高源，任麗佳

（1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司營(yíng)銷服務(wù)中心（計(jì)量中心），陜西 西安 710000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司超高壓變電公司，山西 太原 030000）

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)得到了飛速發(fā)展，尤其在電力傳輸技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)獲得了諸多新的成果，越來(lái)越多的技術(shù)方法為提升電力傳輸能力提供了幫助，高壓直流輸電工程的持續(xù)開(kāi)展，使得國(guó)家電力傳輸優(yōu)化方面得到了更多保障[1-2]。而不同區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平高低不同，導(dǎo)致電力需求水平亦存在差異，跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)是解決該問(wèn)題的重要措施之一，實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)電力容量的平衡分布，有利于緩解用電緊張的問(wèn)題。

高壓直流輸電系統(tǒng)中的換流閥作為直交流高電壓轉(zhuǎn)化的重要裝置，在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)故障，容易造成換流系統(tǒng)停運(yùn)，從而造成無(wú)法估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失[3-4]。換流閥在高壓直流電系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，換流閥的安全運(yùn)行，是高壓直流輸電穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障之一。換流站的閥冷系統(tǒng)是換流閥系統(tǒng)的組成部分，是為晶閥冷系統(tǒng)降溫而設(shè)計(jì)的一套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。相關(guān)資料顯示[5-6]，既往已經(jīng)有較多有關(guān)換流站閥冷系統(tǒng)運(yùn)行故障的研究報(bào)道，但多數(shù)研究仍存在一定局限性，僅側(cè)重于換流站或某幾個(gè)換流站，其研究結(jié)論并不適用于全國(guó)大范圍的換流站。

因此，本文將結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)閥冷系統(tǒng)故障的發(fā)生原因進(jìn)行系統(tǒng)性分析，以期為發(fā)冷系統(tǒng)故障提供有價(jià)值的預(yù)防和解決依據(jù)，對(duì)于換流站綜合考慮發(fā)冷系統(tǒng)的運(yùn)行狀況提供相應(yīng)的參考。

1 閥冷系統(tǒng)運(yùn)行故障原因分析

1.1 設(shè)備故障

1.1.1 主循環(huán)泵故障

主循環(huán)泵是冷凝水系統(tǒng)中保證冷凝水壓力不變、流速不變的重要操作設(shè)備。循環(huán)閥水冷卻系統(tǒng)的主泵軸封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要有較高的制造與安裝精度，如果使用不當(dāng)，將會(huì)造成嚴(yán)重的磨損與壽命縮短。主泵出現(xiàn)的故障有3 種，即振動(dòng)異常、軸封破損、輸油量小。引起振動(dòng)的因素有不平衡、基座松動(dòng)、軸偏移、潤(rùn)滑油振動(dòng)、主軸彎曲及軸的摩擦力等。

1.1.2 變頻器故障

變頻調(diào)速器在速度要求較高的場(chǎng)合，輸出的電壓和頻率各不相同。變頻調(diào)速裝置的起動(dòng)方式受施加電壓影響較大，不適用于頻率、負(fù)載不變的場(chǎng)合。采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，如果發(fā)生故障，則主循環(huán)泵將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.1.3 傳感器故障

閥冷系統(tǒng)中的傳感器主要采集流量、水位、溫度、壓力等運(yùn)行參數(shù)。若感應(yīng)器不精確或受損、接線端松開(kāi)、基座未緊固或者有嚴(yán)重的環(huán)境電磁干擾，那么實(shí)際測(cè)量值與監(jiān)測(cè)值之間就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，從而導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤的報(bào)警和錯(cuò)誤的保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)引起流量、水位、溫度、壓力等測(cè)量值異常，超出閥門(mén)的冷態(tài)設(shè)定值，將引起閥門(mén)組跳閘，影響直流輸電。

1.2 水路問(wèn)題

在水力循環(huán)系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)管路堵塞、漏氣、和水位變幅等現(xiàn)象，對(duì)水力調(diào)節(jié)閥冷卻系統(tǒng)造成較大的影響。換流閥冷卻系統(tǒng)易發(fā)生腐蝕結(jié)垢，嚴(yán)重影響換流閥的安全運(yùn)行。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐站實(shí)際運(yùn)行情況的分析，發(fā)現(xiàn)在等壓極、換熱器、過(guò)濾器、水管路及硅片散熱器上都有可能出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。內(nèi)冷卻水系統(tǒng)中的結(jié)垢樣品脫落會(huì)引起水系統(tǒng)堵塞、水流動(dòng)不順暢及內(nèi)冷水的效能下降，會(huì)引起電器部件燒損，甚至引發(fā)火災(zāi)。

1.3 監(jiān)控系統(tǒng)故障

閥水冷卻監(jiān)控系統(tǒng)不僅能監(jiān)控內(nèi)外冷系統(tǒng)，還能實(shí)現(xiàn)與各極點(diǎn)控制系統(tǒng)之間的信息交互。其中，閥式水冷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用可編程序控制器（天廣和高橋?yàn)镾ⅠMATⅠCS5 型系統(tǒng)，興安和云廣為SⅠMATⅠCS7 型系統(tǒng)）。在主系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，該系統(tǒng)能自動(dòng)、迅速、平穩(wěn)地切換到備用系統(tǒng)，且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起動(dòng)。為了確保閥門(mén)冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要根據(jù)相關(guān)裝置的具體運(yùn)行情況，來(lái)設(shè)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)。

1.4 自然因素

外界溫度的改變也會(huì)引起停電。在冬季，由于直流系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停用，水冷卻水溫度較低，內(nèi)冷卻水系統(tǒng)采用旁路回路運(yùn)行，造成了室外冷卻塔管路溫度偏低。在外界溫度升高時(shí)，或者在剛剛解除鎖定時(shí)，冷卻水的溫度升高，經(jīng)冷卻塔由旁路回路轉(zhuǎn)為循環(huán)式運(yùn)行時(shí)，內(nèi)、外水溫驟變，水位驟降，造成漏電保護(hù)動(dòng)作，引起單極閉鎖。

2 換流站閥冷系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)與分析

對(duì)1990—2018 年間國(guó)內(nèi)發(fā)表的200 余篇國(guó)內(nèi)換流站故障的文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索，發(fā)現(xiàn)66 例由于氣門(mén)冷卻系統(tǒng)造成的換流站設(shè)備失效。依據(jù)失效的成因及失效的時(shí)刻，將失效的情況進(jìn)行歸類、總結(jié)，如圖1 所示。根據(jù)3 個(gè)階段的數(shù)據(jù)對(duì)中國(guó)某變頻器換流站閥冷系統(tǒng)的失效情況進(jìn)行了分析。1990—2000 年換流站閥冷系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計(jì)如圖2 所示。

圖1 換流站閥冷系統(tǒng)故障年份統(tǒng)計(jì)圖

圖2 1990—2000 年換流站閥冷系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計(jì)圖

由圖1、圖2 可知，2000 年前閥冷系統(tǒng)故障較少。其中，水路缺陷導(dǎo)致的故障較多，主要表現(xiàn)為腐蝕、結(jié)垢、堵塞等現(xiàn)象。另外，由于2001—2010 年換流站數(shù)量少，換流閥設(shè)計(jì)不完善，仍然存在很多問(wèn)題，如圖3 所示。

圖3 2001—2010 年閥冷系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計(jì)圖

由圖1 和圖3 可知，2001—2010 年間，新?lián)Q流閥閥芯數(shù)量逐年增加，在變電站運(yùn)行過(guò)程中，變電站的各種故障也不斷出現(xiàn)，逐漸暴露出許多問(wèn)題。而在這些問(wèn)題中，水力問(wèn)題和設(shè)備問(wèn)題所占的比例很大，仍是導(dǎo)致?lián)Q流閥門(mén)失效的主要因素。

2011—2018 年以來(lái)，由于時(shí)間較短，中國(guó)轉(zhuǎn)爐閥體冷卻系統(tǒng)的事故較少，說(shuō)明由于對(duì)轉(zhuǎn)爐閥體故障的重視和各種處理方法的使用，事故率已明顯降低。較大的停電事故發(fā)生在興仁、龍泉、興東、德陽(yáng)、忠州和金華換流站。其中，系統(tǒng)設(shè)備故障、水路缺陷和供電問(wèn)題是最常見(jiàn)的故障類型。由此可見(jiàn)，設(shè)備維護(hù)、水路系統(tǒng)缺陷和電力系統(tǒng)穩(wěn)定仍是需要解決的重要問(wèn)題。

3 事故預(yù)想及解決方式的研究

以山西雁門(mén)關(guān)換流站（2017 年6 月投運(yùn)）極-高端閥冷系統(tǒng)（如圖4 所示）為基礎(chǔ)，建立事故預(yù)想模型，給出事故解決方案。

圖4 ±800 kV 特高壓雁門(mén)關(guān)換流站極-高端閥冷系統(tǒng)

3.1 閥冷系統(tǒng)異常及故障

現(xiàn)象描述：內(nèi)水冷流量低報(bào)警，內(nèi)水冷流量低時(shí)內(nèi)水冷主循環(huán)泵切換。

處理步驟：①檢查管道流量和進(jìn)閥壓力有無(wú)異常并橫向比對(duì)，若判斷為表計(jì)故障，在內(nèi)水冷控制面板上將故障表計(jì)退出，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；②檢查主循環(huán)泵運(yùn)行情況，泵轉(zhuǎn)動(dòng)中有無(wú)刺耳的雜音（防止泵中有空氣限制流速），檢查備用泵有無(wú)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常切換主循環(huán)泵，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；③檢查閥門(mén)位置是否正常，若閥門(mén)位置異常，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；④檢查水冷管道有無(wú)滲漏，若發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行處理。

3.2 內(nèi)水冷溫度高報(bào)警

現(xiàn)象描述：閥水冷溫度高報(bào)警。

處理步驟：①檢查空冷系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常及冷卻塔風(fēng)扇運(yùn)行是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常狀況，運(yùn)用冗余冷卻能力，并退出故障設(shè)備，檢修維護(hù)人員參與處理；②檢查噴淋泵運(yùn)行是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常狀況，切至備用噴淋泵運(yùn)行；③檢查冷卻塔風(fēng)扇運(yùn)行是否正常，若發(fā)現(xiàn)異常狀況，運(yùn)用冗余冷卻能力，退出故障設(shè)備，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；④通過(guò)軟件對(duì)2 套保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，觀察換流閥進(jìn)出水溫度與冷卻塔出水溫度的情況，如溫度存在較明顯差異，此時(shí)應(yīng)密切監(jiān)視，并需要專業(yè)的檢修維護(hù)人員進(jìn)行處理；⑤在測(cè)量值接近時(shí)，需要對(duì)溫度進(jìn)行密切監(jiān)視，同時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采取針對(duì)性的輔助降溫措施；⑥如觀察到溫度持續(xù)上升，則需要申請(qǐng)調(diào)度降低直流負(fù)荷。

3.3 內(nèi)水冷泄漏

現(xiàn)象描述：內(nèi)水冷泄漏報(bào)警或膨脹罐水位低報(bào)警；巡視或監(jiān)視過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)水冷有泄漏或水位異常降低的情況。

處理步驟：①檢查內(nèi)水冷膨脹罐水位是否正常，若水位正常且保持不變，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；②若水位持續(xù)迅速下降，立即申請(qǐng)調(diào)度停運(yùn)相應(yīng)閥組，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；③若水位緩慢下降，達(dá)到補(bǔ)水液位，檢查補(bǔ)水泵是否啟動(dòng)，若未啟動(dòng)，手動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水泵，保持水位在正常范圍，查找內(nèi)水冷回路漏點(diǎn)；④檢查閥廳地面是否有水跡，若發(fā)現(xiàn)閥塔漏水，請(qǐng)調(diào)度停運(yùn)相應(yīng)閥組；⑤若主循環(huán)泵漏水，立即切換至備用泵運(yùn)行，斷開(kāi)故障泵的電源開(kāi)關(guān)和安全開(kāi)關(guān)，關(guān)閉故障泵的進(jìn)出水閥門(mén)，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；⑥若發(fā)現(xiàn)內(nèi)水冷管道有漏點(diǎn)且能有效封堵，應(yīng)進(jìn)行封堵，無(wú)法封堵但能夠隔離的進(jìn)行隔離，無(wú)法封堵且無(wú)法隔離的，申請(qǐng)調(diào)度停運(yùn)相應(yīng)閥組；⑦以上部位均未發(fā)現(xiàn)漏水且冷卻塔有冗余，輪流關(guān)閉一組冷卻塔內(nèi)水冷進(jìn)出水閥門(mén)，檢查膨脹罐水位是否下降，排查冷卻塔內(nèi)部是否漏水；⑧若檢查發(fā)現(xiàn)冷卻塔內(nèi)部?jī)?nèi)水冷管道漏水，且冷卻塔有備用冗余時(shí)，將該組冷卻塔隔離，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理。

3.4 內(nèi)水冷電導(dǎo)率高

現(xiàn)象描述：內(nèi)水冷電導(dǎo)率高報(bào)警信號(hào)。

處理步驟：①現(xiàn)場(chǎng)檢查內(nèi)水冷電導(dǎo)率表計(jì)的指示是否正常、2 塊表計(jì)讀數(shù)是否一致；②若2 塊表計(jì)讀數(shù)偏差較大，則可能為表計(jì)故障，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；③檢查水質(zhì)，如果剛做過(guò)補(bǔ)水工作，檢查所使用補(bǔ)充水的電導(dǎo)率；④檢查電導(dǎo)率測(cè)量裝置的報(bào)警值整定，若電導(dǎo)率確實(shí)偏高，則通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理。

3.5 閥漏水檢測(cè)器報(bào)警

現(xiàn)象描述：閥漏水監(jiān)測(cè)報(bào)警信號(hào)。

處理步驟：①采用攝像頭并派人對(duì)閥廳地面及閥塔進(jìn)行細(xì)致檢查，確定是否已經(jīng)有水，查看膨脹罐水位情況，是否已經(jīng)出現(xiàn)下降；②如果閥漏水檢測(cè)器信號(hào)能夠復(fù)歸，檢查未發(fā)現(xiàn)水跡且水位未發(fā)現(xiàn)下降，則加強(qiáng)對(duì)該極內(nèi)水冷系統(tǒng)運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)，必要時(shí)申請(qǐng)調(diào)度停運(yùn)相應(yīng)閥組；③在閥漏水檢測(cè)器信號(hào)不能實(shí)現(xiàn)復(fù)歸時(shí)，未找到水跡，同時(shí)亦未見(jiàn)水位發(fā)生下降，此時(shí)需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理，必要時(shí)經(jīng)公司分管領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)申請(qǐng)調(diào)度停運(yùn)相應(yīng)閥組；④若漏水檢測(cè)器信號(hào)不能復(fù)歸，檢查發(fā)現(xiàn)水跡或發(fā)現(xiàn)水位下降，則立即申請(qǐng)調(diào)度停運(yùn)相應(yīng)閥組。

3.6 內(nèi)水冷傳感器報(bào)警

現(xiàn)象描述：內(nèi)水冷傳感器故障相應(yīng)報(bào)警信號(hào)。

處理步驟：①在水冷控制面板上檢查各傳感器示數(shù)是否相近，若差異較大，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；②若發(fā)現(xiàn)報(bào)警傳感器測(cè)量值異常，在水冷控制面板上將故障傳感器隔離，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；③若檢查未發(fā)現(xiàn)異常，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員檢查回路。

3.7 內(nèi)水冷主循環(huán)泵故障

現(xiàn)象描述：閥內(nèi)水冷系統(tǒng)主泵出現(xiàn)故障，備用泵投入運(yùn)行正常。

處理步驟：①檢查主泵電機(jī)，若主泵電機(jī)有嚴(yán)重發(fā)熱、冒煙現(xiàn)象，立即在VCCP 室主泵動(dòng)力柜內(nèi)進(jìn)行斷電，斷開(kāi)內(nèi)冷水室主泵電機(jī)安全開(kāi)關(guān)，做好安全措施并通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；②若主泵電機(jī)外觀檢查正常，對(duì)主泵電機(jī)電源開(kāi)關(guān)和安全開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢查，若無(wú)異常，斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)柜電源開(kāi)關(guān)，做好安全措施并通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；③若開(kāi)關(guān)跳開(kāi)則將跳開(kāi)開(kāi)關(guān)試合一次，若試合成功，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，試合不成功，通知相關(guān)檢修維護(hù)人員處理；④一臺(tái)泵運(yùn)行的情況下，要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)的運(yùn)行情況，嚴(yán)防丟失該泵電源（此時(shí)一般不進(jìn)行站用電系統(tǒng)切換操作），如短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)故障泵，應(yīng)將相關(guān)情況向調(diào)度報(bào)備。

自2011 年以來(lái)，國(guó)內(nèi)的換流閥閥冷系統(tǒng)并未出現(xiàn)較多故障，隨著人們對(duì)其重視程度的提高及各種故障相關(guān)解決方案的應(yīng)用，換流閥故障的發(fā)生概率已經(jīng)處于較低水平。在這段時(shí)間內(nèi)，水路系統(tǒng)設(shè)備故障、水路缺陷及供電隱患是換流站主要的故障類型，仍然有必要對(duì)設(shè)備進(jìn)行積極維護(hù)，完善水路系統(tǒng)，同時(shí)盡可能地維持電網(wǎng)穩(wěn)定是目前相關(guān)領(lǐng)域工作中的重要目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

換流站閥冷系統(tǒng)的安全性、可靠性與換流站的安全運(yùn)行密切相關(guān)，加強(qiáng)對(duì)閥冷卻系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與保護(hù)是保證換流站閥冷系統(tǒng)安全可靠的關(guān)鍵；換流站的氣門(mén)冷卻系統(tǒng)有許多弱點(diǎn)，對(duì)其故障的成因進(jìn)行了詳細(xì)的剖析，造成閥門(mén)冷卻系統(tǒng)故障的主要原因是水槽缺陷和設(shè)備故障；以2017 年投產(chǎn)的雁門(mén)關(guān)換流站閥冷接線為基礎(chǔ)，建立事故預(yù)想，給出解決方案，保障換流站閥冷系統(tǒng)的安全。