柔性直流阀冷系统主泵切换异常分析及优化

引言

在鲁西异步联网工程的柔性直流阀冷系统检修工作中,对阀冷系统开展4台主泵在各种组合关系下切换不成功回切试验,结果显示,主泵不能正确回切,导致阀冷系统保护动作跳闸。因此,有必要对主泵切换异常的具体原因展开分析,并对其进行优化以消除隐患。

1主泵运行及控制方式

鲁西站柔性直流阀冷系统共配置4台主泵,分别为P01、P02、P03、P04,阀冷系统正常运行时,两台主泵运行,两台主泵备用。主泵切换包含两种情况:（1）周期切换。假设P01、P02主运,P03、P04备用,则P01、P02连续无故障运行168h后,自动切换至P03、P04主泵运行。（2）故障切换。当阀冷控制系统检测到以下情况时,会执行主泵故障切换逻辑:1）当前运行主泵的单泵出水压力与进阀压力均低于设定值。2）当前运行主泵软启或工频故障。3）当前运行主泵交流电源故障,备用状态的主泵分为3个优先级,第一优先级:备用主泵无任何故障:第二优先级:备用主泵仅工频故障:第三优先级:备用主泵仅软启故障。运行中的主泵发生故障需要切换时,按照首选第一优先级,其次第二优先级,最后第三优先级的顺序选择备用主泵。如果备用主泵连第三优先级的状态都无法满足,则会被控制系统判定为不可用且不会参与到主泵的切换逻辑中。

2主泵切换不成功回切试验

阀冷系统检修规程中要求主泵切换至备用泵后,如备用泵建压不成功,应能及时回切至原正常的主泵运行,目的是为了避免阀冷系统在还有可用主泵的情况下停运,本文中的主泵回切试验便是基于上述要求开展。

试验在阀冷系统以正常方式运行的工况下开展,令4台主泵在各种组合下测试主泵切换不成功回切的功能,试验结果表明主泵并不能正确回切,最终导致阀冷系统保护出口跳闸,在此选择其中一组试验分析。

2.1试验现象

P03、P04主泵正常运行,P01、P02主泵在备用状态,把P01设置为故障状态（设置的故障必须是控制系统检测不到的,因为若是设置的故障能够被控制系统检测到,该主泵就直接被判定为故障泵,不会参与到主泵切换逻辑中）,P02无故障。令P03向P01切换,此时P03立即停止运行,P01开始启动,然而由

于P01存在故障无法成功启动。即在P03向P01切换的命令发出后,阀冷系统只有P04处于正常运行状态,此时P04单泵出水压力和进阀压力均低于定值,导致P04被控制系统判定为故障泵并寻求切换至备用泵P02。因为P02无任何故障,所以P04向P02切换的过程很顺利。不过切换完成后阀冷系统仍然处于P02单主泵运行状态,控制系统检测到P02单泵出水压力和进阀压力均低于定值,又将正常的P02置为故障泵,同时令P02向P03切换,P03启动后正常运行。至此,无任何故障的P02、P04均已被控制系统置为故障,而控制系统坚持选择的P01既无法启动也没有被及时切除,导致最后只剩P03单主泵运行,但是单主泵不能提供系统正常运行所需的流量及压力,在满足"冷却水流量低+进阀压力超低"及"冷却水流量超低+进阀压力低"条件后发出跳闸信号。

2.2原因分析

前文中提到控制系统将"单泵出水压力低"与"进阀压力低"作为主泵切换的判据。其中,"单泵出水压力低"用于监视单台主泵的运行工况,"进阀压力低"则用于判断整个内冷水系统的进阀压力,当两个条件同时满足时,当前运行主泵被置为故障并立即切换至备用主泵运行,上述试验中主泵的几次切换也佐证了该逻辑。表1为主泵切换相关的定值。

在试验中发现阀冷系统处于两台主泵运行、两台主泵备用的正常运行状态时,运行主泵的单泵出水压力在0.85～0.87MPa,高于"单泵出水压力低"定值,然而当阀冷系统中只有一台主泵运行时,其出水压力在0.76～0.78MPa,均小于0.82MPa的"单泵出水压力低"定值。试验数据如表2所示。

试验中观察到,当主运的P03主泵切换到故障的备用泵P01时,正常运行的P04出水压力迅速下降到0.76MPa以下,而进阀压力值也降低到0.38MPa,满足"单泵出水压力低"且"进阀压力低"的切泵逻辑,造成无故障的P04主泵被错误切换到P02,随后P02向P03切换的原因同理,此处不再赘述。

"单泵出水压力低"作为主泵故障切换判据之一,其定值的整定应该充分考虑现场各种工况。阀冷系统两台主泵处于正常运行状态时,其单泵出水压力均不会触发"单泵出水压力低":当其中一台主泵需要切换,且目标备用泵正常时,备用泵在3s内即可建立起正常的压力,能够保持系统正常运行:然而当其中一台主泵切换到有故障的备用泵时,由于该备用泵既无法启动也没有被及时切除,导致原正常运行的另一台主泵在这段时间内的单泵出水压力迅速下降到定值以下,最终被系统误判定为故障泵。综上所述,阀冷系统单泵出水压力低定值设置不合理是造成主泵回切失败的根本原因。

3优化措施

修改单泵出水压力低告警定值。在保持整个阀冷系统正常运行的情况下,分别启动P01、P02、P03及P04主泵(单泵运行）,记录各单泵出水压力值(分别记为F1、F2、F3、F4）,单泵出水压力低告警定值宜整定为:

现场试验数据如表2所示,按照上述整定原则,则x=[Min(0.77、0.78、0.78、0.76）-0.05]=0.76-0.05=0.71MPa

故将单泵出水压力低告警定值由原来的0.82MPa改为0.71MPa,随后对主泵在各种组合下的主泵回切功能进行了验证,未再出现因主泵切换不成功导致阀冷保护跳闸的情况。新定值采用至今已一年有余,阀冷系统未发生因定值不合理导致的缺陷。

4暴露的问题

阀冷系统定值设置不合理是直接原因,但深层次的原因是定值整定没有一套统一的指导规范,缺乏理论依据。各直流输电工程中,阀冷系统定值基本由换流阀及阀冷系统厂家直接制定,很大程度上还是依赖于经验,即便可以利用现场按照调试试验数据和运行过程中的反馈修正定值,但仍处于"走一步,看一步"的被动状态,给系统的稳定运行带来了隐患。所以,有必要对阀冷系统定值整定展开研究,以阀冷系统结构及其工作原理为基础,结合实际运行中的各种工况,充分考虑各种保护之间的配合关系,制定科学的计算方法。

5结语

作为换流阀的重要辅助设备,阀冷系统是保证直流输电系统稳定运行的必要条件。本文通过对一起阀冷系统主泵切换异常的情况进行分析,发现了阀冷系统定值设置不合理的隐患,提出了优化方案并应用到实际中,及时消除了设备隐患。同时,也指出现阶段阀冷系统定值整定缺乏指导规范和理论依据的现状。