換流站內(nèi)冷水系統(tǒng)泄漏保護(hù)配置分析及改進(jìn)建議

引言

內(nèi)冷水系統(tǒng)是直流換流站重要的輔助系統(tǒng),其作用是用循環(huán)的去離子水與換流閥產(chǎn)生的熱量進(jìn)行交換,以達(dá)到降低換流閥溫度的目的。內(nèi)冷水系統(tǒng)本身全封閉,若由于部分設(shè)備發(fā)生故障導(dǎo)致系統(tǒng)漏水,將直接影響直流系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。因此,需要不斷優(yōu)化內(nèi)冷水泄漏保護(hù)的配置。

1內(nèi)冷水泄漏保護(hù)配置及分析

1.1內(nèi)冷水泄漏保護(hù)設(shè)置

24h微分泄漏保護(hù):設(shè)置在控制軟件內(nèi),根據(jù)內(nèi)冷水膨脹罐水位變化量,判斷內(nèi)冷水系統(tǒng)是否存在泄漏,若滿足判斷內(nèi)冷水泄漏的邏輯,則發(fā)出泄漏報(bào)警。膨脹罐水位保護(hù):設(shè)置在控制軟件內(nèi),當(dāng)膨脹罐水位測(cè)量值低于設(shè)定值時(shí),控制系統(tǒng)發(fā)出膨脹罐水位低事件報(bào)文,并按照對(duì)應(yīng)的低設(shè)定值、超低設(shè)定值發(fā)出報(bào)警或執(zhí)行直流系統(tǒng)閉鎖動(dòng)作。閥塔漏水監(jiān)測(cè):換流閥閥塔底座安裝閥漏水檢測(cè)裝置,當(dāng)檢測(cè)到閥塔底部有積水時(shí),控制系統(tǒng)向后臺(tái)發(fā)出閥塔漏水告警。

1.2內(nèi)冷水泄漏保護(hù)設(shè)計(jì)原理及合理性分析

1.2.1泄漏保護(hù)設(shè)計(jì)原理

泄漏保護(hù)邏輯設(shè)置在水冷控制保護(hù)系統(tǒng)內(nèi),分別有兩套控制系統(tǒng),每套控制系統(tǒng)內(nèi)有兩個(gè)獨(dú)立的處理板卡,且兩個(gè)板卡內(nèi)都配有獨(dú)立的保護(hù)。

24h泄漏保護(hù)設(shè)計(jì)原理:通過(guò)采集膨脹罐水位、內(nèi)冷水進(jìn)閥溫度、內(nèi)冷水出閥溫度和冷卻塔出水溫度模擬量,計(jì)算出實(shí)時(shí)膨脹罐內(nèi)水的體積與3min前膨脹罐內(nèi)水的體積變化量,累加至一天,若內(nèi)冷水體積總變化大于46L,則發(fā)出內(nèi)冷水泄漏報(bào)警,動(dòng)作結(jié)果為告警。突變量泄漏保護(hù)設(shè)計(jì)原理:計(jì)算3s內(nèi)和10s內(nèi)的膨脹罐內(nèi)水位變化量,如果都大于整定值,則延時(shí)20s切換系統(tǒng),延時(shí)25s閉鎖直流系統(tǒng)。

1.2.224h泄漏保護(hù)設(shè)置合理性分析

硬件配置:所有用于計(jì)算的傳感器都配置了兩個(gè)同型號(hào)的傳感器互為備用,且分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)系統(tǒng),各取兩路電源,配置合理。

軟件設(shè)置:泄漏告警定值為46L。當(dāng)24h內(nèi)膨脹罐水量減少46L達(dá)到告警值時(shí),內(nèi)冷水系統(tǒng)仍可維持運(yùn)行一段時(shí)間,但需立即檢查內(nèi)冷水系統(tǒng)是否有異常情況,該定值設(shè)置合理。

1.3水位保護(hù)設(shè)計(jì)原理及合理性分析

1.3.1水位保護(hù)設(shè)計(jì)原理

水位保護(hù)邏輯設(shè)置在水冷控制保護(hù)系統(tǒng)內(nèi),其原理為:(1）水位保護(hù)通過(guò)水位傳感器,直接測(cè)量膨脹罐水位信號(hào),水位低于設(shè)定值時(shí)動(dòng)作,動(dòng)作結(jié)果為報(bào)警。(2）水位保護(hù)使用磁鐵接點(diǎn)式傳感器,當(dāng)水位低于傳感器設(shè)置安裝的高度時(shí),控

制系統(tǒng)直接閉鎖直流系統(tǒng)。

1.3.2水位保護(hù)設(shè)置合理性分析

硬件配置:水位傳感器有兩個(gè),分別對(duì)應(yīng)兩套系統(tǒng),取自獨(dú)立的兩路電源,配置合理。

軟件配置:(1）當(dāng)內(nèi)冷水膨脹罐水位超過(guò)87%時(shí),發(fā)出水位高的告警,延時(shí)5s:(2）當(dāng)膨脹罐水位低于32%時(shí),發(fā)出膨脹罐水位低的告警,延時(shí)5s:(3）當(dāng)膨脹罐水位低于10%時(shí),切換系統(tǒng),延時(shí)2s,執(zhí)行跳閘命令,閉鎖極,延時(shí)5s:(4）若膨脹罐水位超過(guò)100%、低于0%時(shí),系統(tǒng)報(bào)告?zhèn)鞲衅鞴收?切換系統(tǒng)。該定值設(shè)置合理。

1.3.3水位開(kāi)關(guān)保護(hù)設(shè)置合理性分析

硬件配置:設(shè)置兩個(gè)水位傳感器,安裝于膨脹罐側(cè)面管道最低水位限制值位置,與膨脹罐連通,測(cè)量膨脹罐水位,且分別對(duì)應(yīng)兩套系統(tǒng)。軟件設(shè)置:若膨脹罐水位下降至水位開(kāi)關(guān)安裝的位置時(shí),水位開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作,經(jīng)過(guò)延時(shí)1s切換系統(tǒng),延時(shí)4s閉鎖直流系統(tǒng)。

水位開(kāi)關(guān)采用磁感應(yīng)硬接點(diǎn)方式,膨脹罐側(cè)面管道內(nèi)設(shè)置一塊浮于水面的磁鐵小模塊,當(dāng)水位降低至傳感器安裝位置附近時(shí),水位開(kāi)關(guān)接點(diǎn)受磁力作用,硬接點(diǎn)閉合,信號(hào)送至控制系統(tǒng)內(nèi),執(zhí)行直流系統(tǒng)閉鎖命令。當(dāng)有磁性物體靠近水位開(kāi)關(guān)安裝位置時(shí),有引起接點(diǎn)誤動(dòng)作的可能,導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖。該設(shè)置不合理。

2泄漏保護(hù)與內(nèi)外循環(huán)切換的聯(lián)系

換流站水冷系統(tǒng)的內(nèi)冷水從外循環(huán)切換至內(nèi)循環(huán)后,膨脹罐水位逐漸升高,溫度也逐漸升高,并達(dá)到外循環(huán)條件,在從內(nèi)循環(huán)切至外循環(huán)后,突變量泄漏保護(hù)動(dòng)作。因此,泄漏保護(hù)與內(nèi)外循環(huán)切換有著非常緊密的聯(lián)系。

2.1內(nèi)外循環(huán)切換控制策略

內(nèi)冷水管道上設(shè)置兩個(gè)電磁閥,可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)冷水內(nèi)外循環(huán)方式的切換。當(dāng)兩個(gè)電磁閥閉合后,內(nèi)冷水切換為外循環(huán):當(dāng)兩個(gè)電磁閥打開(kāi)后,內(nèi)冷水切換為內(nèi)循環(huán):當(dāng)電磁閥置于中間狀態(tài)時(shí),內(nèi)冷水實(shí)現(xiàn)內(nèi)外循環(huán)同時(shí)進(jìn)行,水量各占一半。

2.1.1內(nèi)冷水外循環(huán)

(1）控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置閥進(jìn)水溫度高于22℃時(shí),電磁閥閉合,內(nèi)冷水切換至外循環(huán)。(2）通過(guò)采集冷卻塔出水溫度模擬量,監(jiān)視冷卻塔出水溫度低于3℃,內(nèi)冷水加熱器開(kāi)啟,為防止室外部分的內(nèi)冷水凍結(jié),同時(shí)系統(tǒng)使電磁閥閉合,使內(nèi)冷水進(jìn)行外循環(huán)。

2.1.2內(nèi)冷水內(nèi)循環(huán)

當(dāng)換流閥進(jìn)水溫度小于18℃時(shí),控制系統(tǒng)分開(kāi)電磁閥,電磁閥完全分開(kāi)后,內(nèi)冷水切換為內(nèi)循環(huán)方式。

2.1.3中間狀態(tài)

（1）內(nèi)循環(huán)切換至外循環(huán)的過(guò)程中,閥進(jìn)水溫度低于21℃,則停止閉合電磁閥,溫度維持在18～22℃,電磁閥一直保持不動(dòng),即內(nèi)冷水部分內(nèi)循環(huán)、部分外循環(huán)。（2）外循環(huán)切換至內(nèi)循環(huán)的過(guò)程中,閥進(jìn)水溫度高于19℃,則停止分電磁閥,溫度若維持在18～22C,電磁閥將一直保持不動(dòng),即內(nèi)冷水部分內(nèi)循環(huán)、部分外循環(huán)。

2.2突變量泄漏保護(hù)動(dòng)作情況

某站雙極直流系統(tǒng)處于停運(yùn)狀態(tài),內(nèi)冷水系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài),此時(shí)內(nèi)冷水電磁閥處于中間狀態(tài),極控制系統(tǒng)發(fā)出內(nèi)冷水泄漏保護(hù)動(dòng)作信號(hào),內(nèi)冷水主泵停運(yùn),發(fā)出直流閉鎖指令。現(xiàn)場(chǎng)檢查整個(gè)內(nèi)冷水管道未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。結(jié)合歷史趨勢(shì)圖分析膨脹罐的水位變化、壓力變化、閥進(jìn)出水溫度變化,得出以下結(jié)論:（1）膨脹罐水位模擬量:閉鎖前25s水位為77%,閉鎖時(shí)水位下降至70%,變化量為7%:（2）系統(tǒng)壓力模擬量:壓力突然明顯下降,由193kPa降低至143kPa:（3）閥進(jìn)出水溫度模擬量:溫度平穩(wěn)保持在22℃,無(wú)變化。

換流閥進(jìn)出水溫度變化量低于0.5℃,泄漏保護(hù)應(yīng)選擇低定值,25s內(nèi)膨脹罐水位每10s的變化持續(xù)大于0.6%,因此泄漏保護(hù)正確動(dòng)作。通過(guò)內(nèi)冷水管道壓力變化也可以看出,故障時(shí)膨脹罐水位確實(shí)有突然降低的現(xiàn)象。

通過(guò)上述分析,泄漏保護(hù)跟內(nèi)外循環(huán)、泵速切換及閥進(jìn)出水溫度有直接關(guān)系:（1）直流系統(tǒng)處于停運(yùn)狀態(tài),戶外溫度較低,內(nèi)冷水系統(tǒng)的水溫滿足控制系統(tǒng)邏輯條件,由外循環(huán)切換內(nèi)循環(huán)方式。（2）內(nèi)循環(huán)運(yùn)行期間,內(nèi)冷水主泵每5h進(jìn)行一次高、低速切換運(yùn)行,在多次切換過(guò)程中,膨脹罐有水位上升跡象。（3）內(nèi)循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng),使內(nèi)冷水溫度上升到22℃,在內(nèi)冷水主泵高速運(yùn)行下,內(nèi)冷水從內(nèi)循環(huán)運(yùn)行切換至外循環(huán),水位急劇下降,導(dǎo)致泄漏保護(hù)動(dòng)作。

3改進(jìn)建議

3.1取消軟件內(nèi)接點(diǎn)式水位開(kāi)關(guān)跳閘指令

接點(diǎn)式水位開(kāi)關(guān)保護(hù)采用磁感應(yīng)接點(diǎn)方式,且分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)系統(tǒng)的水位開(kāi)關(guān)接點(diǎn)安裝于同一地點(diǎn),當(dāng)有磁性物體靠近時(shí),同時(shí)誤動(dòng)造成極閉鎖的可能性較大,因此,建議可將該保護(hù)取消,或?qū)⒈Ｗo(hù)動(dòng)作結(jié)果更改為告警。

3.2提高突變量泄漏保護(hù)定值,增加內(nèi)外循環(huán)切換期間的保護(hù)閉鎖邏輯

內(nèi)冷水系統(tǒng)主泵高、低速切換運(yùn)行,在一切正常的情況下保護(hù)動(dòng)作,說(shuō)明保護(hù)太靈敏,建議適當(dāng)提高保護(hù)定值,以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。針對(duì)內(nèi)外循環(huán)切換導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的情況,建議參考24h泄漏保護(hù)中的閉鎖邏輯,在內(nèi)外循環(huán)切換時(shí)閉鎖該保護(hù)15min,以防止由于膨脹罐水位驟降而引起該保護(hù)誤動(dòng)。

3.3防止內(nèi)循環(huán)

突變量泄漏保護(hù)動(dòng)作跟內(nèi)外循環(huán)、泵速的切換及閥進(jìn)出水溫度有直接關(guān)系,為防止保護(hù)誤動(dòng),可提前投入加熱器,使內(nèi)冷水保持外循環(huán)。為防止內(nèi)外溫差較大,內(nèi)冷水主泵切泵時(shí)間設(shè)為下午兩點(diǎn),從而減小環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響。

4結(jié)語(yǔ)

內(nèi)冷水系統(tǒng)是換流站最重要的輔助系統(tǒng),內(nèi)冷水系統(tǒng)發(fā)生泄漏是目前換流站面臨的主要問(wèn)題之一。因此,如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)冷水泄漏并及時(shí)采取措施,對(duì)換流站的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。本文以某換流站為例,分析了泄漏保護(hù)的配置及其合理性,提出了一些改進(jìn)建議,對(duì)新建換流站內(nèi)冷水系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及二次保護(hù)設(shè)置提供了借鑒。