一起阀冷故障导致的试验期间换流站闭锁事件剖析

杨光+吴兵+王玉景

摘 要：换流站是当前高压电网系统的重要组成部分，可以完成交、直流间的整流与逆变，实现大功率异步联网，主要设备有换流阀、换流变、控保系统、电抗器、滤波器等，其中的核心便是换流阀。由于换流阀的电力电子器件发热量较大所以需要阀组冷却系统进行散热，阀冷的运转好坏直接影响到换流器的正常运行。文章借鉴常规变电设备的故障处理方法与思路，通过对一起阀冷系统的主循环泵（简称主泵）故障导致的换流站试验期间闭锁退出事件进行分析、探讨，发现了相关设备在设计、安装及监控上面不完善之处，同时结合实际情况给出了相关消缺建议，并在后续检修中予以整改，保障了换流站正式投运后的安全、稳定运行，望文章能为电力工作者在今后相关工作中的类似问题提供参考与帮助。

关键词：换流站；阀组冷却系统；主循环泵；闭锁；设计；安装；监控

中图分类号：TM721.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）34-0177-02

引言

換流站是当前高压电网系统的重要组成部分，可以完成交、直流间的整流与逆变，实现大功率异步联网，主要设备有换流阀、换流变、控保系统、电抗器、滤波器等，其中的核心便是换流阀。由于换流阀的电力电子器件发热量较大所以需要一套阀组冷却系统进行散热，阀冷系统的运转好坏直接影响到换流器的正常运行。

本文将对换流站试验期间一起阀冷故障导致的闭锁事件进行分析、探讨，找出相关设备在设计、安装、接线及监控上面的不完善之处，并给出整改意见消除相关隐患。

1 事件介绍

为提高换流站人过负荷试验中的站用电可靠性（正常运行方式下，站用电交流Ⅰ段母线由1号站用变供电，Ⅱ段母线由2号站用变供电，0号站用变为热备用状态），同时兼顾站用电定期切换工作，将1号站用变低压侧停电，站用电交流I段母线负荷切至0号站用变。

正式操作前检查换流站后台信号一切正常，按照“先分后合”原则，拉开1号站用变低压侧1QF，然后合上0号站用变低压侧3QF，站用变低压侧切换操作完毕，现场检查站用电屏工作正常。之后不久接调度电话，告知有告警事件，通过调取后台告警信息，发现换流站闭锁退出运行：具体表现为换流阀闭锁，换流站成套装置通过断路器与交流系统侧隔离，期间未对电网造成影响。

2 故障分析

2.1 初步检查与判断

现场检查一次设备无异常，换流站保护无异常信号；换流变压器保护无异常信号。通过调取后台事件记录，显示为换流站阀冷系统的保护动作，继而触发换流站控制装置将换流站闭锁退出。

2.2 本站阀冷系统及相关回路介绍

本站每套换流阀配置一套水冷却系统，冷却介质为60%纯水+40%乙二醇，采用内水冷、外风冷方式。

随着换流阀热负荷的变化，根据进阀温度的高低来控制进入外循环冷却系统的冷却水流量及外循环冷却系统投入冷却的风机组数，从而达到精确控制系统温度的目的。

2.3 阀冷故障引发跳闸事件分析

根据保护动作情况及现场检查情况分析如下：

（1）1号站用变低压侧1QF手动分闸，交流站用I母短时失电。1、2、3号换流器的阀冷主循环泵P1均交流失电，根据切换逻辑将自动切换至主循环泵P2继续运行（之前的换流站调试验证过相关主循环泵切换逻辑的正确性）。

（2）3号换流器阀冷的主循环泵P2运行1.7s后出现故障，因交流站用电I母仍然失电，无法切换至主循环泵P1，在主循环流量偏低（约0.2s后）向3号换流器控制装置CCP3发送请求跳闸信号，见图1。

（3）3号换流器控制装置CCP3的A/B系统均收到3号换流器阀冷保护的请求跳闸信号（约0.1s后）：闭锁换流器阀组，并将相关交流断路器跳闸。

查阅阀冷系统设计文件，其主循环水泵提供密闭循环流体所需动力，为高速离心叶片泵，一用一备，每台为100%容量，设过流和过热保护。如果运行泵故障或不能提供额定压力或流量，马上切换至备用泵，并发出报警信号，若切换失败就会触发主循环流量保护。

继而可以确定本次跳闸事件的起因为所用电手动切换的过程中，3号换流器阀冷的主循环泵P2出现故障，而由于所用电切换此时主循环泵P1处于失电状态，从而3号换流器阀冷系统向3号换流器控制系统（CCP3控制装置）发送水冷系统请求跳闸信号，进而引起换流站闭锁退出运行。

2.4 阀冷系统故障模拟重现

在换流站停用状态下进行3号换流器阀冷系统主循环泵切换，模拟相关故障。

当3号换流器的主循环泵P1切至主循环泵P2时，其动力回路中对应的接触器KM1抖动严重，内部有分、合电弧，信号继电器K01动作，最终切换失败。换流站监控后台发出相应告警信号，但1分钟后信号自动消失。

2.5 故障原因细查

2.5.1 现场动力回路检查

现场检查发现主循环泵P2动力回路的电源空气开关跳闸，触感温度较高，但后台监控系统无告警信号（实际上短时显示过，但未保持，见2.2）。

打开主循环泵P2的电机电源盒，发现其A相电源线接头处有烧糊痕迹，绝缘遭到破坏，用手拉动发现压接不牢固。

2.5.2 故障根源分析

查看换流器阀冷系统的主循环泵动力柜控制及信号回路图（图2），K01为小型中间继电器，通过热偶继电器RJ1常开节点触发，可发主循环泵过载信号。

其中热偶继电器RJ1在主循环泵电机过载情况下会动作，并且查阅说明书具有延时复归功能。可以将此次跳闸事件的直接根源确定为：

主循环泵电机的电源线接头处未安装牢固，而其又处在震动环境中，长时间、大电流运行过程中，松动日益加剧，氧化膜逐渐增厚，导致A相电路的收缩电阻与膜电阻的质变抖动性增大[2]，三相电机也会发生不平衡运转，电流的急剧增大引起严重发热、绝缘破损、放电拉弧等故障。endprint

这也使得主循环泵P2动力回路的接触器KM1抖动、热偶继电器RJ1动作，最终动力回路断开，同时带动K01信号继电器动作，K01辅助接点闭合报主循环泵故障信号。阀冷系统的自投切逻辑判主循环泵P2故障退出运行，切回主循环泵P1运行，在本次事件总由于站用电切换，主循环泵P1短时停电不能投入，继而引发水循环流量偏低，达到阀冷系统的保护定值引发跳闸事件。

而主循环泵2的熱继电器RJ1在1分钟后自动复归，K01也随之复归，停发了报警信号，换流站后台中的相关信号也未自保持，无法提醒运维人员。

3 整改措施及建议

3.1 整改阀冷主循环泵电气回路

（1）更换烧糊的A相电缆及其插接头，更换同一动力回路的接触器，并将其他相别、其他主循环泵的所有同类的接插头全部进行紧固。（2）对重要回路二次空开加装辅助接点，以发跳闸告警信号。（3）主循环泵的电气回路应当具备非运行状态下的自检功能，继而可以预先发现异常，防止带故障切换。（4）让后台报警信号进行自保持。（5）可以考虑将阀冷系统的两台主循环泵电机也取双回电源，提高供电冗余度和可靠性。

3.2 完善后台告警信号

（1）告警、异常信号需要自保持，同时具备醒目的颜色或标识，继而提醒运维人员。（2）重要信号可参照交流变电站，在后台相应位置添加光字牌。（3）完善相关信号的定级区分工

作。

3.3 修正阀冷保护相关定值

根据实际情况进行修正阀冷系统的相关保护定值的大小、时间及逻辑，避开手动切换类操作导致的跳闸事件。

3.4 优化相关作业流程

在进行站用电切换工作前，可手动将各冷却主泵切换一下，检查泵及其电气回路的好坏。

4 结束语

本文对换流站试验期间一起阀冷故障导致的闭锁退出事件进行分析、探讨，找出其根源所在，即动力的电缆接头安装质量不过关，此外在二次回路设计、监控告警设置等方面也存在不完善之处。本文同时给出了对应的整改措施及建议。

参考文献：

[1]赵国鑫.换流站阀水冷系统隐患分析及治理[J].中国电力教育，2011，（24）.

[2]杨光亮，邰能灵.换流站阀水冷系统导致直流停运隐患分析[J].电力系统保护与控制，2010，38（18）.

[3]陆俭国.中国电气工程大典：第11卷配电工程[M].北京：中国电力出版社，2009.

[4]国家电网公司.三峡-常州±500kV直流输电工程换流站[M].北京：中国电力出版社，2004.

[5]郝为.换流站控制保护系统故障辅助诊断系统的研制[J].科技创新与应用，2015（11）：39-40.endprint