特高壓換流站OWS后臺閥水冷報文分析

蔡 然，鄧銘祺，羅利云

（國網(wǎng)江西省電力有限公司超高壓分公司，江西 南昌 330096）

0 引言

換流閥設(shè)備是特高壓直流輸電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，換流閥設(shè)備的運行可靠性直接影響直流輸電系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性[1]。正常運行時，大電流會產(chǎn)生高熱量，導(dǎo)致可控硅溫度急劇上升，如果不對可控硅進行有效冷卻，可控硅將被燒壞，造成直流輸電系統(tǒng)停運。閥水冷系統(tǒng)通過冷卻介質(zhì)的流動帶走可控硅消耗功率所產(chǎn)生的熱量，對保護換流閥起到了至關(guān)重要的作用[2-4]。換流站人員可通過對OWS后臺閥水冷相關(guān)報文進行分析，熟悉閥冷設(shè)施在直流不同工況下的運行規(guī)律，提出報文改進優(yōu)化建議和措施，保證直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1 直流系統(tǒng)低工況情況下的閥冷報文分析

1.1 VCCP報文總數(shù)

以2022年1月10日當天為例，當日西南送華中某直流計劃輸送功率最低934 MW，最高1 291 MW。受端換流站OWS后臺VCCP閥冷報文總數(shù)為1 496條，見圖1。

圖1閥冷報文總數(shù)

1.2 閥冷系統(tǒng)外冷卻塔風機啟停報文

當閥冷系統(tǒng)進閥溫度高于33℃時，外冷卻塔啟動第一組三臺風機。當進閥溫度高于36℃時，啟動第二組三臺風機。當進閥溫度低于32℃時，第二組風機停止運行。當進閥溫度低于29℃時，第一組風機停止運行。隨著系統(tǒng)運行，進閥水溫再次高于33℃時，輪換啟動第二組風機，高于36℃時啟動第一組風機，以此反復(fù)。根據(jù)1月10日當日直流運行工況和環(huán)境，各閥組進閥溫度均在28℃至34℃之間波動，風機在啟動約2 h后停運，在停運約7～8 h后啟動，以此反復(fù)。當日風機啟停報文264條，見圖2。

圖2 風機啟停報文

1.3 C45砂濾罐相關(guān)裝置報文

噴淋水池自循環(huán)裝置中C45砂濾罐每4 h會進行一次反洗，每24 h會進行一次排污。C45在反洗和排污的過程中，其配套的V811、V812、V813、V814電動閥門會進行相應(yīng)的開閉動作。當日C45砂濾罐相關(guān)裝置報文共1 056條，見圖3。

圖3 C45砂濾罐相關(guān)裝置報文

以四閥組中的極Ⅰ高閥組為例，VCCP的A系統(tǒng)C45砂濾罐一次排污過程的報文共12條，A、B系統(tǒng)共24條，見圖4。

圖4 C45排污過程報文

同樣以極Ⅰ高閥組為例，VCCP的A系統(tǒng)C45砂濾罐一次反洗過程的報文共20條，A、B系統(tǒng)共40條，見圖5。

圖5 C45反洗過程報文

1.4 自循環(huán)泵啟停報文

噴淋水池自循環(huán)裝置中的自循環(huán)泵P41、P42每周定期切換一次，在自循環(huán)泵出水壓力低時會執(zhí)行故障切泵邏輯，無出水壓力高停泵邏輯。當日四閥組中的三個閥組自循環(huán)泵執(zhí)行了定期切換，產(chǎn)生了12條相關(guān)報文，見圖6。

圖6 自循環(huán)泵啟停報文

1.5 加藥泵啟停報文

加藥泵P53、P54根據(jù)反滲透裝置制水情況進行相關(guān)動作，當反滲透裝置制水向噴淋水池補水時加藥泵運行，當反滲透裝置停止制水時，加藥泵停止運行。當日產(chǎn)生了12條相關(guān)報文，見圖7。

圖7 加藥泵啟停報文

1.6 工業(yè)水泵啟停報文

工業(yè)水泵P51、P52根據(jù)噴淋水池液位進行控制，當噴淋水池液位低于65%時，工業(yè)水泵開啟向噴淋水池補水，當液位高于75%時，工業(yè)水泵停止運行暫停向噴淋水池補水，同時在工業(yè)水泵出水壓力低時會執(zhí)行故障切泵邏輯。當日產(chǎn)生了6條相關(guān)報文，見圖8。

圖8 工業(yè)水泵啟停報文

1.7 C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置報文

C65砂濾罐配套V753、V754、V755、V756、V757五個電動閥門。C66炭濾罐配套V703、V704、V705、V706、V707五個電動閥門。噴淋水池不補水時電動閥門均關(guān)閉，當噴淋水池進行補水時電動閥門進行相應(yīng)開閉動作。同時，當單個閥組工業(yè)水流量達到1 536 m3時，C65和C66會執(zhí)行反洗的系列過程，電動閥門均會進行相應(yīng)的開閉動作。當日C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置只執(zhí)行了噴淋水池補水時的相關(guān)動作，在工況和環(huán)境的影響下流量較低未進行反洗過程。當日產(chǎn)生了72條報文，見圖9。

圖9 C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置報文

1.8 反洗泵啟停報文

C65砂濾罐和C66炭濾罐執(zhí)行反洗系列過程時，反洗泵P49、P50會自動輪流啟動和停止，對C65和C66進行反洗，當反洗系列過程結(jié)束后，反洗泵自動停止運行。當日流量較低未進行反洗過程，故當日無相關(guān)報文。

1.9 高壓泵啟停報文

高壓泵P55、P56根據(jù)反滲透裝置的制水進程進行控制，當反滲透裝置制水時，高壓泵自動啟動向反滲透裝置注水，當反滲透裝置停止制水時，高壓泵停止運行。當日產(chǎn)生了6條相關(guān)報文，見圖10。

圖10 高壓泵啟停報文

1.10 C60反滲透相關(guān)裝置報文

C60反滲透相關(guān)裝置主要由反滲透膜、V924電動蝶閥、各類手動球閥及蝶閥等組成。當噴淋水池不補水時，C60處于備用狀態(tài)，V924關(guān)閉。當準備補水時，C60處于沖洗狀態(tài)，V924開啟。當進行補水時，C60處于制水狀態(tài)，V924關(guān)閉。當日根據(jù)噴淋水池補水進程，產(chǎn)生相關(guān)報文48條，見圖11。

圖11 C60反滲透相關(guān)裝置報文

1.11 閥內(nèi)水冷補氣回路相關(guān)報文

內(nèi)水冷補氣回路主要由V503電磁閥、V504電磁閥、氮氣瓶、減壓閥、膨脹罐等組成。對于低端閥組，當膨脹罐內(nèi)壓力低于0.21 MPa時電磁閥開啟進行補氣，當膨脹罐內(nèi)壓力高于0.22 MPa時電磁閥關(guān)閉停止補氣。對于高端閥組，當膨脹罐內(nèi)壓力低于0.28 MPa時電磁閥開啟進行補氣，當膨脹罐內(nèi)壓力高于0.29 MPa時電磁閥關(guān)閉停止補氣。因系統(tǒng)自動補氣，當日產(chǎn)生相關(guān)報文14條，見圖12。

1.12 噴淋水池狀態(tài)報文

當噴淋水池液位低于65%時，會對噴淋水池進行補水。當噴淋水池液位高于75%時，停止噴淋水池進行補水。相關(guān)狀態(tài)報文產(chǎn)生6條，見圖13。

圖13 噴淋水池狀態(tài)報文

1.13 噴淋泵啟停報文

單閥組共有6臺噴淋泵，閥冷系統(tǒng)在運行時，會保持3臺噴淋泵在運行狀態(tài)，每周定期切換至另一臺。當噴淋泵出泵壓力低時會執(zhí)行故障切泵邏輯。當日無定期切泵和故障切泵情況，故無相關(guān)報文。

1.14 閥冷各裝置報文占比

受端換流站2022年1月10日當天OWS后臺VCCP閥冷各裝置報文占比統(tǒng)計情況如表1所示。

表1 2022年1月10日閥冷各裝置報文占比

2 直流系統(tǒng)較高工況情況下的閥冷報文分析

2.1 VCCP報文總數(shù)

以2021年7月14日當天為例，當日西南送華中某直流計劃輸送功率最低3 774 MW，最高4 000 MW。受端換流站OWS后臺VCCP閥冷報文總數(shù)為1 996條，見圖14。

圖14 閥冷報文總數(shù)

2.2 閥冷系統(tǒng)外冷卻塔風機啟停報文

根據(jù)7月14日當日直流運行工況和環(huán)境，各閥組進閥溫度均在33℃以上，故單閥組的6臺風機均在運行狀態(tài)，無風機啟停報文。

2.3 C45砂濾罐相關(guān)裝置報文

當日C45砂濾罐相關(guān)裝置報文共1 056條，見圖15。

圖15 C45砂濾罐相關(guān)裝置報文

2.4 自循環(huán)泵啟停報文

當日自循環(huán)泵一直在運行狀態(tài)，未執(zhí)行定期切換和故障切換，故未產(chǎn)生報文。

2.5 加藥泵啟停報文

加藥泵根據(jù)當日的制水狀態(tài)，共產(chǎn)生了72條相關(guān)報文，見圖16。

圖16 加藥泵啟停報文

2.6 工業(yè)水泵啟停報文

工業(yè)水泵除在補水時會進行啟停，在C65和C66反洗系列過程中亦會輪流啟停執(zhí)行相關(guān)過程。當日產(chǎn)生了44條相關(guān)報文，見圖17。

圖17 工業(yè)水泵啟停報文

2.7 C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置報文

當日C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置執(zhí)行了噴淋水池補水時的相關(guān)動作，同時部分閥組因流量達到定值也執(zhí)行了反洗過程。當日產(chǎn)生了496條報文，見圖18。

圖18 C65砂濾罐和C66炭濾罐相關(guān)裝置報文

2.8 反洗泵啟停報文

當日極Ⅱ高閥組因流量達到定值，執(zhí)行了反洗過程，當日產(chǎn)生了20條報文，見圖19。

圖19 反洗泵啟停報文

2.9 高壓泵啟停報文

高壓泵因制水當日產(chǎn)生了32條相關(guān)報文，見圖20。

圖20 高壓泵啟停報文

2.10 C60反滲透相關(guān)裝置報文

C60當日根據(jù)噴淋水池補水進程，產(chǎn)生相關(guān)報文240條，見圖21。

圖21 C60反滲透相關(guān)裝置報文

2.11 閥內(nèi)水冷補氣回路相關(guān)報文

因系統(tǒng)自動補氣，當日產(chǎn)生相關(guān)報文4條，見圖22。

圖22 閥內(nèi)水冷補氣回路相關(guān)報文

2.12 噴淋水池狀態(tài)報文

噴淋水池當日相關(guān)狀態(tài)報文產(chǎn)生28條，見圖23。

圖23 噴淋水池狀態(tài)報文

2.13 噴淋泵啟停報文

四閥組中有三閥組當日執(zhí)行了定期切泵，產(chǎn)生相關(guān)報文4條，見圖24。

圖24 噴淋泵啟停報文

2.14 閥冷各裝置報文占比

受端換流站2021年7月14日當天OWS后臺VCCP閥冷各裝置報文占比統(tǒng)計情況如表2所示。

表2 2021年7月14日閥冷各裝置報文占比

3 結(jié)語

根據(jù)表1和表2可知，C45砂濾罐相關(guān)裝置報文在閥冷系統(tǒng)OWS后臺報文中占比較高。C45砂濾罐相關(guān)裝置的作用是對噴淋水池內(nèi)的冷卻水進行自我循環(huán)過濾，針對未經(jīng)水處理回路從外界直接進入噴淋水池的顆粒和雜質(zhì)進行過濾。在極端情況下，可暫時切除整個自循環(huán)裝置，不影響換流閥和閥冷系統(tǒng)的短期運行。為減少閥冷系統(tǒng)相關(guān)報文，可通過修改控制保護CCP的相關(guān)程序達到該類報文不顯示的目的。應(yīng)注意，通過拆除閥冷控制保護柜內(nèi)DI模塊上相關(guān)硬接線的方法減除該類報文不可行。若拆除DI模塊上V811、V812、V813、V814開限位和關(guān)限位信號的硬接線，則CPU無法通過其它回路獲得這4個電動閥門的狀態(tài)，從VCCP主機上無法查看閥門開閉情況。同時因開關(guān)限位信號無法送至CPU，導(dǎo)致閥外冷系統(tǒng)無法執(zhí)行補水、反洗等過程。同時應(yīng)考慮到，在自循環(huán)裝置運行狀態(tài)下取消相關(guān)OWS后臺報文，會造成一定風險。在自循環(huán)或反洗過程中，因自循環(huán)泵無壓力高停泵的邏輯，若出現(xiàn)V811或V812拒動的情況，會導(dǎo)致壓力過高打壞電動閥門或自循環(huán)泵機封漏水。若出現(xiàn)V813拒動的情況，會因壓力高導(dǎo)致C45砂濾罐觀察窗爆裂漏水。若出現(xiàn)V814拒動的情況，會因不斷排污導(dǎo)致噴淋水池液位下降至65%限值以下。在閥冷控制保護系統(tǒng)發(fā)出命令后，并沒有水處理回路中的電動蝶閥長時間不出現(xiàn)開限位或關(guān)限位相應(yīng)的硬接線告警回路，但在程序邏輯里做了相關(guān)告警設(shè)置。故運行人員無法第一時間通過OWS后臺得知相關(guān)閥門狀態(tài)信息，但可以接收電動閥門開閉不到位或拒動的告警信息。