毛志平，武劍利，孫鵬

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

目前國家電網(wǎng)公司多數(shù)換流站采用的是基于ABB技術(shù)路線的閥冷卻設(shè)備，水冷系統(tǒng)作為對可控硅進行冷卻的重要設(shè)備，直接影響到換流閥的安全可靠運行。閥冷卻系統(tǒng)分為內(nèi)冷水系統(tǒng)和外冷水系統(tǒng)。文中就ABB技術(shù)的閥冷系統(tǒng)冷卻塔檢修安措進行分析，提出優(yōu)化方案。

1 換流站閥水冷設(shè)計原理

1.1 水冷系統(tǒng)設(shè)備主要組成及功能介紹

閥冷卻系統(tǒng)通過冷卻介質(zhì)的流動帶走可控硅閥運行中所產(chǎn)生的熱量。從散熱效果、防火、防腐蝕等方面考慮，閥冷卻系統(tǒng)由2部分組成:內(nèi)冷水系統(tǒng)，介質(zhì)采用去離子水;外冷水系統(tǒng)，介質(zhì)采用軟化水。圖1為閥冷卻系統(tǒng)原理圖。

1.1.1 動力單元

水冷系統(tǒng)主要動力單元主循環(huán)泵E1.P1和E1.P2用于為內(nèi)冷水系統(tǒng)提供循環(huán)動力，使處理過的內(nèi)冷水經(jīng)過冷卻塔冷卻后持續(xù)對換流閥進行冷卻。目前工程中，換流站每極 (單元)有2臺主循環(huán)泵，正常工況下，1臺高速運行，1臺備用，除非內(nèi)水冷泄漏保護動作停泵跳閘。

圖1 閥冷卻系統(tǒng)原理圖

1.1.2 可控硅組件冷卻單元

常規(guī)直流換流站閥塔按電壓由若干個可控硅組件組成，每個可控硅組件由6個可控硅元件和7個冷卻器組成，如圖2。

圖2 可控硅組件冷卻原理圖

圖2中虛線為進水管路，溫度較低，實線為出水管路，溫度較高，進、出水管路設(shè)計采用交叉串聯(lián)方式，即單個可控硅兩側(cè)冷卻器一個水溫高，一個水溫低，這種設(shè)計在兼顧設(shè)備安全運行的同時也保證了一個可控硅組件中每個可控硅元件冷卻效果的均勻性。

1.1.3 冷卻塔

冷卻塔單元由水噴淋單元和風(fēng)冷單元組成。水噴淋單元用于對內(nèi)冷水散熱管進行噴淋水冷，風(fēng)冷單元則將噴淋散熱管后產(chǎn)生的熱量帶出冷卻塔，保證冷卻塔內(nèi)部熱冷空氣的對流。鵝城換流站每極配置3個冷卻塔，每個冷卻塔對應(yīng)1臺噴淋泵，另每極備有1臺備用噴淋泵，當(dāng)任何一臺主用噴淋泵故障時備用噴淋泵都會取代其運行。

冷卻塔頂部為風(fēng)冷單元，中部為噴淋單元，下部為內(nèi)冷水系統(tǒng)散熱管，如圖3所示。

圖3 冷卻塔冷卻原理圖

冷卻水通過噴淋管下部安裝的噴嘴形成水霧面對散熱管進行不間斷冷卻，同時通過風(fēng)冷單元加快空氣對流，提高冷卻塔的降溫效果。由于冷卻塔風(fēng)扇主要為機械設(shè)備，全天24 h不間斷運行，加之其運行環(huán)境較為潮濕，導(dǎo)致故障率極高。

冷卻塔風(fēng)冷單元風(fēng)扇由變頻器控制，控制系統(tǒng)根據(jù)冷卻容量需求，控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

2 冷卻塔檢修狀態(tài)

2.1 冷卻塔檢修狀態(tài)定義及風(fēng)險

2.1.1 冷卻塔轉(zhuǎn)至檢修狀態(tài)的操作:1)斷開備用噴淋泵電源;2)拉開需檢修的冷卻塔對應(yīng)噴淋泵電源;3)拉開需檢修的冷卻塔風(fēng)扇電源;4)關(guān)閉備用噴淋泵切換電動閥門的操作電源;5)斷開上述設(shè)備的安全開關(guān);6)關(guān)閉需檢修的冷卻塔進出水閥門。

完成以上6項操作后，檢修人員才能進入冷卻塔，對冷卻塔內(nèi)故障部件進行檢修或更換。

2.1.2 操作的風(fēng)險:1)斷開備用噴淋泵電源后，其它正常運行的冷卻塔噴淋泵將失去備用，導(dǎo)致冷卻塔失去1/3冷卻容量。2)若不退出備用噴淋泵電源，在拉開需檢修冷卻塔的噴淋泵電源后，備用噴淋泵會自動投入，需進行檢修的冷卻塔無法退出運行轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)。

2.2 冷卻塔檢修狀態(tài)分析

由于冷卻塔故障率較高，故障處理需對冷卻塔在運行狀態(tài)和檢修狀態(tài)進行頻繁轉(zhuǎn)換，根據(jù)現(xiàn)有冷卻塔檢修狀態(tài)的定義，每次冷卻塔退出轉(zhuǎn)檢修都要將備用噴淋泵及其切換閥門電源斷掉，事件記錄會發(fā)出“valve cooling spray water red eqm faulty”黃色告警，該檢修狀態(tài)對其它正常系統(tǒng)的運行造成風(fēng)險，此報警發(fā)出后，其它冷卻塔故障時，不再發(fā)出報警，將嚴(yán)重影響其它系統(tǒng)的運行監(jiān)控。

2.2.1 主用噴淋泵故障后替換過程

當(dāng)主用噴淋泵故障，發(fā)出“valve cooling spray pump E4.PX faulty”告警，系統(tǒng)如判定需要繼續(xù)啟動該組冷卻塔，在備用噴淋系統(tǒng)可用的情況下，會打開相應(yīng)的切換閥門，并啟動備用噴淋泵運行，因此備用噴淋泵的啟動順序可簡單歸納為:主用噴淋泵故障—打開相應(yīng)切換閥門—啟動備用噴淋泵。只有打開了相應(yīng)的切換閥門，備用噴淋泵才能啟動。

備用噴淋泵切換閥門打開的條件:1)該組冷卻塔有啟動信號;2)該組冷卻塔噴淋泵故障;3)其他切換閥門未打開;4)噴淋泵及該切換閥門未故障。

2.2.2 事件記錄發(fā)“valve cooling spray water red eqm faulty”(備用噴淋裝置故障)黃色告警的條件

1)備用噴淋泵故障 (E4.P4);

2)主用噴淋泵切換閥門故障 (E4.K4/E4.K5/E4.K6)。

因此，“valve cooling spray water red eqm faulty”(備用噴淋裝置故障)不僅僅只是備用噴淋泵故障的信號，它還可能包含了切換閥門的故障信號，具體軟件分析如圖4所示。

圖4 備用噴淋裝置故障告警條件

2.2.3 備用噴淋泵不啟動條件分析

當(dāng)某組冷卻塔的任一風(fēng)扇故障，軟件中顯示該冷卻塔的OK信號消失，該冷卻塔的其它風(fēng)扇也隨即停運。由于噴淋泵信號是RS觸發(fā)門控制，因此可以保持主用系統(tǒng)的冷卻塔啟動信號“start”信號，而此時備用系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)噴淋泵故障的信號。當(dāng)冷卻塔的OK信號消失后，系統(tǒng)不再發(fā)出該組冷卻塔的“start”信號，根據(jù)備用噴淋泵切換閥門打開的條件可知，系統(tǒng)不打開備用噴淋泵切換閥門，也就不會啟動備用噴淋泵，具體軟件分析如圖5。

圖5 備用噴淋泵不啟動軟件分析圖

3 檢修狀態(tài)優(yōu)化

通過以上分析，原有冷卻塔檢修狀態(tài)定義中，退出相應(yīng)備用噴淋泵切換閥門和備用噴淋泵有一定風(fēng)險，不僅增加了操作風(fēng)險，且將備用噴淋泵退出會使其它運行的噴淋泵失去冗余，增加了外冷水冷卻容量不足導(dǎo)致內(nèi)冷水溫度過高的風(fēng)險。鑒于上述分析，冷卻塔單只風(fēng)扇或整組退出運行時，無需關(guān)閉備用噴淋泵電源，改變了冷卻塔檢修狀態(tài)的定義。

為此，冷卻塔的檢修狀態(tài)優(yōu)化為:拉開需檢修冷卻塔風(fēng)扇電源;拉開需檢修冷卻塔噴淋泵電源;斷開上述設(shè)備的安全開關(guān);關(guān)閉冷卻塔進出水閥門。

4 結(jié)束語

通過對檢修狀態(tài)的優(yōu)化，斷開該組冷卻塔噴淋泵電源后，備用噴淋泵不會自動投入，冷卻塔可順利轉(zhuǎn)檢修，而且備用噴淋泵不用退出備用，其它運行冷卻塔不會失去備用，增加了其它運行設(shè)備的可靠性。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)〔M〕.北京:中國電力出版社.

〔2〕國家電網(wǎng)公司.直流換流站運維技能培訓(xùn)教材—換流站運行〔M〕.北京:中國電力出版社2012.

〔3〕湖南省電力公司.500 kV鵝城換流站現(xiàn)場運行規(guī)程〔S〕，2012.