换流站阀冷系统轻微渗漏故障原因分析及查找方法.pdf

时刻事件描述05:01:00:075VCT22A V136补水电动阀开限位运行状态出现05:01:00:205 VCT22B V136 补水电动阀开限位运行状态出现05:01:00:925VCT22AP11 补水泵运行状态出现05:01:01:055VCT22BP11 补水泵运行状态出现1故障概述某换流站正常运行期间 OWS 后台突然报出极域低端阀冷系统“V136 补水电动阀开限位运行状态出现”与“P11 补水泵运行状态出现”，表 1 为事件报文记录。2现场检查情况1）后台检查。极域低端阀冷系统泄露保护未动作、渗漏保护未告警，除阀冷系统原水罐向膨胀罐补水无其他异常。2）现场检查。运行人员通过 OWS 后台发现极域低端膨胀罐液位近 3 个月缓慢下降，现场对换流阀水冷系统进行检查发现极域低端 E01 冷却塔进水金属软管渗漏水，渗漏速率 2 滴/s。图 1 为极域低端 E01 冷却塔进水金属软管处漏水。3）横向比对。通过 OWS 后台横向对比发现极玉低端也存在膨胀罐液位下降趋势。阀组运行状态下现场检查未发现异常，年度综检时阀组闭锁后外冷风机全停，再次检查发现 G79 风机与 G119 风机冷却盘管堵头处存在两处渗水点，渗水速率分别为1 滴/d 和 0.1 滴/s，见图 2。3阀冷系统渗漏水原因分析3.1阀冷系统结构原理及氮气稳压设计该换流站阀冷系统由广州高澜公司设计生产，主要由主循环冷却系统、去离子水处理系统和氮气稳压系统组成1。其中，氮气稳压系统由膨胀罐、氮气瓶和补水系统等组成，膨胀罐的顶部充有稳定压力的高纯氮气，用以保持管路的压力恒定和冷却介质的充满2，整个氮气稳压系统状态是阀冷渗漏水的主要判断依据，主要配置如下。1）膨胀罐共 2 台。使用广州高澜公司生产的560 L 不锈钢罐（设计压力 1 MPa），用于缓冲冷却水因温度变化而产生的容量变化。膨胀罐配置磁翻板式液位计和电容式液位变送器，用于液位保护3，当出现阀冷系统渗漏水时，液位计和变送器示数也随之下降。2）原水罐。用于存储冷却液，设置可视液位计及高液位和低液位开关4。3）补水泵及原水泵。系统配置原水泵 1 台，手动运行；补水泵 2 台，自动运行，互为备用5。在系统渗漏水使膨胀罐液位低至 600 mm 定值后，水泵启收稿日期：2023原01原29曰修回日期：2023原02原23作者简介：王鸿（1982），男，陕西汉中人，主要从事特高压直流输电工程换流阀、阀冷系统运检技术研究，E-mail：。换流站阀冷系统轻微渗漏故障原因分析及查找方法王鸿1，刘志远2，尹琦云2，高新龙1，李源升1，李其1摘要：针对换流站阀冷系统轻微渗漏水，结合事件报文和现场检查情况，通过对阀冷系统氮气稳压结构原理、膨胀罐液位的保护逻辑、阀冷系统漏水告警和跳闸的配合时序进行综合分析，提出了一种换流站阀冷轻微渗漏确定及故障查找方法，为换流站运检管理和故障处置提供参考。关键词：换流站；阀冷系统；轻微渗漏；查找方法中图分类号：TM723文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.10.087（1.国网新疆电力有限公司超高压分公司，新疆乌鲁木齐830002；2.国网宁夏电力有限公司超高压公司，宁夏银川750000）表 1事件报文记录图 1极低端 E01 冷却塔进水金属软管处漏水文章编号：1674-9146渊圆园23冤10原087原03科 技 创 新 与 生 产 力SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITY第 44 卷第 10 期2023 年 10 月Vol.44No.10Oct.2023图 2极低端外水冷 G119 风机回水堵头渗漏点科技创新与生产力 2023 年第 44 卷第 10 期动将原水罐水补入膨胀罐直至 1 000 mm 后停止。4）氮气系统。氮气管路主要由减压阀、补气电磁阀、排气电磁阀、安全阀、氮气瓶及监控仪表等组成。氮气瓶容量 40 L，设置 4 个。氮气补气回路设置为双路，一路故障时可切换至另一路运行，用以维持膨胀罐压力在 250360 kPa 之间。3.2膨胀罐液位保护逻辑分析该换流站阀冷系统膨胀罐液位保护逻辑包含渗漏、泄露 2 种情况，采取以下保护方式。1）阀冷系统发生渗漏时将发出报警。设定扫描周期为 180 min，在扫描周期之间当液位下降超过 10 mm，连续产生 8 次，OP 面板将会显示阀冷系统渗漏报警信息并上传后台。任意一次采样值间下降量小于设定值，则将累计次数清零、报警复位，重新开始计数6。2）若补水泵在 1 440 min 内，连续补水 2 次会发出渗漏报警7。3）阀冷系统泄漏将发出跳闸信号。阀冷系统对膨胀罐液位连续监测，每个扫描周期都对当前值进行计算和判断，采样与计算周期为 2 s，液位比较周期为 10 s，比较周期内泄漏量为 6 mm（0.3%液位），延时 30 s 后泄漏保护动作8。为防止误动作跳闸，保护配置了三取二逻辑结构，在正常情况下2 台电容液位计同时产生液位下降情况时才有效9。综上，现有保护逻辑中渗漏水需要在 180 min内连续 8 次达到 3.11 L 才会报出渗漏告警，对于较大流量渗、泄漏判别较为完善。在本起故障中，由于渗漏持续时间长、流量小，恰好躲过保护判据，双极 3 处渗漏点均未报警，存在轻微渗漏保护监测盲区，因此需进一步分析轻微渗漏原因及对策。3.3阀冷系统轻微渗漏原因分析结合以往换流站出现的渗漏故障情况，分析可能造成轻微渗漏的原因主要包含以下 5 类。一是阀冷系统金属软管（波纹管）、散热盘管等部件衔接部位焊接不均匀，导致单侧焊缝金属强度不足，长期运行过程中金属疲劳老化，致使金属软管渗漏。数据来源为天山站、昌吉站。二是阀冷系统管路堵头或接头密封采用的麻绳丝、棉丝或生料带，长期运行中发生材料磨损、老化导致渗漏。数据来源为昌吉站、灵州站。三是阀冷系统阀门未按照标准力矩进行紧固，存在 1 颗或多颗螺栓松动，补水后渗漏。四是阀冷系统罐体焊接工艺不到位，长期处于潮湿、高离子环境10，罐体锈蚀产生砂眼导致渗漏。数据来源为灵州站。五是阀冷系统主循环泵机封、密封圈选材不当，磨损、变形等导致的渗漏。数据来源为灵州站、银川东站。3.4轻微渗漏监测及故障查找方法1）轻微渗漏监测及确认方法。针对类似的阀冷系统轻微渗漏，换流站可以通过 OWS 后台膨胀罐液位监测分析进行确认，一般情况下阀冷系统具有温度补偿，环境温度及功率波动不会引发膨胀罐液位的持续性降低，因此出现膨胀罐液位长期持续下降或膨胀罐补水后月液位下降量仍显著3%5%，则可以确认系统存在渗漏水点，图 3 为轻微渗漏情况下 OWS 后台膨胀罐液位典型曲线。配置有数字换流站系统的，可通过数字换流站后台跟踪比对不同阀组间的膨胀罐液位曲线，若起始和结束四阀组 8 个样本的方差，按照式（1）计算方式显著0.18，则可确认系统轻微渗漏水。也可通过数字换流站平台或阀冷设备厂家后台，增设轻微渗漏量预警或告警逻辑，结合膨胀罐液位、原水罐补水频次判据进一步优化保护策略，减少盲区。（S2）=移（Xi-X軍）蓘蓡n-1（1）式中：S2为样本方差；Xi为阀组膨胀罐液位；X軍为膨胀罐液位均值；n 为样本数量。2）现场漏水点位查找方法。针对已确认存在轻微渗漏的阀冷系统，可以采取以下方法进行在运和停运检查。运行工况包括 4 项。一是采用逐级查找法对内水冷、外水冷、风冷管路进行逐级外观检查。二是采用探测查找法，利用内窥镜等仪器检查风冷散热盘管、保温罩内部水管。三是采用痕迹检查法，利用变色纸、工业视频和阀厅巡检机器人对换流阀塔模块及顶屏蔽罩、底屏蔽罩、阀厅主循环管路、水冷设备间地面进行痕迹检查，圆形、散射状黑斑或异常反光点可能存在渗漏点位。四是采用对比检查法，多次拍摄风冷散热盘管等位置底部照片，前后对比差异。停运工况主要采用打压检查法，用水冷系统打1.051.20 倍静压，进行管路接头、阀门、换流阀塔等部位检查。关注运行情况下无法查看的阀厅顶部管道、排气阀门、内部阀门等。图 3轻微渗漏情况下 OWS 后台膨胀罐液位典型曲线6月1日8月20日60.00056.50053.00049.50046.00042.50039.00035.50032.00028.50025.0002022-08-2011:40:0050.300 88（上接第 86 页）Research on Level Control Algorithm of Three Water TanksBased on Multi-modelXU Lei,LYU Jin(Tianjin Electric Research Institute Co.,Ltd.,Tianjin 300180,China)Abstract：In order to solve the problems of long control time and low control efficiency when the traditional controlalgorithm is used to control the three-tank level,a three-tank level control algorithm is designed based on multi-modelIMC-PID.A new control algorithm is designed through the structure design of three-tank model based on multi-model,parameter identification of three-tank data model,IMC-PID controller design and parameter tuning.Compared with theapplication results of traditional control algorithm,the new algorithm has shorter control time and higher control efficiency.Key words：multi-model;three-tank level;control algorithm;IMC-PID2王超锋,司呈勇,沈建强.改进差分进化算法及啤酒灌装机液位控制 PID 参数整定J.包装工程,2022,43(19):310-319.3吴剑武,牛勇超,林元雨,等.多容水箱液位模糊自适应 PID控制算法研究与验证J.自动化应用,2022(11):23-27+31.4程振军,禹志强,徐晓明,等.满液式蒸发器变液位控制技术方案研究J.制冷与空调,2022,22(10):8-10.5许智辉,张晓飞,孙仕龙.含气饮料啤酒灌装液位与压力的前馈控制应用J.酒 饮料技术装备,2023(1):60-63.6王宇欣,常广晖,吴越,等.基于解耦算法的三容水箱液位控制仿真研究J.现代电子技术,2022,45(19):99-104.7高明,周东华,张森,等.三容水箱液位控制系统的间歇故障检测实验教学设计J.实验技术与管理,2022,39(9):186-190.8贾国华,张剑.一种应用于水煤气分离器液位控制的轴流式多级降压控制阀故障分析J.化工自动化及仪表,2022,49(5):669-671.（实习编辑姚旭）Analysis and Finding Method of Slight Seepage Fault Causeof Valve Cooling System of Converter StationWANG Hong,LIU Zhiyuan,YIN Qiyun,GAO Xinlong,LI Yuansheng,LI Qi(1.Ultra High Voltage Branch Company,State Grid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Urumqi 830002,China;2.Ultra High Voltage Company,State Grid Ningxia Electric Power Co.,Ltd.,Yinchuan 750000,China)Abstract：In view of the slight seepage of water in the valve cooling system of the converter station,combined with theevent message and the on-site inspection,through the comprehensive analysis of the principle of the nitrogen pressurestabilization structure of the valve cooling system,the protection logic of the expansion tank level,the valve cooling systemseepage alarm and the timing of the tripping,a method of determining the slight seepage of the valve cooling system of theconverter station and finding the fault is proposed,which provides a reference for the operation and inspection managementand fault disposal of the converter station.Key words：converter station;valve cooling system;slight seepage;finding method4建议及改进措施首先，要加强阀冷系统的运维管理，利用数字换流站、智能监控后台等定期针对阀冷系统各项运行指标进行横向比对和纵向分析，及时发现设备隐患。其次，加强阀冷系统的检修管理，定期开展阀冷系统保护逻辑校验。具备条件的换流站可针对性开展轻微渗漏保护逻辑优化完善。再次，针对阀冷系统软连接、波纹管、金属罐体、阀门等金属在运部件及备品备件定期开展金属性 X 光探伤，关注换流站阀冷系统金属元器件运行情况及备品质量。最后，要定期开展针对阀外水冷系统隐患排查治理，及时排除工程遗留设计、材料老化、结构受力、选型不当、工艺不到位等问题，避免运行过程中冗余冷却能力降低。参考文献：1张成,马小强,张昕.高压直流输电换流阀水冷系统介绍及分析J.电子世界,2014(17):54.2何潇,何运华,郭新良,等.直流输电换流站阀冷却水系统故障实例统计分析J.通信电源技术,2018,35(3):120-122.3余黎明,安海清,岳娜,等.阀冷系统漏水检测装置在张北柔直工程中的应用J.电工技术,2020(1):129-131+133.4曾建兴.柔性直流输电换流阀冷却系统研究J.自动化应用,2014(12):89-91.5饶洪林,陈飞,刘浔,等.宜昌换流站阀冷却系统主过滤器压差表压力高报警原因分析J.电工技术,2020(23):26-27+31.6冷明全,吴健超,王靖.高压直流输电换流阀冷却系统泄漏保护分析J.工业安全与环保,2012,38(4):29-30+84.7陆锐,严海健,徐攀腾,等.高压直流输电换流阀冷却系统典型问题分析J.电工技术,2019(11):97-99+101.8胡文旺,唐志军,林国栋,等.柔性直流换流站阀冷系统方案及其工程应用J.电气应用,2018,37(5):92-100.9温玉婷,吴健超.换流阀冷却装置控制保护系统的设计J.山东工业技术,2018(15):172-173.10杨伊璇,陶敏.换流阀冷却补水系统设计与工程应用研究J.广东水利电力职业技术学院学报,2021,19(3):32-35.（实习编辑郝元伟）王鸿，等：换流站阀冷系统轻微渗漏故障原因分析及查找方法 89