换流阀水冷系统故障统计及原因分析

换流阀水冷系统故障统计及原因分析

任丽佳

国网山西省电力公司超高压变电分公司，山西省太原市 030000

摘要：阀冷系统是直流输电工程中最重要的辅助系统，它的正常运行是水冷方式的换流阀可靠运行的保证。总结了三十多年来换流站出现的阀冷系统运行故障，对故障原因进行了详细的分析研究，同时对故障事件按照故障原因、发生年代等进行总结，其中2001～2010年期间，阀冷系统故障频率较高，设备故障和水路缺陷是阀冷系统的主要故障原因。

关键词：换流站;阀冷系统;故障原因;发生年代;设备故障

1阀冷系统运行故障原因分析

1.1设备故障

①主循环泵故障

主循环泵是内冷水系统重要的运行设备，保证冷却介质的恒定压力和持续流量。换流阀水冷系统主泵的轴封结构复杂，制造安装精度要求高，使用不当会出现磨损严重、使用寿命短等问题。主泵故障主要表现在异常振动、轴封破损和输送流量低三个方面。引起异常振动的原因有不平衡、轴心偏移、主轴弯曲、基座松动、润滑油振荡和转轴摩擦等。

②变频器故障

变频器是用于需要调速的地方，其输出时不但改变电压，而且同时改变频率。变频器启动方式易受外部电压影响，对于恒定频率和负荷的设备较为不适合。换流站阀水冷主循环泵启动方式采用变频器控制时，变频器发生故障时，只能切换至备用变频器启动回路，若同时故障，将导致主循环泵停运。

③传感器故障

阀冷系统的传感器主要包括流量传感器、水位传感器、温度传感器、压力传感器等。若传感器精度降低或损坏、接线端子松动、底座安装不牢或者环境电磁干扰严重，可能会使实际值与监测值之间存在较大的误差，造成保护误报警或误动作。当传感器故障引起流量、水位、温度和管道压力测量值异常，超出阀冷定值时，将导致阀组跳闸，影响直流功率输送。

1.2水路问题

在水路循环过程中，发生管道堵塞、漏水、残存气体、水位变化异常等现象的频率较高，这严重影响了阀冷系统的正常运行。腐蚀结垢是阀冷系统的主要故障之一，而且这种结垢堵塞对于换流阀的安全运行影响很大。通过实际运行的换流站可知，腐蚀结垢通常发生在均压电极、传感器、过滤器、水管接头、可控硅散热器等部位。若垢样脱落在内冷水系统中，就会造成水路系统堵塞，水流不畅，降低内冷水效率，严重的可烧毁电气元件，甚至引发火灾。

1.3监控系统故障

阀水冷监控系统实现对内冷水与外冷水系统的监视与控制，同时完成与对应的极控系统信息的交互。各直流输电系统中，阀水冷监控系统主要通过冗余配置的可编程控制器(天广及高肇直流输电系统中采用SIMATICS5系统、兴安及云广直流输电系统中采用SIMATICS7系统)实现，主系统故障时将自动、快速、平滑的切换至备用系统，两套系统均故障则启动直流输电系统强迫停运。监控系统参数的设置应与相关设备的实际运行情况相结合，设置合适的参数以保证阀冷系统的正常运行。

1.4自然因素

外界气温的变化也有可能造成停运。在冬季，直流系统长期停运时，水冷温度较低，内冷水系统通过旁通回路运行，室外的冷却塔管道中的水温很低。当室外环境温度上升或直流系统刚解锁时，水冷温度升高，由旁通回路运行改为经过冷却塔循环运行，内外水温的突变将会导致水位急速下降，导致泄漏保护动作引起单极闭锁。

2换流站阀冷系统故障统计与分析

通过文献数据库，研究了1990～2018年期间，200余篇已发表的国内文献中关于国内换流站的故障事件，确定阀冷却系统引起的故障事件66次。并对故障事件按照故障原因、发生年代等进行分类总结。对国内换流阀冷却水系统故障按照三个年代统计，结果如图1所示。

对2000年以前，阀冷系统故障原因统计并细分后，结果如图2显示。

从图1和图2中可知，在2000年之前，阀冷系统故障发生的次数不多，原因是2000年之前进入投产的换流站不多，有南桥站和葛洲坝站等。在水路缺陷上引起的故障较多，主要包括腐蚀结垢、堵塞现象等。此外，这一时期，换流站运行较少，换流阀的设计还有待完善，一些问题还集中在设计换流阀上。对2001到2010年之间，对阀冷系统故障统计并细分后，结果如图3显示。

从图1和图3中可以看出，在2001年到2010年期间，国内换流阀阀冷系统故障发生较为频繁，其主要原因是在这10年中，新建的换流站陆续投产工作，其中有南桥站、天生桥站、鹅城站、广州站、灵宝站、龙泉站、宝安站、高肇站、宣都站、葛洲坝站和复龙站等，新建的换流阀逐渐增多。随着这些换流站的投入运行，换流阀的故障也频繁发生，许多问题也暴露出来。水路缺陷和设备故障占了相当大的比例，表明这两个方面仍然是换流阀故障的主要隐患。供电隐患的比例增大，表明随着国家用电量的增加，换流站对电网的稳定性的需求加大。

2011年之后，由于距今时间较短，在国内换流阀阀冷系统中的发生的故障次数较少，这说明随着换流阀的故障越来越受到重视，各种解决方案也随之起到一定的作用，故障发生次数减少。在此期间主要发生故障的换流站有兴仁站、龙泉站、穗东站、德阳站、中州站和金华站等。其主要的故障类型为水路系统的设备故障、水路缺陷和供电隐患，这说明设备的维护、水路系统的不完善以及电网的稳定性仍然是亟需解决的主要问题。

结语：

①换流站阀冷系统的安全可靠直接关系到换流站的运行安全，而阀冷系统的监督检测和运行保护是系统安全可靠运行的重要措施。②换流站阀冷系统普遍存在一些薄弱环节，详细分析了阀冷系统的故障原因，主要包括设备故障、水路缺陷、设计缺陷、监控系统故障、供电隐患、自然因素、人为因素等。③对故障事件按照故障原因、发生年代等进行分类总结，发现2001－2010年期间，阀冷系统故障发生较为频繁。水路缺陷和设备故障占了阀冷系统故障原因相当大的比例，表明这两个方面是阀冷系统故障的主要隐患。

参考文献：

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[2]闫迎，晏桂林，郝剑波．高压直流换流阀水冷却系统常见缺陷分析及对策[J]．湖南电力，2017，37(4):56－58．