一起常规直流阀塔漏水监测故障深度分析

引言

鲁西背靠背直流异步联网工程常规直流换流阀由2个12脉动换流阀构成,1个12脉动换流阀采用四重阀结构,每个四重阀分为左右两个阀塔。换流阀是换流站内最重要和最复杂的设备之一,冷却水的泄漏会对换流阀的安全运行带来严重威胁。为了监视阀冷系统的运行状况,在阀控系统保护中配置了漏水监视保护。

本文以鲁西换流站一起阀塔漏水告警故障为例,详细介绍了阀塔漏水监测装置的工作原理,并提出了阀塔漏水告警的处理措施,为运行人员的日常运维提供了宝贵经验。

1故障概况

2018-08-22T23:05,鲁西换流站发现换流单元一广西侧换流阀C相右塔的一般缺陷。现象:鲁西换流站工作站多次瞬发换流单元一广西侧阀塔VCR漏水错误告警,现场检查未发现漏水。

2漏水原理

2.1漏水检测原理概述

鲁西换流站常规直流换流阀为悬吊式四重阀,每个阀厅内悬吊6个四重阀塔,其中整流侧3个,逆变侧3个。每个阀塔底部屏蔽罩内放置有一个集水装置收集阀塔泄漏水,同时在装置内装设了一个浮子来监测水位,如图1所示。

当阀塔内漏水时,泄漏水将沿着阀塔流到屏蔽罩上,并通过倾斜面收集到装有液位指示的集水装置里。浮子上的阻光器将随着水位的高度,上下移动位置。当升高至报警或跳闸位置时,相应的光通道被闭锁(通光孔与光通道错位）,VCE漏水检测光接收板卡如果收不到相应的返回信号,就会发送相应的报警或跳闸信号到极控。当阀塔内漏水检测装置的水位达到一级报警条件并且持续时间超过30s时,VCE产生报警,并上报事件"漏水检测一级报警"。水位继续上升,达到二级报警条件并且持续时间超过5s时,上报事件"漏水检测二级报警",同时输出跳闸信号。如果VCE在未产生一级报警的情况下,直接检测到二级报警,则报"漏水检测故障"。故障消失后,产生报警取消的事件信息。

2.2FCK215漏水避雷器监测机箱功能描述

如图2所示,FCK215漏水避雷器监测机箱可以实现对阀塔的漏水检测,输出漏水报警事件,同时可以监视换流阀上12个阀避雷器及1个中性点避雷器的动作情况。

2.3FCK215漏水避雷器监测机箱硬件回路梳理

FCK215漏水避雷器监测机箱可实现6个阀塔漏水点漏水状态及12路阀避雷器与1路中性点避雷器动作信号监测。1个FCK215机箱由2块I0插件、2块MC插件、2块LE插件和3块LR插件构成,其中I01、MC1为A系统,I02、MC2为B系统,两个系统的主备切换由极控系统发送的主、备信号区分。主备系统的MC板分别接收极控系统0LTSTART调制信号,实现该信号有效、无效和异常状态监测功能,并上传0LTSTART有效状态到FCK221阀控接口机箱,再分别下传0LTSTART状态到6个FCK213阀测控机箱。FCK215装置如图3所示,各个板卡功能介绍如下所述:

(1）I0插件:提供机箱电源,输出告警报文。

(2）MC插件:系统通信、漏水与避雷器状态处理,0LTSTART信号接收与处理,避雷器动作信号高速录波。

(3）LE插件:6个阀塔漏水检测脉冲信号输出。

(4）LR插件:6个阀塔漏水检测脉冲信号接收,12路阀避雷器与1路中性点避雷器动作信号监测。

2.4FCK215机箱与FCK221阀控接口机箱通信回路梳理

FCK215机箱与FCK221机箱之间的通信回路如图4所示,主要有两种通信形式,一种是光调制信号,是FCK221机箱与FCK215机箱Io板卡之间的通信形式,另一种通过HDLC通信协议进行通信,是FCK221机箱与FCK215机箱MC板卡之间的通信形式。FCK221机箱通过2根光纤分别由7块1in7outoPT板中的2块与FCK215机箱的Io板连接,传递极控下发的控制信号(DBLK、ACTIVE等),而Io板再通过2根光纤分别与FCK221机箱的3块7in1outoPT板连接,传递VCETRIP等信号。

FCK221机箱的Tx板卡与FCK215机箱的MC板卡之间通过HDLC通信协议进行通信,FCK215机箱的MC板卡分A/B系统,因此分别对应FCK221机箱的A/B系统。FCK221机箱至FCK213机箱的光纤有3根,分别传送GPS、HDLC下行、HDLC同步信号,FCK215机箱至FCK221机箱的光纤仅有1根,传送FCK215判断生成的事件报文。FCK215机箱的MC板上x2输出口与x4输入口相连,使得漏水跳闸使能,即当满足二级漏水时FCK215将生成跳闸信号。

2.5漏水监视保护原理及逻辑框图

漏水监视保护是常规直流换流阀阀控系统的重要电气量保护。图5所示为换流阀漏水监视保护框图,在FCK215机箱检测到一级漏水时间超过3s0,二级漏水时间超过50,且漏水跳闸使能(即将FCK215机箱MC板卡的x2与x4端口相连),将输出TRIP有效信号,极控系统收到后将执行系统切换,由于另一套系统检测到该故障后也将输出TRIP有效信号,因此极控系统将因切换失败跳闸。

3原因分析

通过查看历史故障信息可知,仅阀控B套会瞬发漏水错误告警,且每次信号持续时间仅为2s30,原因可能是B套运算周期要超前于A套运算周期,而该阀塔告警信号仅为瞬时性干扰信号,该干扰仅落入B系统运算周期,经滤波处理后A套已无法检测到。在光学器件可靠性试验过程中,发现光接收器件所接收光能量过强,也会导致接收信号发生一定程度的畸变从而带来干扰。

综合以上分析,本次阀塔漏水告警并未实际发生漏水,经与现场核实,运行人员在阀厅巡视走廊观察也未发现有漏水痕迹。则可能的故障原因主要有以下几点:

(1)漏水检测机箱光发射板激光器发光能量偏高:

(2)漏水检测机箱FCK215光发射板A7.B3激光器工作异常:

(3)Gx.CR.LEAK.3发射光纤光衰偏大:

(4)漏水检测机箱FCK215光接收板A7.B7光接收器件工作异常:

(5)Gx.CR.LEAK.4接收光纤光衰偏大:

(6)换流阀C相右塔漏水检测装置二段通光孔通光能力不足。

4处理建议

本次阀塔漏水错误告警信号的告警级别为轻微,不会导致系统切换:漏水错误告警还未消失情况下若同时再出现一段漏水告警,则阀控B系统将上报VBETRIP给极控系统,导致极控系统B套宕机,因为A套无异常,正常情况下可切换至A套保持直流系统的正常运行。为了确保设备的安全和直流输电系统的稳定运行,结合运行实例及检修、试验结果给出以下处理建议:

(1)仅B套瞬发漏水错误告警,对系统运行无影响,在没有停电窗口期的情况下,无需特别处理。

(2)若阀控B套漏水错误告警还未消失情况下同时再出现一段漏水告警,将会导致极控系统B套宕机,运行人员应立即手动将极控B套切至备用运行:若B套跳闸请求信号一直不消失,则应立即申请停电检查处理,若方式处不同意安排停电,为确保无实际漏水情况下不发生直流误闭锁,可采取将B套漏水跳闸使能光纤拔出的临时措施。

(3）利用直流年度停电检修时间,对C相右塔二段漏水光回路所有故障点展开排查并处理,保证漏水检测跳闸功能可靠、准确。