高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析 范鑫

高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析范鑫

发表时间：2018-04-16T11:18:51.543Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：范鑫[导读] 摘要:目前阀冷系统技术发展已比较成熟，运维经验也愈为丰富，因此对各类缺陷的发生应以预防为主，尤其是注重按照反事故措施的要求开展阀冷系统的隐患排查工作，提前根据系统特点制定相应的事故防范措施，确保直流输电系统安全稳定运行。

（许昌许继晶锐科技有限公司河南许昌 461000）摘要:目前阀冷系统技术发展已比较成熟，运维经验也愈为丰富，因此对各类缺陷的发生应以预防为主，尤其是注重按照反事故措施的要求开展阀冷系统的隐患排查工作，提前根据系统特点制定相应的事故防范措施，确保直流输电系统安全稳定运行。

关键词:高压直流；输电换流阀水冷；系统介绍 1引言

国内部分直流输电工程的运行经验证明，阀水冷系统故障已成为影响换流站运行安全的重要因素之一，当水冷系统发生故障时，轻者引起输电功率的降低，重者引起直流闭锁停运甚至阀片受热损坏。为此，开展阀水冷系统常见故障类型的归纳分析，确定适宜的预防应对措施，对于保障换流阀的安全稳定运行尤为重要。

2.关于换流阀水冷系统工作流程的说明分析 2.1关于主循环冷却回路的分析

恒定压力以及流速的冷却介质在经过主循环泵的提升之后，源源不断的流经三通阀，经过室外换热设备从而将其冷却器件发出的热量在室外和空气或者水进行交换，冷却之后的介质再次进入到晶闸管阀散热器，从而将热量带出，回流到主循环泵的入口处，从而能够形成密闭式的循环冷却系统。

阀冷控制系统通过变频器控制室外换热设备冷却风扇的转速从而能够对冷却风量进行控制，更好的实现精密控制冷却系统的循环冷却水温度等方面的要求。在阀冷却水系统室内管路以及室外管路之间设置一个电动三通阀，在室外温度比较低以及换流阀低负荷或者零负荷运行的时候，通过电动三通阀实现冷却水温度的调节。阀冷却水系统设置电加热器对冷却水的温度进行强制补偿，从而能够更好的防止进入换流阀的循环水温度过低，导致换流阀出现凝露的现象。

2.2关于水处理的回路中

为了能够更好的适应大功率电力电子设备在高电压条件下的使用要求，防止在高电压的环境下出现漏电流，冷却介质必须要具有着较低的电导率，所以在主循环冷却的水路上设置去离子水处理回路，并和主循环回路冷却介质在高压循环泵之前进行合流。从而使一定流量的部分冷却介质流经离子交换器，不断的净化管路之中可能析出的离子，同时也能使与离子交换器连接的补液装置可以自动把原水补充到封闭式的系统当中，更好的去保持冷却介质能够充满。

2.3关于缓冲密封的回路分析

因为所使用的密封方式不同，可以采用膨胀罐加氮气恒压系统去保持系统管路之中的冷却介质充满以及隔绝空气，也可以采用高位膨胀水箱的缓冲密封系统从而保持管路之中的冷却介质可以充满。

2.4关于二次回路的分析

阀冷控制系统主要采用PLC作为控制器，PLC是阀冷系统控制以及保护的核心元件，主要选择西门子S7-400H系列的PLC。

阀冷控制系统CPU以及IO模块全部采用冗余配置。两个CPU通过同步光缆模块进行连接，从而更好的实现了CPU硬件冗余。S7-400H 采用热备用模式的主动冗余原理，没有故障的时候两个子单元都处于运行的状态下，在故障出现的时候，故障的CPU将无扰动的自动切换到无故障的CPU，正常工作的子单元可以独立的完成整个过程的控制。

冗余系统由A、B两个PLC控制系统组成。在开始的时候，A系统为主，B系统为备用，当主系统A当中的任何一个组件出现错误，那么控制任务将会自动的切换到备用系统B之中进行执行，此时B系统变为主，A系统则为备用，其切换的时间小于100ms，切换期间输出信号持续保持，因而并不会出现信息丢失或报警中断。

3.关于换流阀冷却系统的维护检修分析 3.1关于主循环泵的维护分析

第一是主循环泵检修以及维护可以在线进行，也可以在系统停机的时候进行。第二是主循环泵为卧式结构，电机额定转速为1450rpm。第三是每周检测电机电源的三相电流平衡，三相电流的相差应该要小于十度。第四是水泵正常的噪音需要低于八十五分贝，在噪音增加或者是异常的时候，需要立即手动切换到备用泵，同时也需要通知厂家到现场对故障进行排除。第五是电机主轴以及泵体主轴的同心度对于水泵的长期稳定运行有着较大的影响，所以建议更换电机等维护操作应由水泵厂家进行，同时在维护之后使用专业的测量工具（如：百分表等）对电机和泵的同轴度进行测量。第六是检测水泵轴承室润滑油的高度，油杯需要见到润滑油的高度，一般油位达到杯子容量的2/3即可。

3.2关于补水泵以及原水泵的维护分析

第一是补水泵以及原水泵允许在线进行检修。第二是补水泵以及原水泵主要是为立式水泵，机械密封的冷却完全依赖于泵体内的液体介质浸泡，但是机械密封处于泵体的最高位，所以在第一次运行后必须要松开泵体上部的排气阀对其进行排气。第三是补水泵和原水泵允许的噪音需要低于七十二分贝，在噪音增大的时候需要停止运行。第四是每二年需要清洗水泵的电机风叶一次。

3.3关于三通阀执行机构的维护分析

第一是每个月巡检的过程中需要对三通阀执行机构的连杆销轴进行检测，同时每三个月加注适当的润滑油。第二是每年停机检修的过程中，手动对三通阀执行机构进行开关的动作。

3.4关于电磁阀线圈的更换分析

第一是利用螺丝刀去拧开电磁阀线圈侧边的接头螺丝，从而对其电缆接头进行拆开。第二是利用扳手拧开电磁阀线圈顶端的螺母和垫片，从而拔出线圈露出底座阀杆。第三是把新的线圈安装到底座阀杆。第四是使用扳手进行拧紧。第五是使用螺丝刀进行拧紧。

4、某公司水冷系统与ABB水冷系统的分析比较 4.1主水过滤器

主水过滤器的位置ABB设计Z1在波纹管W1和逆止阀V81之间，Z2在波纹管W2和逆止阀V82之间。在某公司的设计中，做了相关改进，将主水过滤器设在阀外冷设备出口至阀体进口管路之间，采用1用1备设计，可实现在线拆下清洗，同时在过滤器两端各增加一个压力表，当检测到压差大于系统设定的压差报警定值时，发出相应的告警，便于系统的维护。

4.2原水处理回路

原水处理回路上，某公司的设计中采用了两台补水泵，自动运行，互为备用。原水泵出水设置Y型过滤器，并在过滤器前后设置压力表，压力信号送入系统，当压差大于预设值时，告警提示更换Y型过滤器。

4.3动力回路

阀冷系统动力设备电源分开两路，以有效预防由于电源切换装置不成功导致主循环泵和外冷设备均停运的故障发生。如一路电源故障同时电源切换装置故障时，阀冷系统可以保证有一台设备正常运行，提高系统可靠性。在某公司的设计中，变频器的设计与ABB存在较大的差异。某公司设计有工频运行回路，而ABB均为变频运行，若变频器出现故障，易导致系统停运。

4.4控制回路

（1）关于主循环泵的控制，ABB采用变频器回路控制转速，变频器始终运行，变频器故障直接导致主循环泵不能运行；而某公司采用变频器和工频两个回路进行控制，启动时采用变频器，3秒后切到工频回路运行，变频器故障不会引起主循环泵不能运行。（2）某换流阀冷却系统的内冷系统较ABB换流阀冷却系统增加了1个原水罐和1台原水泵，而补水泵则增加为2台。这样设计的好处是在轻微渗水的情况下，原水罐的水可自动补充到膨胀罐中，从而避免膨胀罐水位降低引起直流系统停运。（3）某换流阀冷却系统水回路设计一般为冗余设计，即在一个元件出现故障时可以将备用的元件投入运行，不需要将冷却系统停运即可更换故障元件，如更换离子交换罐的树脂、主水过滤器等等。

总结

通过上述分析，对于ABB换流阀冷却系统的改进建议主要是为：首先是主循环泵的电源回路改为变频器以及工频两个回路，同时也需要修改相关的控制功能。第二是建议增加一个原水罐以及一台原水泵，同时也需要对其进行增加一台补水泵。

参考文献

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