特高压直流换流阀冷却水系统优化措施分析

特高压直流换流阀冷却水系统优化措施分析
发布时间：2022-02-16T08:40:22.783Z 来源：《中国科技人才》2021年第28期作者：曹成鹏李龙彪[导读] 特高压直流输电系统中的核心在于换流站，而换流阀又是换流站系统中的核心设备，保证换流阀稳定运行的是阀冷却系统，因此阀冷却系统的稳定运行关系到整个输电系统的安全稳定。

国家电网青海省电力公司检修公司青南换流站青海省海南州 813000
摘要：特高压直流输电系统中的核心在于换流站，而换流阀又是换流站系统中的核心设备，保证换流阀稳定运行的是阀冷却系统，因此阀冷却系统的稳定运行关系到整个输电系统的安全稳定。

在冬季温度较低及换流阀停运时需保证内冷却水温度高于最低进阀温度，此时需开启辅助加热设备进行水温调节，而在系統设计中对于辅助加热设备的选型核算就显得相当重要，但实际中对于设备自然散热量和产热量的准确核算存在较大困难导致设计中辅助加热设备的选型不精准，使阀冷系统运行的安全稳定留下了隐患。

关键词：高压直流输电；换流阀；冷却水系统
1.内冷水系统的组成及技术要求 1.1系统组成
换流阀的内部冷水系统不对外开放，属于一种封闭式系统，其在工作的过程中属于自循环的方式，进而能够减少外界因素的影响。

其主要有补水箱、排气阀、离子交换器、补水泵、膨胀水箱以及过滤器组成，在运行工作时主要由循环水泵将冷却水输送到换流阀顶部的进水管道，当换流阀存有内冷却水时，会将晶闸管散热器以及各个元件的热量排放或带走，根据换流阀的外部系统进行热量交换，促使内部温度逐渐的稳定。

阀冷却水系统原理如图1所示。

图1 阀冷却水系统原理 1.2技术要求
1.2.1主循环水泵
在进行设计的过程中，大部分会对内冷却水设置两台主循环水泵，虽然只需要一台进行运行工作，但是这种装置出现热量过高如果没能有效的控制，则需要立即更换设备，确保其能够正常运行，促使各个部位的发热器件的内冷水温度恒定。

在换流阀正常运行的过程中，应该定期的进行维护与维修，并更换备用水泵与主水泵，从而保障系统的压力稳定。

1.2.2主水过滤器技术要求
循环冷却水在流动的过程中容易造成刚性颗粒脱落进入换流阀体内，因此，在换流阀进水管的部位安装机械过滤器或过滤网，进而能够防止刚性颗粒进入换流阀体内。

1.2.3稳压系统技术要求
稳压系统在工作时主要有两种形式，一种为氮气稳压系统，另一种为高位水箱稳压系统。

氮气管主要的组成部件有安全阀和氮气瓶以及电磁阀等部件，并且在运行工作时由自动控制进行减压工作以及排气工作，并且能够根据实际情况调节气压。

氮气稳压系统在工作时应该设置备用氮气瓶，确保在运行的过程中出现故障能够及时在线更换。

并且应该在两种稳压系统的外侧设置电容式液位计，用于测量水位或传送水位，以及设置用来显示水位的磁翻板液位计。

1.2.4除氧装置技术要求
根据实际情况以及冷却水水质的氧含量合理的设置除氧装置，必要时利用除氧装置代替氮气装置使用。

1.2.5补水装置技术要求
合理的将定压补水装置设定在内冷水回路上，可以利用蒸馏水或纯净水对内冷水会路进行补水。

根据换流站的实际情况可利用自动补水与手动补水进行，自动补水主要使用自动补水泵实施工作。

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。

结语：总而言之，换流站是否能够高效稳定的运行，主要取决于换流阀内冷却水系统的可靠程度，为了能够有效的保证冷却水的可靠性，则需要有效的对冷却水质进行监督与检测，并且合理的对其实施运行控制。

因此，不仅需要将电导率仪与溶氧仪安装到内冷却水系统，还需要定期的进行取样检测，进而确保内冷却水的水质达标，避免由于内冷却水不达标的原因而影响换流阀的正常运行。

参考文献：
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