换流站阀冷系统典型问题分析

时更换损坏均压电极垫圈，加强对阀厅设备
的监视，发现漏水情况及时处理。此外，高
位水箱水位低跳闸功能出口须经过一定时
间延时并配置完善的漏水检测功能，视情况 考虑是否退出漏水检测装置的跳闸功能[3]。
3.2 阀冷却系统主泵异常
3.2.1 主泵逻辑切换缺陷
换流阀冷却系统有两台主循环泵互为
备用。天广、高肇直流输电系统均出现过阀
provides a useful reference for the design and construction of the cooling system of the future HVDC pr
oject and the operation and maintenance of valve cooling system in the converter station.
Converter Station Valve Cooling System Typical Problems Analysis
LU Rui，HE Yuan-feng，XU Pan-teng，YAO YAN-chao，XU Sheng
（Guangzhou Bureau, EHV Power Transmission Company of CSG, Guangzhou 510663）
图 2 内冷水管破裂处 Fig.2 The place of internal cold water pipe rupture
图 3 均压电极垫圈腐蚀 Fig.3 Corrosion of voltage-sharing electrode washer
阀塔漏水暴露出阀塔内水管安装不规 范、工艺不精良等问题，进而导致水管与金 属构件距离过近而产生震动摩擦。正常情况 下，阀模件上的内冷水循环管道与金属构件 支架等刚性部件应保持一定距离以防止阀 塔振动下接触摩擦导致内冷水循环管道受 损。对于此类缺陷，需制订妥善的方案且在 停电时进行专项处理并在后期维护中预防 紧固带老化断裂。垫圈腐蚀则可利用停电机 会对阀厅均压电极及垫圈进行全面排查，及
Abstract: Combined with the operation situation of the HVDC converter valve cooling system in China
Southern Power Grid，this paper introduces the principle basic principle of valve cooling system and its i
图 5 主泵管道优化 Fig.5 Pump pipeline optimization
此外，从阀冷系统泄漏后果考虑，当主 管路中存在泄漏时主要故障点为密封及连 接部位，机械密封静环表面的磨损是导致主 泵渗水的原因[4]。此种情况漏水一般较缓慢， 阀冷系统仍具备冷却能力，无须闭锁直流； 若泄漏保护定值若过小，则误动风险较高， 可对液位定值优化并进行延时以降低误动 的风险。由于水系统泄漏为一持续过程，且 设备仍具备运行能力，因此可对泄漏保护跳 闸延时定值延长。主泵更换过程中管道内不 可避免进入气体，考虑该工作的风险较高， 可在更换过程中退出泄漏保护等跳闸压板。 3.3 阀冷却系统传感器问题
各直流输电系统中，阀水冷监控系统主 要通过冗余配置的可编程控制器实现，主系
1 换流阀冷却系统运行原理
换流站每个阀厅配置一套独立循环水 冷却系统，如图 1 所示。每套循环水冷却系 统均由内冷却水系统、外冷却水系统和阀冷 控制保护系统组成。换流阀内冷水系统主要 为可控硅阀提供冷却水，吸收运行中换流阀
统故障时将自动、快速、平滑的切换至备用 系统，两套系统均故障则启动直流输电系统 强迫停运。换流阀水冷监控系统监视内冷水 的进水温度、流量、压力和电导率，以及膨 胀水箱的水位，一旦监测到异常，则立即发 出停运直流输电系统信号。
阀厅 温湿度传感器
测量对象及作用 主泵温度监测/室外环境温 度监测/电加热器温度监测
/进出阀温度监测 喷淋补水回路、喷淋旁路循 环回路流量监测/冷却水、
3.2.2 主泵漏水问题
普侨直流整流站阀冷系统曾发生过在
线更换主泵时，主泵进、出水阀门中间的管
道由于存在一定量空气，开启阀门时内冷水
不断将空气带走并排出，同时膨胀水箱对管பைடு நூலகம்
道进行补水导致液位降低到定值，控制系统
判断阀冷泄漏进而直流跳闸。其阀冷系统泄
漏保护信号通过两只膨胀水箱液位传感器
进行判断，其判据如下：当阀冷系统检测膨 胀水箱液位下降时，PLC 在 30s 内对传感器 所测液位进行比较，如果满足 L0s-L10s≥ 6mm（即膨胀水箱液位的 0.3%，L10s 表示 第 10s 时的水箱液位）、L2s-L12s≥6mm、 L4s-L14s ≥ 6mm … … L18s-L28s ≥ 6mm 、 L20s-L30s≥6mm，膨胀水箱两只液位传感器 同时检测阀冷系统泄漏且经一定延时后发 出泄漏信号导致直流跳闸。对此，可在主泵 出水逆止阀下端增设排气阀门优化主泵底 部泄流阀设计，如图 5 所示，并在各主泵管 路高点装设排气阀，以便在不停运阀冷系统 时进行主泵检修。通过泄流阀使用满足要求 的纯净水直接对主泵管路进行补水，在开启 主泵进、出水阀门前对管道补水，注满水后 再开启阀门可提高阀冷系统运行的稳定性。 整个过程中膨胀水箱液位基本不变，且管道 的残留气体较少，不影响设备的正常运行。
configuration
参数量 温度 流量 压力 电导率
液位 温湿度
传感器 温度开关/温度传 感器/温度传感器/
温度传感器
水表式流量计/流 量传感器
电接点压力表/差 压表/差压表/压力 传感器/直读式压
力表
电导率传感器
电缆式液位开关/ 液位开关/超声波 液位传感器/电容 式液位传感器/磁 翻板液位传感器/
Key words：Converter station; thyristor valve ; valve cooling system; problem;HVDC
0 引言
随着西电东送工程的不断推进及直流 换流站陆续投产，南方电网至今已经建成八 交八直的西电东送大通道，为东部地区发展 提供可靠的清洁能源。直流换流站的换流阀 在运行中会产生大量热量，阀冷系统是换流 阀的重要组成部分，它将晶闸管阀上元件产 生的热量排放到阀厅外，保证晶闸管运行温 度在正常范围[1]。阀冷却系统故障往往会造 成相关主设备运行工况恶化，进而导致跳闸 事件。本文分析了南方电网换流站运行中典 型的阀冷问题，并提出了相关应对措施。
为保证阀冷系统运行参数采集准确和 直流系统平稳运行，换流阀冷却系统传感器 通常采用冗余配置，一些重要传感器甚至配 置三个传感器且具有故障检测功能，传感器 采集量如下表 1 所示。
表 1 换流阀冷却系统传感器配置 Tab.1 Converter station valve cooling system sensor
可靠运行。从换流阀流出的热水由主循环泵 加压后送入外冷水冷却塔进行冷却，冷却后 的水依次经过脱气罐、电加热器、高位水箱 后再次进入换流阀进行循环冷却。此外，并 联于主循环回路的去离子回路通过离子交 换器将内冷水电导率控制在定值以下。外冷 水系统为开放式循环系统，喷淋水泵从室外 外冷水池抽水均匀喷洒到冷却塔内换热盘 管表面来吸收内冷水热量，冷却塔持续将吸 热后形成的水蒸汽排至大气，冷凝水回流至 外冷水池以实现对内冷水连续降温的目的。
换流阀内冷水漏水是近年来频繁影响 南网直流输电系统运行的主要问题。2008 年以来，天广、高肇以及牛从直流输电系统 多次出现换流阀内冷水漏水现象，引起高位 水箱液位下降并导致运行中的直流输电系 统停运。结合经过多次停电检修与分析，最 终确定故障原因主要有两点：一为内冷水管 道接触到阀模件金属构件，在阀塔振动下， 内冷水管道咬接的两个黑色保护套管被振 开导致该管道直接与金属构件接触摩擦，在 阀塔持久振动应力下，内冷水循环管道被磨 损破裂进而导致内冷水渗漏，如下图2所示， 水滴落到阀塔底部积水盘上导致漏水检测 仪告警；二为进水管均压电极阳极侧表面有 黑色成形水垢及垫圈腐蚀，均压电极密封垫 圈腐蚀致使密封能力丧失导致接头漏水[2]， 如下图3所示。
冷主泵切换过程中主水回路建压不及时的
情况，进而引起阀冷系统的控制保护动作。
结合多次检修与分析，判断阀冷控制系统主
泵运行逻辑存在缺陷，未充分考虑多重切换
的情况，即无“切换不成功－回切成功”功
能。在主泵连续切换两次时，由于主泵切换
时间较长，内冷水压力下降较多，完好主泵
在设置延时内未能建压到设置阀值而被误
换流站阀冷系统典型问题分析
陆 锐，何园峰，徐攀腾，姚言超，徐晟
（中国南方电网超高压输电公司 广州局，广州 510663）
摘要：结合南方电网内各直流输电工程换流站阀冷却系统运行情况，通过介绍换流阀冷却系统的基本原理 及其对直流输电系统的影响，结合实际分析了换流站阀冷系统运行中暴露出来的一些典型问题并提出了相 应处理措施。这些运行经验为未来直流输电工程阀冷却系统的设计和施工、换流站内阀冷系统的运行和维 护都提供了有益的参考。 关键词：换流站；换流阀；阀冷系统；故障；高压直流输电
散发的热量，以维持换流阀正常工作温度和
图 1 换流阀冷却系统
Fig.1 Converter Station Valve Cooling System
2 换流阀冷却系统对直流系统的影响
阀冷却系统配置两套冗余的自动控制 系统。控制系统将对设备运行状态及冷却系 统运行参数进行监控，采集来自各个采样传 感器的数据，如流量、压力、温度、水位和 导电率等，起到监视功能；对参数超限及设 备故障进行逻辑判据，并根据工况发出报 警、跳闸信号，起到保护作用。
判为故障。对此，可以对冷却水流量低且进
阀压力低切换主泵逻辑进行优化：当出现冷
却水流量低且进阀压力低后，备用泵无故障
时，延时一定时间后自动切换到备用泵；如
果备用泵运行时仍然存在冷却水流量低且
进阀压力低报警时，经系统较前次延时更长
的时间后自动切到备用泵或者在人机界面
上进行手动确认后立即切泵，相应的主泵运
3 阀冷典型事件分析
本文分析的阀冷系统典型问题均为运 行中较为常见的，主要有以下几种：阀冷系 统漏水、主泵切换故障、喷淋泵故障、冷却 塔停运、传感器故障、设计不合理等。南方 电网多回直流工程已经运行多年，积累了较 丰富的实际运维经验，换流阀冷却系统在运
行中主要有下面几类典型问题需要注意。 3.1 阀冷却系统漏水
行逻辑如下图 4 所示。
系统运行模式下
运行泵运行时 冷却水流量低且 进阀压力低报警
＆ 延时T
备用泵运行 运行泵停止
备用主泵无故障
＆
运行泵继续 运行
备用泵运行
仍出现冷却水 流量低且
进阀压力低报警
＆ 延时T
备用泵停止 运行泵运行
触摸屏手动确认 切换
＆
备用泵停止 运行泵运行
图 4 主循环泵切换逻辑 Fig.4 Switching logic of main circulating pump
nfluence on the DC transmission system in Southern Power Grid .It proposes some measures by analyzin
g some valve cooling system typical problems exposed in the actual operation .The operation experience
对参数超限及设备故障将传感器判断 逻辑根据传感器的数量采取二取一、二取二 或者三取二的逻辑进行报警或者闭锁直流。 根据阀冷却系统的相关控制保护逻辑，导致 阀冷却系统告警的因素有：冷却水流量高/ 低、去离子水回路流量低、进阀压力高/低、 出阀压力高/低、进阀温度高/低、电加热器 温度高、高位水箱液位高/低、补水灌液位 低、缓冲水池液位高/低、内冷水电导率高、 去离子水电导率高、喷淋水电导率高、阀冷 系统渗漏；上述部分因素如进阀温度高、进 阀压力和出阀压力同时超低、两台主泵均故 障、流量低、高位水箱低、阀冷系统泄露、 冷却水电导率高等达到跳闸定值时经过相 关逻辑判断出口闭锁直流。