摘要：高壓直流襯四氟磁翻板液位計系統的優(yōu)化對于我國高壓直流輸電發(fā)展具有重要意義。文章*先對高壓直流襯四氟磁翻板液位計系統優(yōu)化背景作出簡(jiǎn)要闡述，然后對閥冷卻水系統予以說(shuō)明，*后結合實(shí)際情況，對高壓直流襯四氟磁翻板液位計系統故障及隱患，提出幾點(diǎn)高壓直流襯四氟磁翻板液位計系統優(yōu)化措施，希望可以對業(yè)內起到一定參考作用。
引言
自１９５４年高壓直流輸電問(wèn)世以來(lái)，高壓直流輸電經(jīng)歷了多次變革，現階段，高壓直流輸電已經(jīng)在我國電力系統運行中占據重要地位。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展，西電東送發(fā)展戰略的落實(shí)，高壓直流輸電發(fā)展前景可謂十分廣闊，為保證高壓直流輸電工程運行的穩定性，需要對其冷卻水系統予以?xún)?yōu)化處理。
１ 背景概述
和高壓交流輸電相比，高壓直流輸電具有多種明顯優(yōu)勢。其主要體現在以下四個(gè)方面。
（１）高壓直流輸電具有長(cháng)距離、大容量特性，相比交流輸電，在長(cháng)距離跨區輸送大容量電量時(shí)，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。
（２）高壓直流輸電可以實(shí)現不同頻率交流電網(wǎng)的互連，直流輸電所連兩側交流電網(wǎng)無(wú)需同步運行，可以通過(guò)直流輸電系統起到頻率轉換作用。
（３）高壓直流輸電具有較大的一次性投資，后期線(xiàn)路維護投入相對較少。
（４）高壓直流輸電的傳送方向、傳送功率可以得到快速控制。在高壓直流輸電系統中，為讓交直流轉換得以實(shí)現，需要使用襯四氟磁翻板液位計這一核心部件，在系統運行過(guò)程中，襯四氟磁翻板液位計需要承受大電流、高電壓，其內部可控硅元件會(huì )產(chǎn)生較大熱量，為避免可控硅元件因結溫過(guò)高而受到損壞，需使用水冷系統進(jìn)行散熱，以帶走其中熱量。但就目前來(lái)看，在我國高壓直流襯四氟磁翻板液位計系統中，仍存在一些故障及隱患，需要對系統進(jìn)行優(yōu)化處理。
２ 閥冷卻水系統
閥冷卻水系統主要構成部分為閥內冷水系統與閥外冷水系統。閥內冷水系統主要通過(guò)內冷水與閥組件直接接觸流動(dòng)，將襯四氟磁翻板液位計中熱量帶出，確保襯四氟磁翻板液位計組件中晶閘管、水冷電阻、陽(yáng)*電抗器等發(fā)熱元件運行溫度具有可控性。而閥外冷水系統主要通過(guò)閉式冷卻塔或風(fēng)機將內冷水中熱量帶走，并排放至環(huán)境中。襯四氟磁翻板液位計內、外冷水系統的協(xié)同運行，可以使襯四氟磁翻板液位計組件內部冷卻持續進(jìn)行，并滿(mǎn)足元器件結溫要求，進(jìn)而保證系統整體運行穩定性、安全性。閥冷卻水系統原理如圖１所示。

閥內冷卻水系統具有循環(huán)性、封閉性特點(diǎn)，構成主要回路為主水回路、穩壓回路、離子回路、補水回路。其中主水回路主要包含主循環(huán)泵、主過(guò)濾器、脫氣罐以及管道部分；穩壓回路包含膨脹水箱或氮氣穩壓罐等部分；離子回路包含離子交換器、去離子樹(shù)脂、離子過(guò)濾器等；補水回路包含補水泵、補水箱等。主水回路與襯四氟磁翻板液位計內元器件直接流通、接觸，通過(guò)內循環(huán)水將襯四氟磁翻板液位計內熱量帶出，之后經(jīng)外冷水系統中冷卻塔或風(fēng)機，使熱量排出；穩壓回路可以使系統中水容積變化得到緩沖，防止主泵切換、環(huán)境溫度變化等影響內冷水壓力，起到保持壓力恒定的作用。離子回路可以有效對密閉的內冷水回路離子進(jìn)行過(guò)濾吸收，有效降低內冷水電導率，確保主水回路內冷水質(zhì)量；補水回路可以有效對內冷水進(jìn)行補給，確保水量滿(mǎn)足要求。
閥外冷水系統目前在用的主要有閉式冷卻塔冷卻、風(fēng)冷冷卻兩種方法。在西部寒冷缺水地區，風(fēng)冷方式應用較為廣泛，利用多組風(fēng)機，可以吹冷風(fēng)至換熱盤(pán)管外表面，對換熱盤(pán)管內的內冷水進(jìn)行散熱冷卻。閉式冷卻塔冷卻主要是利用外冷水噴淋至內部換熱盤(pán)管，并結合風(fēng)機將蒸發(fā)的熱量帶走，從而對換熱盤(pán)管中內冷水進(jìn)行降溫散熱。目前閉式冷卻塔散熱方法應用更為普遍，其主要由冷卻塔、噴淋泵、噴淋水池、軟化水處理系統、反滲透系統等組成。
３ 高壓直流襯四氟磁翻板液位計系統故障分析與優(yōu)化措施
在我國直流換流站運行發(fā)展史中，曾有過(guò)多種類(lèi)型故障出現，造成運行事故，嚴重則直接造成系統閉鎖跳閘等。此類(lèi)運行事故直接影響換流站運行安全性、穩定性，需要對其進(jìn)行優(yōu)化。
３．１ 外冷水系統缺陷及優(yōu)化
３．１．１ 故障分析
外冷水系統故障會(huì )使內冷水溫度升高，直接影響襯四氟磁翻板液位計穩定運行，進(jìn)而導致出現跳閘事故。如暴雨、排水泵故障導致噴淋泵坑水淹事故出現；站用電電源丟失、電源切換失敗導致閥冷系統整體失電；外冷水水質(zhì)過(guò)硬，使冷卻塔內盤(pán)管結垢、冷卻塔生藻等，導致冷卻效率降低。除此之外，還有可能出現傳感器故障誤觸發(fā)事故。
３．１．２ 優(yōu)化措施
針對噴淋泵坑水淹事故，需要做好預防工作，密切關(guān)注換流站附近的天氣狀況，并結合情況加強巡視周期，及時(shí)對排水泵進(jìn)行檢查、試運行，并結合情況增加排水泵冗余度，確保排水泵運行正常，同時(shí)在泵坑單獨加裝液位計，并將液位告警信號、排水泵運行信號上送至監控系統，加強遠程監視，以有效避免泵坑被淹現象。針對站用電源故障情況，需有效增加站內電源供電冗余度，并加強備自投與閥冷系統配合試驗，確保在站用電源切換、備自投動(dòng)作期間，閥冷系統仍可穩定運行。針對外冷水水質(zhì)過(guò)硬問(wèn)題，需結合水質(zhì)問(wèn)題，通過(guò)軟化水系統進(jìn)行處理，對外冷水進(jìn)行長(cháng)期加藥來(lái)防止結垢、藻類(lèi)生長(cháng)現象，或通過(guò)加裝反滲透裝置對外冷水進(jìn)行凈化處理，改善噴淋水質(zhì)量。針對傳感器誤觸發(fā)故障，可通過(guò)增加傳感器冗余度的方式，針對液位、電導率等關(guān)鍵回路傳感器可采用雙傳感器冗余，“二取二”控制方式，對控制系統進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)一系列優(yōu)化措施，可以讓外冷水系統穩定性得到提升、閥冷卻水系統整體運行穩定性、長(cháng)期性得到保證。
３．２ 內冷水系統隱患及優(yōu)化
３．２．１ 閥冷控制保護系統故障
閥冷控制保護系統故障主要包含軟件邏輯故障、輸入輸出回路故障?？刂票Ｗo系統故障產(chǎn)生的原因主要為早期換流站中，閥冷系統廠(chǎng)家缺乏運行經(jīng)驗，閥冷定值選取不當、閥冷系統輸入輸出硬件回路抗干擾性與穩定性差。如在早期某換流站就曾因廠(chǎng)家所設置的泄露定值過(guò)于靈敏，導致相應*閉鎖情況。為解決此類(lèi)，*先需要全面考量控制保護軟件系統，梳理邏輯中存在的隱患，對邏輯控制予以?xún)?yōu)化，受限確保所有跳閘回路滿(mǎn)足雙重化冗余，再對控制保護邏輯中輸入、輸出有關(guān)聯(lián)部分進(jìn)行邏輯關(guān)聯(lián)，例如可以將泄漏保護動(dòng)作結果改為先進(jìn)行補水，連續多次補水后若液位仍存在降低情況，再使用液位保護進(jìn)行動(dòng)作等；其次，所有控制系統中涉及到的定值，均需結合換流站中襯四氟磁翻板液位計實(shí)際運行工況需求進(jìn)行設定，確保定值設定合理。
傳感器故障產(chǎn)生的主要原因是儀表本身故障、傳感器回路故障等導致測量結果錯誤或存在波動(dòng)等誤差情況，進(jìn)而影響控制保護系統判斷，導致相應直流閉鎖。在很多換流站均出現過(guò)溫度傳感器、液位傳感器等測量誤差導致的閉鎖情況，為讓此類(lèi)問(wèn)題得到有效解決，具體優(yōu)化措施可以歸納為以下三個(gè)方面。
（１）需要對傳感器件冗余化改造，將涉及跳閘回路的傳感器進(jìn)行三重化冗余，如膨脹水箱液位、內冷水溫度、內冷水電導率等，邏輯設定為“三取二”出口，增強穩定性。
（２）利用不同傳感器的測量數據進(jìn)行關(guān)聯(lián)，優(yōu)化控制保護系統邏輯；在控制系統中對內冷水流量、主泵出水壓力、進(jìn)閥壓力三類(lèi)測量數據進(jìn)行優(yōu)化，利用三類(lèi)數據之間的關(guān)聯(lián)度，兩兩管理，例如將內冷水流量與進(jìn)閥壓力進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，當內冷水同時(shí)出現壓力低、流量低時(shí)，啟動(dòng)跳閘，增強系統穩定性。
（３）加強傳感器回路抗干擾性能，尤其是閥廳內傳感器，如膨脹水箱液位、閥塔壓力等，加強傳感器本體接地，確保接地線(xiàn)可靠接地，并在傳感器回路中增加抗干擾磁環(huán)，減小測量數據誤差，確保測量數據正確性。
３．２．２ 電源回路故障
電源回路故障主要包含電源失電故障及電源切換失敗故障。電源回路故障會(huì )造成 ＰＬＣ、主泵等相關(guān)用電設備失電，嚴重時(shí)會(huì )導致閥冷停運，直流閉鎖事故。針對電源失電故障，可以對閥冷系統進(jìn)線(xiàn)電源進(jìn)線(xiàn)優(yōu)化。將主泵、噴淋泵、風(fēng)機等所使用的４００Ｖ 電源，通過(guò)兩路站用電源送入閥冷屏柜，再分別對主泵、噴淋泵、風(fēng)機分路進(jìn)線(xiàn)，確保所有動(dòng)力設備均有冗余電源進(jìn)線(xiàn)。將 ＰＬＣ所使用的１１０Ｖ 電源，同樣從站內低壓直流設備處分路進(jìn)線(xiàn)接線(xiàn)，使用多路同步供電，將 ＰＬＣ供電回路、傳感器供電回路等全部進(jìn)行冗余，確保供電可靠性。針對電源切換失敗故障，因早期閥冷系統設備設計選型時(shí)，主回路電源、電源監視繼電器等均采用交流供電，當交流電源出現擾動(dòng)時(shí)，容易造成電源監視繼電器誤動(dòng)，造成電源切換，如果切換失敗則會(huì )造成閉鎖跳閘。針對此問(wèn)題，可以將電源監視繼電器改造為直流供電、交流監視，直流供電穩定性高，且可以與交流進(jìn)行隔離，防止誤動(dòng)。整體優(yōu)化工作，即為增強供電冗余度、優(yōu)化設備選型，讓系統整體運行穩定性、安全性得到有效提升。
３．２．３ 內冷水水路故障
（１）系統腐蝕現象。
均壓電*腐蝕、散熱器腐蝕是內冷水系統腐蝕問(wèn)題的主要表現。均壓電*腐蝕主要存在于均壓電*底座上，均壓電*底座為不銹鋼材質(zhì)，運行過(guò)程中長(cháng)時(shí)間受到電化學(xué)腐蝕會(huì )導致底座銹蝕、均壓電*探針斷裂與底座分離。襯四氟磁翻板液位計在運行過(guò)程中，需通過(guò)均壓電*對相應閥層中水回路及電回路進(jìn)行均壓，防止其間出現電壓差導致放電。但在實(shí)際運行過(guò)程中，均壓電*探針容易出現結垢，結垢過(guò)厚如果沒(méi)有及時(shí)處理，將會(huì )導致內冷水與均壓電*不銹鋼底座進(jìn)行導電，長(cháng)期下來(lái)就會(huì )導致底座腐蝕。針對此問(wèn)題，需從均壓電*本身的結構設計上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，將均壓電*底座材質(zhì)更換為 ＰＶＤＦ材質(zhì)，即保證了與內冷水匯流管材質(zhì)相同，方便檢修拆卸及運維，又可以防止底座腐蝕。散熱器腐蝕現象出現的主要原因可以歸納為：散熱器有電解腐蝕現象出現，內冷水存在于不同電位的晶閘管散熱器、陽(yáng)*電抗器，以及水冷電阻之間，這會(huì )讓電解電流出現在多電位金屬器件水路中，進(jìn)而出現電解腐蝕情況；在酸性堿性條件下，散熱器內金屬鋁有腐蝕現象出現；在內冷水系統中，散熱器表面會(huì )吸附水處理回路離子交換樹(shù)脂粉末，散熱器有堿腐蝕情況出現。
為讓電解腐蝕問(wèn)題得到有效解決，*先確?；芈分芯鶋弘?的有效性，加強均壓電*運維，其次需要對水處理回路進(jìn)行優(yōu)化處 理，比如在內冷水回路中加裝 ＥＤＩ裝 置，大力減小內冷水回路中離子濃度，以此來(lái)讓內冷水水質(zhì)得到保證，減小電離腐蝕性。同時(shí)，為了減少內冷水中樹(shù)脂的進(jìn)入，可以在電導率可控范圍內，降低離子回路水的流速，并相應減小離子回路過(guò)濾器孔徑，讓樹(shù)脂粉末得到有效過(guò)濾。
（２）系統堵塞現象。
系統堵塞物主要包含了碎布、垢樣、毛發(fā)以及碎石等。對系統堵塞現象產(chǎn)生原因進(jìn)行推測，如果閥塔檢修時(shí)，工作人員誤將均壓電*結垢物掉落至內冷水回路，或正常運行過(guò)程中，均壓電*垢樣自行掉落至內冷水中，均會(huì )導致水回路中出現垢樣堵塞；如果主泵檢修時(shí)，作業(yè)人員誤將毛巾等雜物遺留至主泵出水回路，將會(huì )導致毛巾堵塞主過(guò)濾器。針對此類(lèi)原因，*先確保人員工作的可靠性、安全性；在檢修過(guò)程中，凡是工作在水回路內部的環(huán)境中時(shí)，工作負責人需做好監護，在系統恢復前，檢查確認設備中無(wú)遺留物，方才對回路管道等進(jìn)行回裝；其次可以對管道設計進(jìn)行優(yōu)化，讓 “死區”現象得以減少，在主水管道中合理增加閥門(mén)，使檢修過(guò)程中盡可能縮小工作范圍，并將主過(guò)濾器放置在進(jìn)閥管道前端，做好內冷水進(jìn)入閥塔時(shí)*后一道關(guān)卡。再次，可以對主過(guò)濾冗余情況予以全面考量，對主過(guò)濾器進(jìn)行冗余化改造，增加備用過(guò)濾器，如果主過(guò)濾器有堵塞情況出現，可以及時(shí)切換為備用過(guò)濾器，有效避免因主過(guò)濾器堵塞帶來(lái)的內冷水流量、壓力、溫度等故障導致的跳閘。
（３）均壓電*結垢現象。
均壓電*結垢問(wèn)題在內冷水系統結垢現象中較為常見(jiàn)。為讓內冷水系統電解腐蝕現象得到有效減少，當前的襯四氟磁翻板液位計設計中，大多均壓電*安裝在內冷水系統閥段并聯(lián)水路匯流管與Ｓ型水管等位置。均壓電*結垢的主要來(lái)源為散熱器腐蝕后產(chǎn)生的鋁離子。為減少均壓電*結垢現象，可對系統進(jìn)行有效優(yōu)化。*先改進(jìn)均壓電*本身結構，加大電*探針直徑、增加探針針頭數量，來(lái)減小每一根探針本身結垢量；其次，在內冷水回路中，增加 ＣＯ２ 裝置或 ＥＤＩ裝置，有效對鋁離子進(jìn)行吸收或過(guò)濾，降低其在內冷水回路中濃度。*后是加強運維，根據每個(gè)換流站中均壓電*結垢情況，合理制定檢修維護周期，確保均壓電*結垢可控，確保系統穩定過(guò)。
４ 結語(yǔ)
通過(guò)對外冷水系統、內冷水系統故障及隱患進(jìn)行全面分析，從設計、安裝、操作、運維等多角度進(jìn)行優(yōu)化處理，可以讓外冷水故障、控制系統故障、電源回路故障以及內冷水水路故障得到有效處理，進(jìn)而讓高壓直流襯四氟磁翻板液位計系統運行穩定性得到有效提升。