水电导率高,经检修人员检查极2反渗透膜存在破损､开裂情况,需要采购备品更换｡几日后运行人员监盘发现极2高端阀冷外冷水池水位偏低(54.7%),而且有快速下降的趋势,每分钟下降速率为0.3%｡运行人员立刻到现场对相应阀冷外冷水系统设备进行检查,未发现喷淋泵､冷却塔等设备存在漏水点｡在对阀冷系统监视界面检查时发现外冷水系统处于排污状态,排污水流量约为7.5L/s｡约0.5h后,水池水位降至45.2%,在该排水速率情况下,80min后水池水位将降到告警值20%｡运行人员立刻申请断开排水泵,避免水池水位进一步下降,随后水池水位从42%缓慢恢复至正常范围｡

3事件分析

3.1原因分析

阀冷外冷水系统运行主要流程为:外冷水补充水→石英砂过滤器→活性炭过滤器→反渗透装置→阀外冷补水箱→外冷水补给水泵→外冷水池｡同时,由于闭式冷却塔长期运行,循环水池会因为外冷水的浓缩而积累杂质,通过一套外冷水自循环过滤系统来控制杂质浓度,外冷水自循环过滤系统由循环水泵､过滤器､加药装置､管道､阀门及其他附件组成｡为保持循环外冷水质的稳定,当水质传感器检测到外冷水质超过设定值,由控制系统自动开启排污阀进行排污,当水质到达合理范围时关闭排污阀｡

本次事件源头来自极2外冷水补充水处理系统反渗透膜破损､开裂,导致喷淋补给水经过反渗透处理之后产水水量低且出水电导率高｡该喷淋补给水由于水质处理不满足要求,在进入外冷水池后导致其内外冷水电导率逐渐上升,随后外冷水自循环过滤系统的水质传感器检测到外冷水质超过设定值,启动排污阀进行排污,希望通过外冷水补充水处理系统补充水质合格的外冷水来满足水质要求;但由于喷淋补给水不仅电导率高而且产水水量低于排污水量,导致外冷水池水位不断下降,引起一连串连锁反应｡

3.2隐患分析

本次事件能够在无告警信号的情况下,及时被发现并处理,未造成阀组跳闸的严重后果,得益于运行人员工作认真负责,监视细致到位｡通过此次事件,能够发现目前的阀冷外冷水处理系统中仍存在较多设备隐患｡

1)外冷水池液位低及超低告警定值不合理｡目前站内外冷水池液位低告警定值设置为20%,液位超低告警定值设置为10%｡若运行人员未通过其他界面发现异常,仅通过告警信号判断故障,按照本次事件发生时的排污水流量进行计算,当监视系统发出外冷水池液位低告警信号时,约60min后外冷水池液位将降低至零｡若发出告警信号60min内未成功处理事故,则会导致阀组跳闸的严重后果｡

2)外冷水自循环过滤系统的排污水流量设置高于补充水流量｡当外冷水电导率高于1000μS/cm换流站阀冷外冷水系统隐患分析及改进措施时外冷水自循环过滤系统启动排污,电导率降低至800μS/cm后停止,但是排污速率整定值大概为7.4L/s,远大于补水速率3.2L/s,导致排污过程中外冷水池水位快速下降,存在极大的运行风险｡

3)电源回路故障｡电源回路故障主要包含电源失电故障及电源切换失败故障｡电源回路故障会造成PLC､主泵等相关用电设备失电,严重时会导致阀冷停运,直流闭锁事故｡

4)外冷水自循环过滤系统的排污装置启停逻辑不够完善｡目前外冷水自循环过滤系统的排污装置仅会在外冷水电导率降低至800μS/cm后停止,若电导率一直未满足定值要求,则排污装置将会一直保持运行,存在将外冷水池水位排空的隐患｡

5)外冷水电导率高告警定值高于外冷水自循环过滤系统的排污装置启动排污定值｡由于外冷水自循环过滤系统的排污装置启动排污时监视系统不会发出告警信号,仅当外冷水电导率高时才会发出告警｡目前排污装置启动外冷水电导率定值为1000μS/cm,而外冷水电导率高告警定值为1200μS/cm,故在运行过程中,存在无法及时发现排污装置启动的隐患｡

4改进措施及建议

(1)针对外冷水池液位低及超低告警定值不合理的隐患｡为了能够在告警后给运行维护人员预留充足的检查处理事件,充分发挥告警定值“预”的功能,建议将外冷水池液位低告警定值设置为50%~60%,液位超低告警定值设置为40%~50%｡如此以来,运行人员检查处理的时间将翻倍增加,降低了阀组跳闸的风险｡

(2)针对外冷水自循环过滤系统的排污水流量设置高于补充水流量的隐患｡调整外冷水自循环过滤系统的排污水流量定值,目前排污速率整定值大概为7.4L/s,远大于补水速率3.2L/s｡建议降低排污速率整定值,在使喷淋水电导率满足要求的同时避免出现外冷水池液位下降的情况｡

(3)针对电源失电故障,可以对阀冷系统进线电源进线优化｡将主泵､喷淋泵､风机等所使用的400V电源,通过两路站用电源送入阀冷屏柜,再分别针对主泵､喷淋泵､风机分路进线,确保所有动力设备均有冗余电源进线｡将PLC所使用的110V电源,同样从站内低压直流设备处分路进线接线,使用多路同步供电,将PLC供电回路､传感器供电回路等全部进行冗余,确保供电可靠性｡

(4)针对外冷水自循环过滤系统的排污装置启停逻辑不够完善的隐患,优化外冷水电导率高启动排污逻辑,有如下两种优化建议,第一,在外冷水电导率高启动排污逻辑中加入外冷水池水位限定,目前系统设计思路“保电导率”优先于“保水位”,应该调整为“保水位”优先于“保电导率”,建议增加逻辑,外冷水池液位低于50%停止排污;第二,取消外冷水电导率高启动排污逻辑,仅设置外冷水电导率高告警值,达到告警值后人工干预｡

(5)针对外冷水电导率高告警定值高于外冷水自循环过滤系统的排污装置启动排污定值的隐患｡优化外冷水电导率高报警定值,目前外冷水电导率高告警定值高于启动排水定值,当前外冷水电导率高告警定值1200μS/cm,排污装置启动外冷水电导率定值1000μS/cm,排污装置停止外冷水电导率定值800μS/cm｡结合外冷水电导率水平,建议将外冷水电导率高告警定值调整至1000μS/cm以下,按照外冷水电导率高告警→排污→外冷水电导率超高告警逻辑来管控,告警后持续升高可通过启动排污装置复归告警信号｡建议将外冷水电导率高告警定值设定为800μS/cm,超高定值保持1200μS/cm不变,及时起到提醒作用｡

5总结

对换流站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，为其它换流站的设计运行维护提供参考。

参考文献：

[1]朱琳.基于恒定电场-静电场耦合计算的特高压换流站阀塔避雷器均压环表面电场分析[J].电瓷避雷器，2017，12（03）：27-32.

[2]王加龙，彭宗仁，刘鹏，吴昊，卫昕卓.±1100kV特高压换流站阀厅均压屏蔽金具表面电场分析[J].高电压技术，2015，41（11）：3528-3535.