浅谈特高压换流站换流阀冷却系统

杨晓晶

甘肃送变电工程有限公司，甘肃 兰州 730050

摘要：依托±800千伏青豫特高压换流站工程实例，分析特高压换流站换流阀阀冷却系统的工作原理及阀冷却系统的功能即阀冷系统的阀冷控制系统功能和阀冷保护系统功能。

关键词：特高压换流站 阀冷却系统 阀冷系统功能

1. 引言

近年来，我国特高压电网发展迅速，特高压直流输电因其在远距离、大容量输电线路上的明显优势更是重中之重。担负整流功能的特高压换流阀是换流站建设过程中的重要环节，换流阀在运行过程中会产生大量热量，若不及时散热将可能烧毁换流阀。为保障换流阀正常运行，换流阀配备有专门的冷却系统及阀冷却系统，因阀冷系统的循环介质为水，故又称水冷系统。本文以±800千伏青南换流站阀冷系统为例，从阀冷系统功能入手，分析阀冷系统。

阀冷系统的功能可分为阀冷控制系统功能和阀冷保护系统功能。

2. 阀冷控制系统功能

控制系统的冗余是提高阀冷可用性的重要环节。保证这一可用性的原则是：不容许单一故障点中断运行。

控制系统的冗余结构保证装置的维修、直流系统的调试、试验、运行有高度的灵活性，能把由控制系统引起的直流系统不可用率降到最低。

控制系统保证当一个子系统出现故障，不会通过信号交换接口、以及通过装置的电源等而传播到另一个子系统。

用于跳闸的仪表传感器应按照三套独立冗余配置，跳闸出口按照“三取二” 原则，传感器须具有故障检测功能，当一套传感器故障时，出口采用“二取一” 逻辑；当两套传感器故障时，出口采用“一取一”逻辑出口；当三套传感器故障时，应发闭锁直流指令。其它传感器至少采用双冗余配置。

2.1 主泵控制功能

主循环泵作为阀冷系统（水冷系统）最重要的设备，在水冷系统的主水路中配置两台冗余的主泵，其中一台主泵为运行状态，另 一台为备用状态。每台主泵具有两个独立的工作回路：主泵工频旁路回路(包括：主泵旁路进线断路器、主泵旁路接触器、主泵旁路接触器控制开关)和主泵软起回路（包括：主泵软起回路进线断路器、主泵软起动器、主泵软起回路接触器、主泵软起回路接触器控制开关和主泵软起辅助电源开关）。其中只要任一回路正常均可以保证主泵正常工作。

1）主泵启动控制：在主泵启动过程中主泵软启动器投入运行，当启动完成 后，如果相应主泵旁路正常，主泵从软起内置旁路运行自动切换到主泵工频旁路长期运行，软启动器退出运行；当两台主泵软启回路均故障时，允许从主泵旁路直接启动主泵。

2）主泵切换控制：系统可对主泵进行定时、手动、远程及故障切换，其中故障切换分为两种：第一种为系统判断主泵能够保持运行，该类型故障信号根据另外一套主泵的情况判断是否切换主泵，只做报警不作为水冷请求跳闸的判断逻辑；第二种为系统判断主泵不能保持运行，需要立刻切换主泵，如果两套主泵均出现该类型故障则最终根据流量判定后发出水冷请求跳闸命令。

2.2 温度控制

2 .2.1 风机（空冷器）控制

通常情况下，一套水冷系统共配置140台风机，分7大组，3大组变频风机，4大组工频风机。每大组内有10个小组，每小组2台风机。

正常情况下，三个冗余冷却器出水温度未均故障时，采用冷却器出水温度作 为外冷控制温度，当三个冷却器出水温度均故障且三个冗余进阀温度未均故障时，采用进阀温度作为风机控制温度。

2.2.2 电加热器控制

电加热器启停有两种模式：自动模式与手动模式，在手动模式下使用液晶手动 控制，不设置启停按钮及强投把手，不设远程遥控。电加热器分为两类，一类为主循环加热器（4 组），一类为外冷加热器（4 组）。主循环加热器依据进阀温度控制，外冷加热器依据冷却器出水温度控制。

主循环加热器需设置各组主循环加热器启动和停止定值，加热器按先启动先停止原则轮流启停；

在自动模式下，电加热器控制逻辑如下：

① T（进阀温度）≤各组电加热器启动温度定值时，分别启动各组电加热器；

② 各组电加热器停止温度定值≤T（进阀温度）时，分别停止各组电加热器；

③ 当监视到凝露报警时，启动电加热器；

④ 当冷却水进阀温度大于凝露温度加 3℃以上且大于停止电加热器温度值时，停止电加热器。

2.2.3 电动三通阀控制

三通阀采用双重配置，两个三通阀采用同步控制，通过蝶阀控制冷却介质的流向，故只有一个三通阀以及对应蝶阀开通，当监视到运行的三通阀回路故障时，系统切换到另一路三通阀回路，对应的蝶阀打开，原三通阀对应的蝶阀关闭。电动三通阀控制功能包括：

①根据冷却水进阀温度对电动三通阀进行相应的控制；

②T（进阀温度）≤定值时，电动三通阀关闭，直至关限位；

③定值≤T（进阀温度）≤定值时，电动三通阀开通角度根据温度分档控制 ；

④T（进阀温度）≥定值时，电动三通阀开通，直至开限位；

⑤三通阀调节范围可在三通阀控制定值中设定（“电动三通阀开度上限值”和“电动三通阀开度下限值”）；

3. 阀冷保护系统功能

主循环水流量、缓冲罐液位、进阀温度、进阀压力、冷却器出水温度、主循环电导率配置3个冗余传感器的工程，冷却系统保护报警、跳闸采用出口三取二策略。

配置进阀温度保护、流量（压力）保护、液位保护、泄漏保护出口压板，阀冷却系统的保护投退、屏蔽均应有事件。水冷系统与跳闸相关的保护主要包括温度保护，流量（压力）保护。

3.1 温度保护

进阀温度采用三选二原则，水冷系统根据进阀温度判断系统进阀温度是否正常，进阀温度保护包括温度超高，偏高，偏低，超低四种故障，具体保护如下：

1）设置进阀温度超高定值，超过定值延时报进阀温度超高；

2）设置进阀温度偏高定值，超过定值延时报进阀温度偏高；

3）设置进阀温度偏低定值，低于定值延时报进阀温度偏低；

进阀温度偏高、偏低告警判断为轻微故障；进阀温度超高作为严重故障处理，同时控制系统向控制主机发阀冷综合跳闸命令；如果检测到进阀温度超出量程，判断进阀温度表计异常，进阀温度相关报警屏蔽，同时在1s后系统判为严重故障，后台报事件进阀温度表计异常。

3.2 流量（压力）保护

主循环流量采用流量与压力联合判据，流量（压力）保护出口压板投入状态下，经判断后若主循环流量与进阀压力同时满足设定值且持续一段时间后，水冷控制系统发出跳闸请求信号。其中，主循环流量与进阀压力传感器分别采用三选二原则。

主循环流量与进阀压力同时满足以下条件时，水冷控制系统发出跳闸请求信号：

①流量超低且进阀压力低；

②流量超低且进阀压力高；

③流量低且进阀压力超低。

参 考 文 献

[1] RD2G0070402-0005,海南换流站阀冷却系统操作手册

[2] RD2G0070402-0008,海南换流站阀冷却系统设计报告

[3] ±800kV特高压直流输电工程换流站标准化设计文件之（九） 换流阀冷却系统标准化设计指导书（试行）