一起特高压换流站阀冷系统补水故障处理与分析

刘禾雨, 姚进波

(国网江苏省电力有限公司超高压分公司, 江苏 南京 210000)

0 引言

近年来，特高压输电技术成为我国电力行业发展的新风向标。特别是直流输电技术，由于其低造价、低线损的优势，在远距离输电中表现出良好的经济效益[1-4]。然而我国的供配电网络均为交流电网，引入直流输电工程必然在送端和受端换流站进行换流过程[5]。换流过程主要依靠换流阀进行，其内部的可控硅元件在换相过程中会高频地开通和关断，从而发出大量的热量。要维持换流阀的正常运行，稳定可靠的阀冷却技术是必不可少的[6-8]。

我国阀冷却技术主要依靠水冷技术，水冷技术对水量、水压、水质等多方面参数均有严苛的要求[9]。尤其是为了及时补充因大量散热蒸发引起的水量损失，在换流站中会设计缓冲水池进行储水[10]。因此是否能及时地对缓冲水池进行补水将会直接影响直流输电系统的运行[11-13]。

1 设备概述

苏州换流站共有四个阀组，每个阀组各设置一套独立的阀冷补水系统，参照高澜阀冷技术路线进行设计，其流程图如图1所示：工业水池是阀冷系统的“储水库”，共设置三台工业水泵(a、b、c)从工业水池抽水，平时只启动一台，其余两台作为冗余备用；为了保证进入阀冷系统的水质要求，在工业水泵与阀冷系统中间设置了砂滤过滤器和活性碳滤过滤器，两过滤器进出水口均有电动阀门控制。此外为了防止过滤器故障的情况，在工业水泵出口还设置了旁路阀，可直接向阀冷系统供水；随着过滤器长期工作其内部滤层中会产生杂质，需要定期冲洗，因此两个过滤器均设置了反冲洗流程。来自反洗水泵中的反洗水由进水阀进入两个过滤器，冲洗完成后经各自出水阀排放至室外雨水下水道中。

2 故障现象及现场应急处理

2021年11月9日03时41分，苏州站监控后台报“极2高—系统反冲洗请求”信号，同时极2高端砂滤过滤器与碳滤过滤器的进、出水阀关闭。此时极2高缓冲水池液位72.3%，尚未达到工业水泵的启动定值(50%)；2021年11月10日03时54分，苏州站监控后台报“极2高缓冲水池液位低”告警，后台查看缓冲水池液位已降至40%，低于工业水泵启动定值，但工业水泵未自动启动补水。

2021年11月10日04时01分，苏州站运维人员到达工业水泵PLC控制柜并进行现场检查，发现极2高阀冷补水系统砂滤与碳滤进、出水阀，反洗进、出水阀与旁路阀共9个阀门均处于关闭状态，同时三台工业水泵均未运行，无法对阀冷系统进行补水。运维人员现场手动开启旁路阀后，在工业水泵PLC控制柜上以“就地”“手动”方式启动b泵，阀冷补水正常进行，缓冲水池液位逐渐升高至正常定值范围内(50%～80%)。

3 故障原因

正常情况下，反洗流程的启动取决于过滤器进出口压差表示数，反洗启动定值为20 kPa。故障发生前过滤器进出口压差由于内部杂质积累满足反洗启动定值，因此控制系统自动启动反洗流程。

此次故障的起因在于反洗流程中反洗进、出水阀未按照预定设计打开，导致反洗水回路不通无法进行，PLC程序卡在反洗流程中无法退出。当阀冷系统需要补水时，PLC程序仍处于反洗流程中无法响应，导致阀冷补水未自动运行。

4 缺陷处理及后期改进措施

4.1 联系高澜厂家，检查反洗阀门拒动原因

造成反洗阀门拒动的直接原因可分为两种情况：第一种为程序设计问题，即PLC反洗程序有误，导致阀门开启命令没有传递至阀门电磁传动机构；第二种为启动逻辑问题，过滤器内杂质的堆积会使其进出口压差增大，因此反洗流程的启动需要参照过滤器进出口压差表示数。苏州站设定当过滤器进出口压差大于20 kPa时启动反洗流程，而工业水补水与反洗过程无法同时进行，若反洗启动时恰好处于工业水补水阶段，则存在逻辑冲突的隐患，需要进行技术改造。

4.2 检查过滤器进出口压差表工作情况，修改反洗启动定值

通过现场检查发现，过滤器压差表示数一直处于略高于20 kPa的位置，超过了反洗启动定值，而反洗过程无法正常进行导致过滤器压差无法降低，因此反洗命令一直存在。当阀冷系统缓冲水池液位下降至补水启动定值(50%)时，补水进程和反洗进程发生冲突，使补水进程无法进行，因此缓冲水池液位继续下降至40%，引发监控后台告警。后期备品到货后应及时更换该压差表计，观察压差示数是否恢复正常。在此之前可临时增大反洗启动压差定值，使反洗命令消除，暂时避免补水进程与反洗进程冲突的情况发生。

4.3 对阀冷系统和工业水系统进行技术改造，实现技术整合

目前苏州换流站阀冷系统设计引入了晶锐阀冷技术路线，而工业水系统设计则以高澜阀冷技术路线为参考。阀冷补水系统属于高澜技术的工业水系统，而缓冲水池则属于晶锐技术的阀冷系统。由于技术路线不同，在程序设计时两个系统是独立进行的，因此整体的技术配合难免出现问题。建议后期寻找停电检修机会，对阀冷系统和工业水系统进行整合，统一采取一种技术路线，消除技术配合问题隐患。

5 结论

阀冷系统是特高压换流站中重要的辅助系统。虽然与一次或二次带电设备没有直接联系，但其稳定可靠的运行是直流输电工程的保障[14]。本文对苏州换流站发生的一起阀冷补水系统故障进行了介绍，分析了故障原因并提出了处理措施建议。案例具有一定的典型性，为国内直流输电工程提供了相关设备的维护经验。