某特高压换流站阀冷系统主循环泵利用率提升分析

顾先涛, 郭兴旺, 田 杰, 周 正, 宋麒慧

(1.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 安徽 合肥 230601；2.国网安徽省电力有限公司超高压分公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

换流阀冷却系统是换流站最重要的设备之一，作为阀冷却系统核心组成部分的主循环泵(以下简称主泵)，其主要作用是提供用于散热的水循环动力。阀冷设备的日常运行维护是直流输电系统安全稳定运行的前提[1]。2019年国网系统内换流站因阀水冷故障导致直流强迫停运1次，占2019年国家电网有限公司(以下简称国网公司)换流站设备故障导致强迫停运总数(15次)的6.7%[2]。强迫停运情况为2019年2年17日南桥站极1泵1的上级380 V电源开关故障，且极1泵2动力电源柜内软启动器高压板故障，最终双泵停运导致直流闭锁[3]。2019年因阀冷系统故障导致换流站临时停运4次，占2019年国网公司换流站设备故障导致临时停运总数(46次)的8.7%，与去年同期持平[4]。

文章分析了某特高压换流站阀冷系统因为E1.P01主泵旁路接触器控制开关断开，进而阀水冷控制系统自动切换至E1.P02主泵运行，导致主泵在切换过程中报进阀压力低告警的典型故障，进行了原因查找及并提出了应对措施，对其他换流站阀冷系统类似故障具有一定参考意义。

1 阀水冷系统简介

阀水冷系统包括内水冷系统和外水冷系统两部分。内水冷系统主要包含两个模块，分别为主循环回路和水处理回路；外水冷系统主要包括喷淋降温系统、反渗透系统以及过滤系统和补水系统等。阀冷系统结构示意图如图1所示。

图1 阀冷系统结构示意图

主循环回路实现对换流阀的持续冷却，冷却水在阀塔内吸收可控硅换流阀的热量后温度将上升，升温后的热水由主泵驱动进入室外闭式冷却塔内的换热盘管，喷淋泵从水池中抽水后均匀喷洒到冷却塔内的换热盘管表面，喷淋水吸热后由液态变为气态(水蒸汽)，再通过风机排至大气。水在相变过程中将吸收大量的热量，因此，换热盘管内的冷却水将得到冷却，降温后的冷却水由主泵再送回至换流阀，如此周而复始地循环。

2 基于阀冷系统进阀压力低的分析

2.1 事件概述

2021年10月26日，某换流站运行人员工作站(Operator Workstation，简称OWS)报极2高阀冷系统E1.P01主泵旁路接触器控制开关断开，阀水冷控制系统自动切换至E1.P02主泵运行，主泵在切换过程中报进阀压力低告警，未出现主水流量低告警，换流阀组未出现异常。

2.2 进阀压力低原因检查及研究分析

2.2.1 阀水冷系统主泵配置及控制逻辑

某换流站单阀组配置两台阀冷主泵，正常情况下为一用一备模式运行，间隔168小时自动进行切换。两台主泵上级电源分别来自两路400 V母线，主泵正常情况下由软启动器启动，2秒后软启动器将主泵拖动至工频运行速度，随后旁路接触器闭合，工频回路与软起回路共同拖动主泵运行，10秒后软启动器回路接触器打开，主泵转为工频旁路长期运行，如图2所示。当运行中的主泵发生故障或出现主水流量低且进阀压力低时，主泵将自动进行切换。

图2 主泵电源配置图

2.2.2 故障检查及分析

故障发生后经过现场检查发现，极2高阀水冷动力柜上P01主泵旁路控制开关跳开，开关和接触器均未发现电源端子烧蚀、发热和辅助接点模块脱落等异常情况。主泵旁路接触器控制回路图如图3所示。

图3 主泵旁路接触器控制回路图

图3中，KA309、KB309分别为阀冷A、B系统启动旁路的输出接点，3KM2为旁路接触器的动作线圈。系统启动旁路控制回路(即图3所示回路)时，闭合该回路中的接点KA309和KB309，使接触器线圈3KM2带电，驱动主泵动力回路(如图4所示)上的辅助触点3KM2导通。

图4 主泵动力回路工作原理示意图

用万用表测得控制回路电源开关3QF2的上口1、3端子间电压220 V；下口2、4端子间电阻为13 MΩ，下口2、4端子、图3中23、24端子对地电阻为无穷大，接触器线圈3KM2的A1与A2端子间电阻为1.4 Ω，说明主泵旁路控制回路进线电压正常，绝缘正常，接触器线圈电阻过小。

为了比对，在极II低端阀冷不运行的P01主泵的旁路控制回路接触器线圈上量两端电阻，测得值为0.6 MΩ。初步判断极2高阀冷P01主泵的旁路接触器线圈3KM2烧毁。当控制回路电源开关3QF2送上，A或B阀冷系统启动旁路的输出接点(即KA309和KB309)闭合时，因回路整体阻抗较小，将产生较大的电流将控制回路电源开关3QF2跳开。

现场进行一次切泵试运行，拟将现运行的P02主泵切至P01主泵。合上极2高阀冷动力柜上P01主泵的旁路控制回路电源开关3QF2，无异常。运行人员在OWS后台操作，将P02主泵切换至P01主泵，在切换指令下达后，P01主泵由软启动回路转至工频旁路时，控制回路电源开关3QF2再次跳开，系统马上回切至P02主泵运行。

通过上述检查研究分析可以判断本次故障主要原因为极2高阀冷系统P01主泵的旁路接触器线圈故障，导致工频旁路不可用。

3 故障处理措施及优化建议

3.1 处理措施

在当前状态下，P01主泵旁路已为不可用状态，根据主泵旁路运行时故障切换逻辑：若出现P02主泵旁路接触器故障，则会切至P01软启回路长期运行，若以后P01主泵软启回路故障，则会切至P02主泵软启回路长期运行。

简而言之，目前极2高阀内冷主泵仍存在三条可用回路，顺序依次为：P02主泵旁路→P01主泵软启回路→P02主泵软起回路，总体可靠性为75%。因接触器线圈与接触器本体组合在一起，线圈无法单独更换，若在阀组带电运行状态下对P01主泵旁路接触器整体进行更换，则需要拉开P01主泵软启回路进线开关和旁路进线开关，即P01主泵不可用。为避免一台主泵检修的同时另一台主泵故障造成阀组闭锁的风险，因此必须在极1高阀组停电检修期间才可对P01主泵旁路接触器进行更换。

若需进行不停电处理，则可以按以下方式进行：

(1)不拉开P01主泵软启回路进线开关3QF1。此时P01主泵仍具体软启功能，一旦极2高阀冷系统由P02主泵切至P01软启回路运行，则KM2旁路接触器下口带电，因此需做好下口带电防止人身触电，以及交流相间短路、对地短路的安全措施。若此时发生交流相间短路、对地短路后，系统会切至P02主泵的软启回路，而现场作业空间狭小，铜排粗硬，短路的火花和弧光可能会造成人身伤亡。

(2)拉开P01主泵软启回路进线开关3QF1。此时极2高阀冷系统为单泵运行，运行的P02只要故障，则导致极2高直流系统闭锁。作业相对安全，无人身触电和交流短路风险，但会有直流系统闭锁的风险。

3.2 优化建议

极高2端阀冷系统P01主泵旁路接触器本体故障，其型号为西门子3RT1075，本次故障的接触器型号为西门子3RT1076。

文章建议再次更换备件时考虑其他厂家或者系列性能较好的接触器，并可考虑在主泵旁路接触器和软启接触器后端各增加一个开关。当某个接触器故障需要更换时，可拉开接触器前后开关对其实现隔离，主泵仍保留三条可用回路，可大幅提升阀组运行可靠性。

4 总结

阀冷系统作为换流站重要的辅助设备，是保证吉泉直流输电工程稳定运行的前提。文章通过对阀冷系统主泵接触器故障的研究分析，检查发现了故障点并提出对故障点的处理措施及优化方案，同时在现场进行验证和应用，及时消除了阀冷系统隐患，保证吉泉直流输电工程的稳定运行。该典型阀冷系统设备故障的研究分析思路可用于指导直流工程换流站阀冷系统的运行维护及类似的故障处理中。