换流站阀外水冷系统概述及故障浅析

彭 清 高 雨 唐恒蔚 李 恒 张 阳 任瑞武

（1.国网湖南省电力有限公司超高压变电公司 2.变电智能运检国网湖南省电力有限公司实验室）

0 引言

换流站的阀水冷却系统对直流输电有着功不可没的作用。将可控硅换流阀比作人类的心脏，把冷却水比作人的血液。换流阀在换流工作中，有部分功率损耗，功率损耗将电能转变成热能，此热量聚集在可控硅阀体上，会随着时间的推移，温度将不断升高［1］。如果此热量不被带走，将直接影响可控硅阀的正常工作特性，因此通过阀水冷系统将此热量的带走。

通过分析直流换流站的运行经验，多数导致直流系统停运的事故都是由于辅助系统设备故障和异常运行引起的。因此加强换流阀外冷却水系统相关辅助设备的日常维护检修工作，做好设备的运行分析，找出设备运行的薄弱环节，采取有效措施加以改进，保证阀外水冷却系统的正常运行，是消除直流系统停运安全隐患的重要保障。

1 阀外水冷系统

图1 阀外水冷系统示意图

外冷水系统在冷却塔内完成对内冷水的冷却，主要由以下设备组成：冷却塔的喷淋泵，化学加药装置，一套处理工业水的软化单元和反渗透装置，一个贮存喷淋水的平衡水池，还有一套补水系统，把经过处理后合格的水加入喷淋水池。整个系统保证提供可用的喷淋水，其特点是低钙，低盐。以冷却塔为界，左边的回路是外冷水系统，右边的回路是内冷水系统［2~3］。

1.1 闭式冷却塔

一般的，站内每个直流极的阀水冷系统有三座冷却塔，设计阀正常运行时，投入二座冷却塔即可满足冷却要求。每座冷却塔配有三台风扇和一台喷淋泵。正常运行过程中，三台风扇和一台喷淋泵都投入，故障或维护情况下可退出一座。每个冷却塔单元配有：两台传动式皮带轴流风扇、一台喷淋泵、通气阀、圆柱式消音器、过滤器、冷却塔进水箱等。对应于不同的冷却需要，可通过频率控制器进行相对应频率调节，来实现对风扇转速的改变［4］。设计阀运行时投入两台冷却塔即可满足直流额定功率传输时所需要的冷却容量，另一台备用。

1.2 喷淋泵及其喷淋总管道

喷淋泵为卧式离心结构，安装于阀冷设备间内，所有喷淋水泵共用一根进水母管，每台喷淋水泵进口均设置蝶阀，出口设置止回阀和蝶阀、压力开关，水泵与管道采用软连接。喷淋管道最低点设置泄空阀便于将管道内的水排空，防止冬季停运且室外气温较低时喷淋管道水结冰。

1.3 反洗单元

由于阀冷系统室外换热设备即闭式冷却塔内的换热盘管在运行时表面温度约50~60℃，为防止长期喷水而在热交换盘管外表面产生结垢现象，需要对喷淋水进行处理，喷淋水补水进入水池之前先进行软化处理。此外喷淋水系统还设置了利用砂滤器进行的喷淋水自循环水处理旁通回路。同时为控制喷淋水水质设置了加药装置［5］。

2 阀外水冷系统故障分析及建议

2.1 电动阀故障

2.1.1 现场检查情况

某换流站极Ⅰ低阀冷系统A、B 套均报V924 电动阀故障，OWS 后台报文事件如图2 所示。现场检查极Ⅰ低端阀冷V924 电动阀外观无异常，未漏水，手触碰阀门有过热感觉，水处理控制柜界面显示该阀门为黄色，阀门处于半开半闭状态。查阅历史状态，前一个状态是反渗透正洗，正洗完V924 没有达到关限位，为防止V924 电动阀因找不到限位而持续动作导致发热，现场将V924 电动阀电源快分开关断开。

图2 V924电动阀故障界面

图3 V924电动阀凸轮紧固螺丝

2.1.2 事件原因分析

中国心血管健康指数（CHI）是首个医学领域指数型指标，通过五大维度，52个指标反映和衡量我国心血管疾病及救治状况。五大维度分别是A心血管疾病流行情况，其中包括A1早死概率，A2患病率；B危险因素暴露情况，包括B1行为，B2代谢性指标，B3 PM2.5浓度；C危险因素防控情况，包括C1高血压，C2糖尿病，C3高脂血症，C4成功戒烟率；D疾病救治情况：D1救治能力，D2救治过程，D3救治结局；E公共卫生政策与服务能力E1政策，E2卫生费用，E3居民健康素养水平，E4防治体系建设。

一是电动执行器限位凸轮材质较脆弱，紧固凸轮的螺丝如果紧固力度太大容易造成凸轮裂开报废，紧固力度不够则容易造成凸轮松动，产生上述故障现象；

二是水处理系统状态步进切换频繁，电动阀门开启关闭时电动执行器限位凸轮则顶撞触点，次数频繁后容易造成限位凸轮松动甚至产生裂纹；

三是电动执行器自投运以来，已运行5 年，在阀门开启或关闭时会产生热量，加速电动执行器限位凸轮老化，强度降低［6］。

2.1.3 故障处置

现场对V924 电动执行器进行开盖检查，发现V924 电动阀内部关限位凸轮明显松动，无法可靠接触触点，经内六角紧固凸轮螺丝，如下图红圈部位，阀门重新上电，报警消失。经过对水处理系统状态切换，V924 电动阀开启和关闭正常，状态显示正常。

2.2 冷却塔风机故障

2.2.1 现场检查情况

某换流站OWS 事件后台报文显示“极Ⅰ高水冷系统G01 风机变频故障报警”、“变频故障切换至工频，请就地确认报警”，现场检查风机运行时异响明显，断开该风机电源后，检查发现风机皮带即将从风机皮带轮脱落，手动转动风机发现叶片与排风筒的一侧存在很大摩擦，导致风机变频运行时过负荷切工频，且风机下侧轴承明显故障，轴承滚珠已掉出，事件报文及现场检查情况如图4所示。

图4 现场检查情况

2.2.2 事件原因分析

2.2.3 故障处置

1、安全措施布置：断开阀冷设备间阀冷控制室内动力柜的安全开关，并断开G01风机安全开关。

冷却塔风机整体示意图如图5 所示，除风机轴承、叶片、电动机外，还包括风机网罩、风机网罩支架、排风筒、检修门、挡水板、可旋转的电动机防护罩等。

图5 冷却塔风机整体示意图

2、故障风机轴承、叶片更换处理的检修步骤如下：

3 上电试运行

合上风机安全开关，试合风机变频断路器或将切换把手由自动打至强投，短时运行后，检查风机运行无异响，红外测温温度正常。

2.3 冷却塔集水箱漏水

2.3.1 现场检查情况

运行人员在巡检过程中发现喷淋塔集水箱漏水，周围地面上有小水滩，停留观察发现从喷淋塔上部有小股的水流溅出。在该年度期间四个阀塔都发生了不同程度的喷淋塔集水箱漏水事件。

2.3.2 事件原因分析

喷淋塔集水箱是内外冷水热交换的场所，上部不断向下喷洒温度相对较低的冷却水，与温度较高的内冷水蛇行管道进行冷却，集水箱长期处在恶劣的工况下，加速了金属材质的箱体和里面管道，喷淋嘴的老化，侵蚀；部分管道结垢，严重影响了散热；管道内部的杂质，在管道、喷淋口沉积发生堵塞问题。这些都会引起散热效果，管道内的水压升高，造成接头出，封堵的损坏，多次有橡胶封堵挤出故障，发生漏水。

2.3.3 故障处置

在提高水质方面外冷水增添了砂滤装置，可以有效的把工业水内的微小杂质滤除。该砂滤装置采用了球形设计，具有全自动过滤，全自动反洗，用沙少，废水少等优点。装置内有55 个蘑菇状的压差补偿过滤集水器，系统在过滤状态保持各部分水压平衡，提高过滤的流速，效率较高；且在反冲洗状态下，形成多个内环流，提高反冲洗的效率同时不跑沙。处理能力可以达到25m3/h，达到换流站处理水的要求。

在换流站年度检修中对喷淋塔铁质设备进行了改进，更换成不锈钢集水箱，箱内集水管更换为聚酯集水管，把防锈和腐蚀降到最低，另在集水箱侧面新开了4 个拆卸集水管管口，运行时处于封闭状态，用玻璃硅胶和螺栓封堵。当集水管发生爆裂或是严重变形，可以打开对应的管口封堵，快速进行更换，尽快检修速度。

3 结束语

阀水冷系统设备直接关系着换流阀的安全稳定运行。本文首先对换流站阀外冷却水系统进行了整体描述，对系统内每个设备的功能进行了详细的介绍说明。就某换流站运行期间发现和存在的问题及设备缺陷进行分析和处理的流程处置进行了模块化的分析，本文分析过程中冷却系统的故障分析、处置流程对类似系统故障处置问题的解决具有一定的指导意义。