特高压直流阀水冷系统隐患深度排查及防范措施研究

毛志平，武剑利，蒋久松，刘源

（国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004)

特高压直流阀水冷系统隐患深度排查及防范措施研究

毛志平，武剑利，蒋久松，刘源

（国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004)

阀水冷系统作为特高压换流站的重要组成部分，担负着冷却换流阀的作用，是保证直流系统正常运行的根本。本文以特高压换流站阀水冷系统设计、施工为切入点，对相关规程规范未涉及但可能影响设备安全稳定运行的重要隐患进行深度挖掘，提出相应整改和防范措施，确保运维阶段阀水冷系统的长期安全稳定运行，有效提升直流输电系统可靠性。

特高压换流站；阀水冷；隐患防范措施

特高压换流站阀水冷系统是直流输电系统的重要组成部分，其正常运行直接关系着直流输电系统的安全稳定运行，特别是阀水冷系统的一些控制逻辑、保护功能可直接闭锁直流系统或导致直流输送功率强迫回降。目前，很多特高压换流站运行阶段出现的事故、异常均与设计或施工有着密切关系，这类隐患在相关规程规范、反措中暂未涉及，但随着换流站投运年限的增长而逐步凸显，且呈现出整改难度大、整改不彻底甚至无法整改的现象。结合韶山换流站阀水冷系统设计施工阶段暴露的问题，通过对类似隐患深度挖掘和深入分析，在保证现场施工安全、质量和进度的前提下，制定具体整改措施，并提出今后的设计优化建议。

1 特高压阀水冷系统设计原理及配置

特高压换流阀正常运行时会生产大量热量，为保证其运行在正常温度，防止由于高温而损坏，需有一套冷却系统对其进行冷却，按其功能可分为阀内冷系统和阀外冷系统。

阀内冷系统通过主循环泵的运转使内冷水在密闭的回路中循环流动，流经换流阀时带走其热量，保持换流阀运行在正常温度。阀内冷系统配置有分支水处理回路，在一定时间内将全部内冷水进行去离子处理，保证电导率在规定范围内。

阀外冷系统为敞开式设计，冷却塔通过风机产生向上的气流，喷淋泵将喷淋水从喷淋水池抽出后产生向下的水流，在冷却塔内形成对流，对冷却塔内流动在盘管中的内冷水进行冷却。喷淋水须进行过一套水预处理系统，去除喷淋水中的渣滓、微生物，降低喷淋水硬度后，进入喷淋水池。

特高压换流站共4个阀厅，每个阀厅配置一套独立的闭式循环阀水冷系统设备。每套完整的阀水冷设备包括:一套阀内冷系统、一套阀外冷系统、一套内冷系统电源和控制系统、一套外冷系统电源和控制系统、工业水泵组及整个设备的所有管道。

2 “直流反措”及 “精益化评价”要求

国家电网公司 《防止直流换流站单双极闭锁二十一项反事故措施》(以下简称 “直流反措”)第八章 “防止阀内冷却系统故障导致闭锁”、第九章 “防止阀外冷却系统故障导致闭锁”及 《换流阀水冷系统全过程技术监督精益化管理实施评价细则》(以下简称 “精益化评价”)均从规划设计、采购制造、基建安装、验收投运、运维检修等5个阶段，对阀内冷系统和阀外冷系统提出相关要求，明确具体防范措施。

其中 “防止阀内冷却系统故障导致闭锁”的规划设计阶段，重点强调了主循环泵、传感器等重要硬件设施的配置原则及控制保护系统、各类保护的配置原则；基建安装阶段，重点明确了管道、主泵及其电机的安装方式、安装要求等。

“防止阀外冷却系统故障导致闭锁”的规划设计阶段，重点明确了冷却塔、风扇电机、喷淋泵的电源设计、逻辑控制、环境要求等；基建安装阶段，重点明确了冷却塔换热盘管安装方式及工艺质量，提出缓冲水池、盐池应考虑防渗水设计。

随着新技术和新产品的应用，在提高设备可靠性的同时可能出现一些新的缺陷和隐患，为防止其引起故障或事故，需要大量现场运行实践和跟踪进行分析和挖掘并提出整改措施进行预防。

3 特高压换流站阀水冷系统隐患及防范措施

3.1 主循环泵冷却管接口封堵形式存在问题及措施

阀水冷系统的主循环泵犹如人体的心脏，其可靠运行直接关系到阀水冷系统及整个直流系统的正常运行。目前新建特高压换流站的阀水冷主循环泵，全部采用卧式泵。为防止轴封运行中过热和漏水，所有主泵轴封采用双轴封串联设计，既增加了轴封的使用寿命，又减少其运行中的摩擦和发热，因此不需要冷却。但目前主循环泵轴封上仍然保留其冷却管接口，且采用堵头加生料带的形式进行密封，形式较为简陋，已出现过漏水现象，经更换生料带后不再漏水。该轴封的设计对主循环泵运行产生较大的漏水隐患，如在运行中出现漏水，处理该缺陷需要相应阀组停运，严重时将导致泄漏保护动作导致阀组强迫停运。

防范措施:将现有的堵头加生料带的密封形式更改为带有 “O”型密封圈的专用堵头，增加密封的可靠性，确保封堵寿命，保证在主循环泵运行时不产生泄漏，且利于后期运行维护。

3.2 阀水冷管道穿墙存在问题及措施

阀水冷主要设备在室内，但冷却塔、喷淋水池等设备在户外，室内外之间通过不锈钢管道穿墙连接。阀水冷主要穿墙不锈钢管道有:内冷水去冷却塔的管道、内冷水去换流阀的管道、喷淋水池到喷淋泵的管道、喷淋泵到冷却塔的管道。正常运行时，水的流量约为85 l/s，运行过程中会产生较大震动。另外，这些管道本身具有热胀冷缩效应，如在穿墙时未采取密封和减震措施，墙体在长期的应力作用下会产生裂纹，出现渗漏，甚至出现墙体垮塌、内涝等情况，造成严重损失。

防范措施:不锈钢管道穿墙时应使用穿墙套管，用于缓冲震动，减少对墙体的应力。如有防水要求，穿墙时应使用A型或B型防水套管，在缓震的同时防止渗漏水。

3.3 阀水冷系统地下穿线管存在问题及措施

特高压换流站阀水冷采取下沉式喷淋水池、下沉式喷淋泵坑(位于地下4 m)设计，内部大量动力电缆和控制电缆需从地下穿线管引入地面相关动力或控制盘柜中。由于地势低，如未采取防水措施可能导致穿线管中大量积水，穿线管中的动力电缆和控制电缆长期浸泡在水中，可能引起绝缘下降，使动力、信号或控制电源丢失，造成设备运行紊乱，甚至导致阀组强迫停运。

防范措施:对于地势较低的穿线管应使用整体不锈钢管且减少焊接，转弯处宜使用整管弯接，如需焊接应满焊，不得点焊连接，焊接点应采取防水防腐措施防止渗水。

3.4 阀水冷泵坑设备室地面存在问题及措施

阀水冷泵坑内安装有喷淋泵、自循环泵等重要电气设备，由于泵坑在离地面－4 m层，且未安装空调等驱潮设备，长期处于阴暗潮湿的环境，地面在潮气的作用下会产生积水，不利于电气设备的运行，有可能导致喷淋泵、自循环泵等电气设备绝缘降低而影响其使用寿命，甚至导致设备损坏停运，且积水的长期存在影响日常巡视和运行维护工作。

防范措施:在设备安装完毕后应对地面进行找平，并向集水坑内倾斜，防止积水产生，有条件的特高压换流站可在泵坑内安装驱潮装置或空调达到除湿的目的。

3.5 阀水冷进水管存在问题及措施

阀外冷系统喷淋泵、自循环泵正常运行时的水源来自喷淋水池，流量约为195 l/s，主要起着向密闭式冷却塔提供喷淋水和喷淋水池循环清洁的作用。喷淋水池顶部人孔和入口一般都有封闭措施，喷淋水池内部墙壁一般都贴有瓷砖，瓷砖在长期浸泡下有脱落破碎的可能，如喷淋水池内不慎掉入较大杂物或脱落破碎的瓷砖随着水流进入泵的本体，极易造成泵的叶片损伤或断裂，严重时造成泵外壳破裂或电机烧毁等故障。

防范措施:在喷淋泵、自循环泵进水口增加隔离池，将杂物隔离在隔离池之外，并在水管进出口水处增加5 mm不锈钢过滤网，防止杂物进入管道内，建议纳入今后的阀水冷系统典型设计。

4 结论

上述隐患在相关规程规范等内容中不会涉及或提及，容易被忽视，但在实际运行过程中影响及危害较大，且随着换流站运行年限的增长问题逐渐凸显，可能造成设备停运、损坏甚至直流系统停运等事故。为此，在系统设计、施工阶段对上述隐患进行排查和整改非常必要。建议纳入阀水冷系统的典型设计，进一步优化阀水冷系统内外部运行环境，进而提升直流系统运行可靠性。

〔1〕赵畹君.高压直流输电工程技术 〔M〕.北京:中国电力出版社，2009.

〔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〕国家电网公司.防止直流换流站单双极闭锁二十一项反事故措施 〔M〕.北京:中国电力出版社，2016.

〔4〕国家电网公司.高压直流输电换流阀冷却系统技术规范: Q/GDW 527—2010〔S〕.北京:中国电力出版社，2010.

〔5〕国家电网公司.高压直流输电换流阀水冷却设备:GB/T 30425—2013〔S〕.北京:中国电力出版社，2013.

〔6〕国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施:国家电网生 〔2012〕352号 〔S〕.北京:中国电力出版社，2012.

〔7〕国家电网公司.换流阀冷却系统保护技术规范:国家电网公司生输电 〔2009〕203号 〔S〕.北京:中国电力出版社，2009.

〔8〕国家电网公司.国家电网公司特高压变电站和直流换流站技术监督服务管理标准:国网生直流函 〔2011〕32号 〔S〕.2011.

〔9〕国家电网公司.±800 kV直流系统电气设备监造导则:Q/ GDW 263—2009〔S〕.北京:中国电力出版社，2009.

〔10〕国家电网公司.国家电网公司特高压变电站和直流换流站技术监督服务管理标准:国网生直流函 〔2011〕32号〔S〕.2011.

Research of UHVDC Valve Cooling System Incipient Fault Identification and Prevention

MAO Zhiping，WU Jianli，JIANG Jiusong，LIU Yuan
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company，Changsha 410004，China)

Valve cooling system is an important part of UHV converter station with the fuction of cooling and converter valves，it is foundation to ensure the normal operation of UHV system.Based on the UHV DC converter valve cooling system design and construction stage，this paper analyzes some hidden danger which could affect long-term operation，and put forward the corresponding corrective and preventive measures to ensure equipment safe and stable operation.It can effectively improve the reliability of DC transmission system.

UHV converter station；valve cooling system；incipient fault prevention

TM721.1

B

1008-0198(2017)04-0021-03

毛志平(1982)，男，汉族，高级工程师、技师。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.007

2016-12-22 改回日期:2017-05-03