换流站内冷水系统泄漏保护配置分析及改进建议

引言

内冷水系统是直流换流站重要的辅助系统,其作用是用循环的去离子水与换流阀产生的热量进行交换,以达到降低换流阀温度的目的。内冷水系统本身全封闭,若由于部分设备发生故障导致系统漏水,将直接影响直流系统的平稳运行。因此,需要不断优化内冷水泄漏保护的配置。

1内冷水泄漏保护配置及分析

1.1内冷水泄漏保护设置

24h微分泄漏保护:设置在控制软件内,根据内冷水膨胀罐水位变化量,判断内冷水系统是否存在泄漏,若满足判断内冷水泄漏的逻辑,则发出泄漏报警。膨胀罐水位保护:设置在控制软件内,当膨胀罐水位测量值低于设定值时,控制系统发出膨胀罐水位低事件报文,并按照对应的低设定值、超低设定值发出报警或执行直流系统闭锁动作。阀塔漏水监测:换流阀阀塔底座安装阀漏水检测装置,当检测到阀塔底部有积水时,控制系统向后台发出阀塔漏水告警。

1.2内冷水泄漏保护设计原理及合理性分析

1.2.1泄漏保护设计原理

泄漏保护逻辑设置在水冷控制保护系统内,分别有两套控制系统,每套控制系统内有两个独立的处理板卡,且两个板卡内都配有独立的保护。

24h泄漏保护设计原理:通过采集膨胀罐水位、内冷水进阀温度、内冷水出阀温度和冷却塔出水温度模拟量,计算出实时膨胀罐内水的体积与3min前膨胀罐内水的体积变化量,累加至一天,若内冷水体积总变化大于46L,则发出内冷水泄漏报警,动作结果为告警。突变量泄漏保护设计原理:计算3s内和10s内的膨胀罐内水位变化量,如果都大于整定值,则延时20s切换系统,延时25s闭锁直流系统。

1.2.224h泄漏保护设置合理性分析

硬件配置:所有用于计算的传感器都配置了两个同型号的传感器互为备用,且分别对应两个系统,各取两路电源,配置合理。

软件设置:泄漏告警定值为46L。当24h内膨胀罐水量减少46L达到告警值时,内冷水系统仍可维持运行一段时间,但需立即检查内冷水系统是否有异常情况,该定值设置合理。

1.3水位保护设计原理及合理性分析

1.3.1水位保护设计原理

水位保护逻辑设置在水冷控制保护系统内,其原理为:(1）水位保护通过水位传感器,直接测量膨胀罐水位信号,水位低于设定值时动作,动作结果为报警。(2）水位保护使用磁铁接点式传感器,当水位低于传感器设置安装的高度时,控

制系统直接闭锁直流系统。

1.3.2水位保护设置合理性分析

硬件配置:水位传感器有两个,分别对应两套系统,取自独立的两路电源,配置合理。

软件配置:(1）当内冷水膨胀罐水位超过87%时,发出水位高的告警,延时5s:(2）当膨胀罐水位低于32%时,发出膨胀罐水位低的告警,延时5s:(3）当膨胀罐水位低于10%时,切换系统,延时2s,执行跳闸命令,闭锁极,延时5s:(4）若膨胀罐水位超过100%、低于0%时,系统报告传感器故障,切换系统。该定值设置合理。

1.3.3水位开关保护设置合理性分析

硬件配置:设置两个水位传感器,安装于膨胀罐侧面管道最低水位限制值位置,与膨胀罐连通,测量膨胀罐水位,且分别对应两套系统。软件设置:若膨胀罐水位下降至水位开关安装的位置时,水位开关保护动作,经过延时1s切换系统,延时4s闭锁直流系统。

水位开关采用磁感应硬接点方式,膨胀罐侧面管道内设置一块浮于水面的磁铁小模块,当水位降低至传感器安装位置附近时,水位开关接点受磁力作用,硬接点闭合,信号送至控制系统内,执行直流系统闭锁命令。当有磁性物体靠近水位开关安装位置时,有引起接点误动作的可能,导致直流系统闭锁。该设置不合理。

2泄漏保护与内外循环切换的联系

换流站水冷系统的内冷水从外循环切换至内循环后,膨胀罐水位逐渐升高,温度也逐渐升高,并达到外循环条件,在从内循环切至外循环后,突变量泄漏保护动作。因此,泄漏保护与内外循环切换有着非常紧密的联系。

2.1内外循环切换控制策略

内冷水管道上设置两个电磁阀,可以实现内冷水内外循环方式的切换。当两个电磁阀闭合后,内冷水切换为外循环:当两个电磁阀打开后,内冷水切换为内循环:当电磁阀置于中间状态时,内冷水实现内外循环同时进行,水量各占一半。

2.1.1内冷水外循环

(1）控制系统内设置阀进水温度高于22℃时,电磁阀闭合,内冷水切换至外循环。(2）通过采集冷却塔出水温度模拟量,监视冷却塔出水温度低于3℃,内冷水加热器开启,为防止室外部分的内冷水冻结,同时系统使电磁阀闭合,使内冷水进行外循环。

2.1.2内冷水内循环

当换流阀进水温度小于18℃时,控制系统分开电磁阀,电磁阀完全分开后,内冷水切换为内循环方式。

2.1.3中间状态

（1）内循环切换至外循环的过程中,阀进水温度低于21℃,则停止闭合电磁阀,温度维持在18～22℃,电磁阀一直保持不动,即内冷水部分内循环、部分外循环。（2）外循环切换至内循环的过程中,阀进水温度高于19℃,则停止分电磁阀,温度若维持在18～22C,电磁阀将一直保持不动,即内冷水部分内循环、部分外循环。

2.2突变量泄漏保护动作情况

某站双极直流系统处于停运状态,内冷水系统处于运行状态,此时内冷水电磁阀处于中间状态,极控制系统发出内冷水泄漏保护动作信号,内冷水主泵停运,发出直流闭锁指令。现场检查整个内冷水管道未发现漏水现象。结合历史趋势图分析膨胀罐的水位变化、压力变化、阀进出水温度变化,得出以下结论:（1）膨胀罐水位模拟量:闭锁前25s水位为77%,闭锁时水位下降至70%,变化量为7%:（2）系统压力模拟量:压力突然明显下降,由193kPa降低至143kPa:（3）阀进出水温度模拟量:温度平稳保持在22℃,无变化。

换流阀进出水温度变化量低于0.5℃,泄漏保护应选择低定值,25s内膨胀罐水位每10s的变化持续大于0.6%,因此泄漏保护正确动作。通过内冷水管道压力变化也可以看出,故障时膨胀罐水位确实有突然降低的现象。

通过上述分析,泄漏保护跟内外循环、泵速切换及阀进出水温度有直接关系:（1）直流系统处于停运状态,户外温度较低,内冷水系统的水温满足控制系统逻辑条件,由外循环切换内循环方式。（2）内循环运行期间,内冷水主泵每5h进行一次高、低速切换运行,在多次切换过程中,膨胀罐有水位上升迹象。（3）内循环时间较长,使内冷水温度上升到22℃,在内冷水主泵高速运行下,内冷水从内循环运行切换至外循环,水位急剧下降,导致泄漏保护动作。

3改进建议

3.1取消软件内接点式水位开关跳闸指令

接点式水位开关保护采用磁感应接点方式,且分别对应两个系统的水位开关接点安装于同一地点,当有磁性物体靠近时,同时误动造成极闭锁的可能性较大,因此,建议可将该保护取消,或将保护动作结果更改为告警。

3.2提高突变量泄漏保护定值,增加内外循环切换期间的保护闭锁逻辑

内冷水系统主泵高、低速切换运行,在一切正常的情况下保护动作,说明保护太灵敏,建议适当提高保护定值,以提高系统运行可靠性。针对内外循环切换导致保护误动的情况,建议参考24h泄漏保护中的闭锁逻辑,在内外循环切换时闭锁该保护15min,以防止由于膨胀罐水位骤降而引起该保护误动。

3.3防止内循环

突变量泄漏保护动作跟内外循环、泵速的切换及阀进出水温度有直接关系,为防止保护误动,可提前投入加热器,使内冷水保持外循环。为防止内外温差较大,内冷水主泵切泵时间设为下午两点,从而减小环境对系统的影响。

4结语

内冷水系统是换流站最重要的辅助系统,内冷水系统发生泄漏是目前换流站面临的主要问题之一。因此,如何及时发现内冷水泄漏并及时采取措施,对换流站的稳定运行意义重大。本文以某换流站为例,分析了泄漏保护的配置及其合理性,提出了一些改进建议,对新建换流站内冷水系统一次结构设计及二次保护设置提供了借鉴。