基于ABB阀冷技术冷却塔检修状态的分析和优化

毛志平，武剑利，孙鹏

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004)

目前国家电网公司多数换流站采用的是基于ABB技术路线的阀冷却设备，水冷系统作为对可控硅进行冷却的重要设备，直接影响到换流阀的安全可靠运行。阀冷却系统分为内冷水系统和外冷水系统。文中就ABB技术的阀冷系统冷却塔检修安措进行分析，提出优化方案。

1 换流站阀水冷设计原理

1.1 水冷系统设备主要组成及功能介绍

阀冷却系统通过冷却介质的流动带走可控硅阀运行中所产生的热量。从散热效果、防火、防腐蚀等方面考虑，阀冷却系统由2部分组成:内冷水系统，介质采用去离子水;外冷水系统，介质采用软化水。图1为阀冷却系统原理图。

1.1.1 动力单元

水冷系统主要动力单元主循环泵E1.P1和E1.P2用于为内冷水系统提供循环动力，使处理过的内冷水经过冷却塔冷却后持续对换流阀进行冷却。目前工程中，换流站每极 (单元)有2台主循环泵，正常工况下，1台高速运行，1台备用，除非内水冷泄漏保护动作停泵跳闸。

图1 阀冷却系统原理图

1.1.2 可控硅组件冷却单元

常规直流换流站阀塔按电压由若干个可控硅组件组成，每个可控硅组件由6个可控硅元件和7个冷却器组成，如图2。

图2 可控硅组件冷却原理图

图2中虚线为进水管路，温度较低，实线为出水管路，温度较高，进、出水管路设计采用交叉串联方式，即单个可控硅两侧冷却器一个水温高，一个水温低，这种设计在兼顾设备安全运行的同时也保证了一个可控硅组件中每个可控硅元件冷却效果的均匀性。

1.1.3 冷却塔

冷却塔单元由水喷淋单元和风冷单元组成。水喷淋单元用于对内冷水散热管进行喷淋水冷，风冷单元则将喷淋散热管后产生的热量带出冷却塔，保证冷却塔内部热冷空气的对流。鹅城换流站每极配置3个冷却塔，每个冷却塔对应1台喷淋泵，另每极备有1台备用喷淋泵，当任何一台主用喷淋泵故障时备用喷淋泵都会取代其运行。

冷却塔顶部为风冷单元，中部为喷淋单元，下部为内冷水系统散热管，如图3所示。

图3 冷却塔冷却原理图

冷却水通过喷淋管下部安装的喷嘴形成水雾面对散热管进行不间断冷却，同时通过风冷单元加快空气对流，提高冷却塔的降温效果。由于冷却塔风扇主要为机械设备，全天24 h不间断运行，加之其运行环境较为潮湿，导致故障率极高。

冷却塔风冷单元风扇由变频器控制，控制系统根据冷却容量需求，控制风扇转速。

2 冷却塔检修状态

2.1 冷却塔检修状态定义及风险

2.1.1 冷却塔转至检修状态的操作:1)断开备用喷淋泵电源;2)拉开需检修的冷却塔对应喷淋泵电源;3)拉开需检修的冷却塔风扇电源;4)关闭备用喷淋泵切换电动阀门的操作电源;5)断开上述设备的安全开关;6)关闭需检修的冷却塔进出水阀门。

完成以上6项操作后，检修人员才能进入冷却塔，对冷却塔内故障部件进行检修或更换。

2.1.2 操作的风险:1)断开备用喷淋泵电源后，其它正常运行的冷却塔喷淋泵将失去备用，导致冷却塔失去1/3冷却容量。2)若不退出备用喷淋泵电源，在拉开需检修冷却塔的喷淋泵电源后，备用喷淋泵会自动投入，需进行检修的冷却塔无法退出运行转入检修状态。

2.2 冷却塔检修状态分析

由于冷却塔故障率较高，故障处理需对冷却塔在运行状态和检修状态进行频繁转换，根据现有冷却塔检修状态的定义，每次冷却塔退出转检修都要将备用喷淋泵及其切换阀门电源断掉，事件记录会发出“valve cooling spray water red eqm faulty”黄色告警，该检修状态对其它正常系统的运行造成风险，此报警发出后，其它冷却塔故障时，不再发出报警，将严重影响其它系统的运行监控。

2.2.1 主用喷淋泵故障后替换过程

当主用喷淋泵故障，发出“valve cooling spray pump E4.PX faulty”告警，系统如判定需要继续启动该组冷却塔，在备用喷淋系统可用的情况下，会打开相应的切换阀门，并启动备用喷淋泵运行，因此备用喷淋泵的启动顺序可简单归纳为:主用喷淋泵故障—打开相应切换阀门—启动备用喷淋泵。只有打开了相应的切换阀门，备用喷淋泵才能启动。

备用喷淋泵切换阀门打开的条件:1)该组冷却塔有启动信号;2)该组冷却塔喷淋泵故障;3)其他切换阀门未打开;4)喷淋泵及该切换阀门未故障。

2.2.2 事件记录发“valve cooling spray water red eqm faulty”(备用喷淋装置故障)黄色告警的条件

1)备用喷淋泵故障 (E4.P4);

2)主用喷淋泵切换阀门故障 (E4.K4/E4.K5/E4.K6)。

因此，“valve cooling spray water red eqm faulty”(备用喷淋装置故障)不仅仅只是备用喷淋泵故障的信号，它还可能包含了切换阀门的故障信号，具体软件分析如图4所示。

图4 备用喷淋装置故障告警条件

2.2.3 备用喷淋泵不启动条件分析

当某组冷却塔的任一风扇故障，软件中显示该冷却塔的OK信号消失，该冷却塔的其它风扇也随即停运。由于喷淋泵信号是RS触发门控制，因此可以保持主用系统的冷却塔启动信号“start”信号，而此时备用系统会发出相应喷淋泵故障的信号。当冷却塔的OK信号消失后，系统不再发出该组冷却塔的“start”信号，根据备用喷淋泵切换阀门打开的条件可知，系统不打开备用喷淋泵切换阀门，也就不会启动备用喷淋泵，具体软件分析如图5。

图5 备用喷淋泵不启动软件分析图

3 检修状态优化

通过以上分析，原有冷却塔检修状态定义中，退出相应备用喷淋泵切换阀门和备用喷淋泵有一定风险，不仅增加了操作风险，且将备用喷淋泵退出会使其它运行的喷淋泵失去冗余，增加了外冷水冷却容量不足导致内冷水温度过高的风险。鉴于上述分析，冷却塔单只风扇或整组退出运行时，无需关闭备用喷淋泵电源，改变了冷却塔检修状态的定义。

为此，冷却塔的检修状态优化为:拉开需检修冷却塔风扇电源;拉开需检修冷却塔喷淋泵电源;断开上述设备的安全开关;关闭冷却塔进出水阀门。

4 结束语

通过对检修状态的优化，断开该组冷却塔喷淋泵电源后，备用喷淋泵不会自动投入，冷却塔可顺利转检修，而且备用喷淋泵不用退出备用，其它运行冷却塔不会失去备用，增加了其它运行设备的可靠性。

〔1〕赵畹君.高压直流输电工程技术〔M〕.北京:中国电力出版社.

〔2〕国家电网公司.直流换流站运维技能培训教材—换流站运行〔M〕.北京:中国电力出版社2012.

〔3〕湖南省电力公司.500 kV鹅城换流站现场运行规程〔S〕，2012.