換流站內(nèi)冷水系統(tǒng)泄漏保護配置分析及改進建議

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)運行。因此,需要不斷優(yōu)化內(nèi)冷水泄漏保護的配置。

1內(nèi)冷水泄漏保護配置及分析

1.1內(nèi)冷水泄漏保護設(shè)置

24h微分泄漏保護: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)出泄漏報警。膨脹罐水位保護:設(shè)置在控制軟件內(nèi),當(dāng)膨脹罐水位測量值低于設(shè)定值時,控制系統(tǒng)發(fā)出膨脹罐水位低事件報文,并按照對應(yīng)的低設(shè)定值、超低設(shè)定值發(fā)出報警或執(zhí)行直流系統(tǒng)閉鎖動作。閥塔漏水監(jiān)測:換流閥閥塔底座安裝閥漏水檢測裝置,當(dāng)檢測到閥塔底部有積水時,控制系統(tǒng)向后臺發(fā)出閥塔漏水告警。

1.2內(nèi)冷水泄漏保護設(shè)計原理及合理性分析

1.2.1泄漏保護設(shè)計原理

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

24h泄漏保護設(shè)計原理:通過采集膨脹罐水位、內(nèi)冷水進閥溫度、內(nèi)冷水出閥溫度和冷卻塔出水溫度模擬量,計算出實時膨脹罐內(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)冷水泄漏報警,動作結(jié)果為告警。突變量泄漏保護設(shè)計原理:計算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20s切換系統(tǒng),延時25s閉鎖直流系統(tǒng)。

1.2.224h泄漏保護設(shè)置合理性分析

硬件配置:所有用于計算的傳感器都配置了兩個同型號的傳感器互為備用,且分別對應(yīng)兩個系統(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,內(nèi)冷水系統(tǒng)仍可維持運行一段時間,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水位保護設(shè)計原理及合理性分析

1.3.1水位保護設(shè)計原理

水位保護邏輯設(shè)置在水冷控制保護系統(tǒng)內(nèi),其原理為:(1）水位保護通過水位傳感器,直接測量膨脹罐水位信號,水位低于設(shè)定值時動作,動作結(jié)果為報警。(2）水位保護使用磁鐵接點式傳感器,當(dāng)水位低于傳感器設(shè)置安裝的高度時,控

制系統(tǒng)直接閉鎖直流系統(tǒng)。

1.3.2水位保護設(shè)置合理性分析

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

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

1.3.3水位開關(guān)保護設(shè)置合理性分析

硬件配置:設(shè)置兩個水位傳感器,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,測量膨脹罐水位,且分別對應(yīng)兩套系統(tǒng)。軟件設(shè)置:若膨脹罐水位下降至水位開關(guān)安裝的位置時,水位開關(guān)保護動作,經(jīng)過延時1s切換系統(tǒng),延時4s閉鎖直流系統(tǒng)。

水位開關(guān)采用磁感應(yīng)硬接點方式,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,水位開關(guān)接點受磁力作用,硬接點閉合,信號送至控制系統(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關(guān)安裝位置時,有引起接點誤動作的可能,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,突變量泄漏保護動作。因此,泄漏保護與內(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)置兩個電磁閥,可以實現(xiàn)內(nèi)冷水內(nèi)外循環(huán)方式的切換。當(dāng)兩個電磁閥閉合后,內(nèi)冷水切換為外循環(huán):當(dāng)兩個電磁閥打開后,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,內(nèi)冷水實現(xiàn)內(nèi)外循環(huán)同時進行,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)置閥進水溫度高于22℃時,電磁閥閉合,內(nèi)冷水切換至外循環(huán)。(2）通過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)冷水加熱器開啟,為防止室外部分的內(nèi)冷水凍結(jié),同時系統(tǒng)使電磁閥閉合,使內(nèi)冷水進行外循環(huán)。

2.1.2內(nèi)冷水內(nèi)循環(huán)

當(dāng)換流閥進水溫度小于18℃時,控制系統(tǒng)分開電磁閥,電磁閥完全分開后,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)的過程中,閥進水溫度低于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,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)的過程中,閥進水溫度高于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,即內(nèi)冷水部分內(nèi)循環(huán)、部分外循環(huán)。

2.2突變量泄漏保護動作情況

某站雙極直流系統(tǒng)處于停運狀態(tài),內(nèi)冷水系統(tǒng)處于運行狀態(tài),此時內(nèi)冷水電磁閥處于中間狀態(tài),極控制系統(tǒng)發(fā)出內(nèi)冷水泄漏保護動作信號,內(nèi)冷水主泵停運,發(fā)出直流閉鎖指令?，F(xiàn)場檢查整個內(nèi)冷水管道未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。結(jié)合歷史趨勢圖分析膨脹罐的水位變化、壓力變化、閥進出水溫度變化,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）閥進出水溫度模擬量:溫度平穩(wěn)保持在22℃,無變化。

換流閥進出水溫度變化量低于0.5℃,泄漏保護應(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%,因此泄漏保護正確動作。通過內(nèi)冷水管道壓力變化也可以看出,故障時膨脹罐水位確實有突然降低的現(xiàn)象。

通過上述分析,泄漏保護跟內(nèi)外循環(huán)、泵速切換及閥進出水溫度有直接關(guān)系:（1）直流系統(tǒng)處于停運狀態(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)運行期間,內(nèi)冷水主泵每5h進行一次高、低速切換運行,在多次切換過程中,膨脹罐有水位上升跡象。（3）內(nèi)循環(huán)時間較長,使內(nèi)冷水溫度上升到22℃,在內(nèi)冷水主泵高速運行下,內(nèi)冷水從內(nèi)循環(huán)運行切換至外循環(huán),水位急劇下降,導(dǎo)致泄漏保護動作。

3改進建議

3.1取消軟件內(nèi)接點式水位開關(guān)跳閘指令

接點式水位開關(guān)保護采用磁感應(yīng)接點方式,且分別對應(yīng)兩個系統(tǒng)的水位開關(guān)接點安裝于同一地點,當(dāng)有磁性物體靠近時,同時誤動造成極閉鎖的可能性較大,因此,建議可將該保護取消,或?qū)⒈Ｗo動作結(jié)果更改為告警。

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

內(nèi)冷水系統(tǒng)主泵高、低速切換運行,在一切正常的情況下保護動作,說明保護太靈敏,建議適當(dāng)提高保護定值,以提高系統(tǒng)運行可靠性。針對內(nèi)外循環(huán)切換導(dǎo)致保護誤動的情況,建議參考24h泄漏保護中的閉鎖邏輯,在內(nèi)外循環(huán)切換時閉鎖該保護15min,以防止由于膨脹罐水位驟降而引起該保護誤動。

3.3防止內(nèi)循環(huán)

突變量泄漏保護動作跟內(nèi)外循環(huán)、泵速的切換及閥進出水溫度有直接關(guān)系,為防止保護誤動,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)冷水主泵切泵時間設(shè)為下午兩點,從而減小環(huán)境對系統(tǒng)的影響。

4結(jié)語

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題之一。因此,如何及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)冷水泄漏并及時采取措施,對換流站的穩(wěn)定運行意義重大。本文以某換流站為例,分析了泄漏保護的配置及其合理性,提出了一些改進建議,對新建換流站內(nèi)冷水系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu)設(shè)計及二次保護設(shè)置提供了借鑒。