论文部分内容阅读
摘 要：（特）高压直流输电换流阀冷却系统的交流电源取自站内电源，为保证站用电备自投动作时阀冷系统在各种运行条件下均能安全稳定运行，对阀冷系统交流电源与站用电备自投配合逻辑进行了分析及试验。本文对试验结果及发现的问题进行分析，提出改进措施，并进行了验证试验。
关键词：高压直流输电；阀冷系统；备自投；试验。
1. 阀冷交流电源与备自投配合简介
换流阀冷却系统（以下简称阀冷系统）提供换流阀的冷却，是（特）高压直流输电系统的重要组成部分[1]。阀冷系统控制系统水循环主泵等旋转设备采用380伏交流供电。南网电网天广直流、贵广I回直流、贵广II回直流、云广特高压直流等四回直流系统的阀冷系统两台主泵的交流电源均采用一条交流母线，由两路380伏交流进线经电源切换装置供电的方式。阀冷两路380伏交流进线电源分别两路10千伏站用电供电。正常运行时，阀冷系统两路交流电源一用一备，故障时自动切换到备用系统。站用电正常运行时两路10千伏母线均带电，任一条母线故障时，备自投动作由备用电源供电。站用电备自投动作会影响阀冷系统交流电源的切换，而且阀冷交流电源的切换会导致主泵的切换。这样，阀冷交流电源与站用电备自投存在互相配合的问题。
阀冷交流电源与站用电备自投存在互相配合设计站用电备自投功能逻辑、阀冷系统的电源切换装置逻辑、阀冷主泵切换逻辑、阀冷流量压力保护逻辑等方案，比较复杂。已有的研究只涉及其中的一个方面[2] [3] [4] [5]，还没有关于阀冷交流电源与站用电备自投配合逻辑的详细研究。
2.试验结果及分析
阀冷系统有两路交流电源和两套主泵，故共有4种运行方式见表1。当站用电电源自动切换时，需要保证阀冷系统在四种运行方式下均能安全可靠运行。
本文选取贵广II直流宝安换流站进行了阀冷交流电源的切换与站用电备自投配合试验。按照表1进行了四种运行方式的备自投配合试验。站用电接线图中101M，102M为两路10千伏母线，103M为备用电源。阀冷系统交流电源1由102M供电，交流电源2由101M供电，具体见图1。
2.1两路电源及两台主泵正常时的备自投试验
101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开11DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，切换到交流电源1和主泵1运行，之后，报主泵压力低告警，阀冷系统切换到主泵2运行。此后，阀冷系统恢复正常运行，试验过程中无跳闸信号。具体见图2。
2.2单路电源故障，两台主泵正常时的备自投试验
阀冷系统交流电源1已经故障。101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开11DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，主泵1停运，备自投动作成功后，阀冷系统电源2恢复正常，主泵2启动运行。此后，阀冷系统恢复正常运行，试验过程中无跳闸信号。具体见图3。
2.3两路电源正常，单台主泵故障时的备自投试验
阀冷系統主泵2已经故障。101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开11DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，主泵1停运，阀冷系统立即切换到电源1运行，主泵1又恢复正常运行。备自投动作成功后，阀冷系统电源2恢复正常。此后，阀冷系统恢复正常运行，试验过程中无跳闸信号。具体见图4。
2.4单路电源故障，单台主泵故障时的备自投试验
阀冷系统交流电源1已经故障，主泵1已经故障。101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开12DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，主泵2停运，主泵2软启动器故障。备自投动作成功后，阀冷系统电源2恢复正常，但由于主泵2软启动器故障且无法复归，主泵2无法启动，阀冷系统因无主泵运行跳闸。
101M失压失电后，备自投能正确动作，延时1.5S后101M重新带电，再经0.2S阀冷交流电源2恢复正常，阀冷交流电源2失电时间为1.7S。在运行交流电源2接触器断开后主泵2立即停运，同时主泵2软启动器故障且无法复归。因两台主泵均故障，延时3S后阀冷系统因无主泵运行跳闸。此种情况下阀冷系统不能保持安全稳定运行。具体见图5。
2.5结论及建议
2.5.1 试验结论
在两路电源及两台主泵正常时的备自投试验过程中，主泵会发生一次切换，而由于第一次切换后运行泵不能在主泵压力低告警时限内建压成功，使主泵压力低故障导致主泵发生第二次切换，存在因主泵切换不成功而使阀冷系统因压力低跳闸的风险。因此需对这一问题进行改进，使两路电源及两台主泵正常时，备自投动作后，主泵只切换一次即可使内冷水压力建压成功，阀冷系统恢复正常运行。
在单路电源故障，两台主泵正常时的备自投试验过程中，运行交流电源失电后能复电成功，主泵仅切换一次。试验中无异常告警信号，试验期间无主泵运行时间为2.1S，还留有近1S无主泵跳闸裕度，在整个试验中阀冷系统能保持正常稳定运行。
在两路电源正常，单台主泵故障时的备自投试验过程中，阀冷交流电源能够正常切换成功，并且运行主泵掉电后能够重新启动成功。试验中无异常告警信号，（下转第476页）
（上接第474页）
试验期间无主泵运行时间为0.3S，留有近2.7S无主泵跳闸裕度，在整个试验中阀冷系统能保持正常稳定运行。
在单路电源故障，单台主泵故障时的备自投试验过程中，运行交流电源失电后能复电成功，而主泵软启动器故障后不能自动复归，导致唯一一台主泵无法启动，造成阀冷系统两台主泵均故障，延时3S后阀冷系统因无主泵运行跳闸。
2.5.2 改进措施
针对备自投试验中存在的问题，对阀冷系统提出了以下改进措施：
1、将主泵软启动器Ton（电流加速时间）定值由5S设定为2S。减小主泵软启动器电流加速时间可使主泵启动电流上升速率变大，则主泵起动转矩增大，这就可缩短主泵启动时间和达到额定转速的时间，缩短主泵建压时间。 2、将主泵压力低告警时间定值由2S设定为3S。延长主泵压力低告警时间能使主泵有充足时间建压，使得在正常运行条件下备自投动作时或切换到故障主泵后主泵有足够时间建压而不会发生告警。
3、在阀冷程序中将当单台主泵时阀冷电源告警延时由100ms改为500ms。增大延时后，可避免在两路电源正常时，减少单台主泵重复启动时的冲击，提供切换成功的概率。
3.验证试验
对阀冷系统采取以上改进措施后，再次进行了验证试验。前三种方式试验结果无异常，重点验证第四种方式。
3.1单路电源故障，单台主泵故障时的备自投试验
阀冷系统交流电源1已经故障，主泵2已经故障。101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开12DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，主泵1停运，主泵1软启动器故障。备自投动作成功后，阀冷系统电源2恢复正常，主泵1软启动器故障复归，重新启动后正常运行。阀冷系统恢复正常运行，试验过程中无压力低告警和跳闸信号。具体见图6。
上述改进措施实施后，各种方式下备自投试验均取得良好结果，第一次备自投试验中所发现的问题均得到了解决和处理，整个试验中均无异常告警信号和跳闸信号，阀冷系统均能保持安全稳定运行。
4.綜述
阀冷系统采用一路主泵电源母线，两路交流电源经电源切换装置供电的接线方式时，能提供电源冗余度，但也会存在阀冷系统交流电源与备自投配合逻辑复杂问题。阀冷系统如果采用一台主泵一路交流电源的方式，虽然会电源降低冗余度，但就不存在阀冷系统交流电源与备自投配合杂问题，在设计、调试时可以省去复杂的配合计算及试验。阀冷系统两种电源接线方式各有利弊，在设计时可择优选取。
参考文献
[1] 赵畹君主编. 高压直流输电工程技术[M]. 中国电力出版社， 2004
[2] 汤蕴璆.交流电机的动态分析[M].北京：机械工业出版社， 2004.
[3] 汤晓燕.三相感应电动机瞬间断电重新投入电网时的瞬态[J].电机与控制学报，2001，5（2）：98-102.
[4] 刘森，宋述波，刘俊，等. 贵广直流肇庆换流站阀冷切换控制系统浅析[J]. 电力系统保护与控制，2009，37 （ 12） ： 109-111，117.
[5] 左干清， 罗敬华. 肇庆换流站阀水冷系统部分结构分析： （ 500kV 贵广直流工程论文汇编[ M] . 广州： 南方电网超高压输电公司广州局， 2003.
关键词：高压直流输电；阀冷系统；备自投；试验。
1. 阀冷交流电源与备自投配合简介
换流阀冷却系统（以下简称阀冷系统）提供换流阀的冷却，是（特）高压直流输电系统的重要组成部分[1]。阀冷系统控制系统水循环主泵等旋转设备采用380伏交流供电。南网电网天广直流、贵广I回直流、贵广II回直流、云广特高压直流等四回直流系统的阀冷系统两台主泵的交流电源均采用一条交流母线，由两路380伏交流进线经电源切换装置供电的方式。阀冷两路380伏交流进线电源分别两路10千伏站用电供电。正常运行时，阀冷系统两路交流电源一用一备，故障时自动切换到备用系统。站用电正常运行时两路10千伏母线均带电，任一条母线故障时，备自投动作由备用电源供电。站用电备自投动作会影响阀冷系统交流电源的切换，而且阀冷交流电源的切换会导致主泵的切换。这样，阀冷交流电源与站用电备自投存在互相配合的问题。
阀冷交流电源与站用电备自投存在互相配合设计站用电备自投功能逻辑、阀冷系统的电源切换装置逻辑、阀冷主泵切换逻辑、阀冷流量压力保护逻辑等方案，比较复杂。已有的研究只涉及其中的一个方面[2] [3] [4] [5]，还没有关于阀冷交流电源与站用电备自投配合逻辑的详细研究。
2.试验结果及分析
阀冷系统有两路交流电源和两套主泵，故共有4种运行方式见表1。当站用电电源自动切换时，需要保证阀冷系统在四种运行方式下均能安全可靠运行。
本文选取贵广II直流宝安换流站进行了阀冷交流电源的切换与站用电备自投配合试验。按照表1进行了四种运行方式的备自投配合试验。站用电接线图中101M，102M为两路10千伏母线，103M为备用电源。阀冷系统交流电源1由102M供电，交流电源2由101M供电，具体见图1。
2.1两路电源及两台主泵正常时的备自投试验
101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开11DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，切换到交流电源1和主泵1运行，之后，报主泵压力低告警，阀冷系统切换到主泵2运行。此后，阀冷系统恢复正常运行，试验过程中无跳闸信号。具体见图2。
2.2单路电源故障，两台主泵正常时的备自投试验
阀冷系统交流电源1已经故障。101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开11DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，主泵1停运，备自投动作成功后，阀冷系统电源2恢复正常，主泵2启动运行。此后，阀冷系统恢复正常运行，试验过程中无跳闸信号。具体见图3。
2.3两路电源正常，单台主泵故障时的备自投试验
阀冷系統主泵2已经故障。101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开11DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，主泵1停运，阀冷系统立即切换到电源1运行，主泵1又恢复正常运行。备自投动作成功后，阀冷系统电源2恢复正常。此后，阀冷系统恢复正常运行，试验过程中无跳闸信号。具体见图4。
2.4单路电源故障，单台主泵故障时的备自投试验
阀冷系统交流电源1已经故障，主泵1已经故障。101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开12DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，主泵2停运，主泵2软启动器故障。备自投动作成功后，阀冷系统电源2恢复正常，但由于主泵2软启动器故障且无法复归，主泵2无法启动，阀冷系统因无主泵运行跳闸。
101M失压失电后，备自投能正确动作，延时1.5S后101M重新带电，再经0.2S阀冷交流电源2恢复正常，阀冷交流电源2失电时间为1.7S。在运行交流电源2接触器断开后主泵2立即停运，同时主泵2软启动器故障且无法复归。因两台主泵均故障，延时3S后阀冷系统因无主泵运行跳闸。此种情况下阀冷系统不能保持安全稳定运行。具体见图5。
2.5结论及建议
2.5.1 试验结论
在两路电源及两台主泵正常时的备自投试验过程中，主泵会发生一次切换，而由于第一次切换后运行泵不能在主泵压力低告警时限内建压成功，使主泵压力低故障导致主泵发生第二次切换，存在因主泵切换不成功而使阀冷系统因压力低跳闸的风险。因此需对这一问题进行改进，使两路电源及两台主泵正常时，备自投动作后，主泵只切换一次即可使内冷水压力建压成功，阀冷系统恢复正常运行。
在单路电源故障，两台主泵正常时的备自投试验过程中，运行交流电源失电后能复电成功，主泵仅切换一次。试验中无异常告警信号，试验期间无主泵运行时间为2.1S，还留有近1S无主泵跳闸裕度，在整个试验中阀冷系统能保持正常稳定运行。
在两路电源正常，单台主泵故障时的备自投试验过程中，阀冷交流电源能够正常切换成功，并且运行主泵掉电后能够重新启动成功。试验中无异常告警信号，（下转第476页）
（上接第474页）
试验期间无主泵运行时间为0.3S，留有近2.7S无主泵跳闸裕度，在整个试验中阀冷系统能保持正常稳定运行。
在单路电源故障，单台主泵故障时的备自投试验过程中，运行交流电源失电后能复电成功，而主泵软启动器故障后不能自动复归，导致唯一一台主泵无法启动，造成阀冷系统两台主泵均故障，延时3S后阀冷系统因无主泵运行跳闸。
2.5.2 改进措施
针对备自投试验中存在的问题，对阀冷系统提出了以下改进措施：
1、将主泵软启动器Ton（电流加速时间）定值由5S设定为2S。减小主泵软启动器电流加速时间可使主泵启动电流上升速率变大，则主泵起动转矩增大，这就可缩短主泵启动时间和达到额定转速的时间，缩短主泵建压时间。 2、将主泵压力低告警时间定值由2S设定为3S。延长主泵压力低告警时间能使主泵有充足时间建压，使得在正常运行条件下备自投动作时或切换到故障主泵后主泵有足够时间建压而不会发生告警。
3、在阀冷程序中将当单台主泵时阀冷电源告警延时由100ms改为500ms。增大延时后，可避免在两路电源正常时，减少单台主泵重复启动时的冲击，提供切换成功的概率。
3.验证试验
对阀冷系统采取以上改进措施后，再次进行了验证试验。前三种方式试验结果无异常，重点验证第四种方式。
3.1单路电源故障，单台主泵故障时的备自投试验
阀冷系统交流电源1已经故障，主泵2已经故障。101M失压、进线无流，10kV备自投经延时动作跳开12DL开关，合上013DL开关。阀冷系统报交流电源2故障，主泵1停运，主泵1软启动器故障。备自投动作成功后，阀冷系统电源2恢复正常，主泵1软启动器故障复归，重新启动后正常运行。阀冷系统恢复正常运行，试验过程中无压力低告警和跳闸信号。具体见图6。
上述改进措施实施后，各种方式下备自投试验均取得良好结果，第一次备自投试验中所发现的问题均得到了解决和处理，整个试验中均无异常告警信号和跳闸信号，阀冷系统均能保持安全稳定运行。
4.綜述
阀冷系统采用一路主泵电源母线，两路交流电源经电源切换装置供电的接线方式时，能提供电源冗余度，但也会存在阀冷系统交流电源与备自投配合逻辑复杂问题。阀冷系统如果采用一台主泵一路交流电源的方式，虽然会电源降低冗余度，但就不存在阀冷系统交流电源与备自投配合杂问题，在设计、调试时可以省去复杂的配合计算及试验。阀冷系统两种电源接线方式各有利弊，在设计时可择优选取。
参考文献
[1] 赵畹君主编. 高压直流输电工程技术[M]. 中国电力出版社， 2004
[2] 汤蕴璆.交流电机的动态分析[M].北京：机械工业出版社， 2004.
[3] 汤晓燕.三相感应电动机瞬间断电重新投入电网时的瞬态[J].电机与控制学报，2001，5（2）：98-102.
[4] 刘森，宋述波，刘俊，等. 贵广直流肇庆换流站阀冷切换控制系统浅析[J]. 电力系统保护与控制，2009，37 （ 12） ： 109-111，117.
[5] 左干清， 罗敬华. 肇庆换流站阀水冷系统部分结构分析： （ 500kV 贵广直流工程论文汇编[ M] . 广州： 南方电网超高压输电公司广州局， 2003.