摘要：高壓直流氯乙烯液位計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)于我國(guó)高壓直流輸電發(fā)展具有重要意義。文章*先對(duì)高壓直流氯乙烯液位計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化背景作出簡(jiǎn)要闡述，然后對(duì)閥冷卻水系統(tǒng)予以說明，*后結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)高壓直流氯乙烯液位計(jì)系統(tǒng)故障及隱患，提出幾點(diǎn)高壓直流氯乙烯液位計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化措施，希望可以對(duì)業(yè)內(nèi)起到一定參考作用。
引言
自１９５４年高壓直流輸電問世以來，高壓直流輸電經(jīng)歷了多次變革，現(xiàn)階段，高壓直流輸電已經(jīng)在我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行中占據(jù)重要地位。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，西電東送發(fā)展戰(zhàn)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(yùn)行的穩(wěn)定性，需要對(duì)其冷卻水系統(tǒng)予以優(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(shì)。其主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。
（１）高壓直流輸電具有長(zhǎng)距離、大容量特性，相比交流輸電，在長(zhǎng)距離跨區(qū)輸送大容量電量時(shí)，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。
（２）高壓直流輸電可以實(shí)現(xiàn)不同頻率交流電網(wǎng)的互連，直流輸電所連兩側(cè)交流電網(wǎng)無(wú)需同步運(yùn)行，可以通過直流輸電系統(tǒng)起到頻率轉(zhuǎn)換作用。
（３）高壓直流輸電具有較大的一次性投資，后期線路維護(hù)投入相對(duì)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(tǒng)中，為讓交直流轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)，需要使用氯乙烯液位計(jì)這一核心部件，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，氯乙烯液位計(jì)需要承受大電流、高電壓，其內(nèi)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(jié)溫過高而受到損壞，需使用水冷系統(tǒng)進(jìn)行散熱，以帶走其中熱量。但就目前來看，在我國(guó)高壓直流氯乙烯液位計(jì)系統(tǒng)中，仍存在一些故障及隱患，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理。
２ 閥冷卻水系統(tǒng)
閥冷卻水系統(tǒng)主要構(gòu)成部分為閥內(nèi)冷水系統(tǒng)與閥外冷水系統(tǒng)。閥內(nèi)冷水系統(tǒng)主要通過內(nèi)冷水與閥組件直接接觸流動(dòng)，將氯乙烯液位計(jì)中熱量帶出，確保氯乙烯液位計(jì)組件中晶閘管、水冷電阻、陽(yáng)*電抗器等發(fā)熱元件運(yùn)行溫度具有可控性。而閥外冷水系統(tǒng)主要通過閉式冷卻塔或風(fēng)機(jī)將內(nèi)冷水中熱量帶走，并排放至環(huán)境中。氯乙烯液位計(jì)內(nèi)、外冷水系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行，可以使氯乙烯液位計(jì)組件內(nèi)部冷卻持續(xù)進(jìn)行，并滿足元器件結(jié)溫要求，進(jìn)而保證系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性。閥冷卻水系統(tǒng)原理如圖１所示。

閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)具有循環(huán)性、封閉性特點(diǎn)，構(gòu)成主要回路為主水回路、穩(wěn)壓回路、離子回路、補(bǔ)水回路。其中主水回路主要包含主循環(huán)泵、主過濾器、脫氣罐以及管道部分；穩(wěn)壓回路包含膨脹水箱或氮?dú)夥€(wěn)壓罐等部分；離子回路包含離子交換器、去離子樹脂、離子過濾器等；補(bǔ)水回路包含補(bǔ)水泵、補(bǔ)水箱等。主水回路與氯乙烯液位計(jì)內(nèi)元器件直接流通、接觸，通過內(nèi)循環(huán)水將氯乙烯液位計(jì)內(nèi)熱量帶出，之后經(jīng)外冷水系統(tǒng)中冷卻塔或風(fēng)機(jī)，使熱量排出；穩(wěn)壓回路可以使系統(tǒng)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(nèi)冷水壓力，起到保持壓力恒定的作用。離子回路可以有效對(duì)密閉的內(nèi)冷水回路離子進(jìn)行過濾吸收，有效降低內(nèi)冷水電導(dǎo)率，確保主水回路內(nèi)冷水質(zhì)量；補(bǔ)水回路可以有效對(duì)內(nèi)冷水進(jìn)行補(bǔ)給，確保水量滿足要求。
閥外冷水系統(tǒng)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(qū)，風(fēng)冷方式應(yīng)用較為廣泛，利用多組風(fēng)機(jī)，可以吹冷風(fēng)至換熱盤管外表面，對(duì)換熱盤管內(nèi)的內(nèi)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(nèi)部換熱盤管，并結(jié)合風(fēng)機(jī)將蒸發(fā)的熱量帶走，從而對(duì)換熱盤管中內(nèi)冷水進(jìn)行降溫散熱。目前閉式冷卻塔散熱方法應(yīng)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(tǒng)、反滲透系統(tǒng)等組成。
３ 高壓直流氯乙烯液位計(jì)系統(tǒng)故障分析與優(yōu)化措施
在我國(guó)直流換流站運(yùn)行發(fā)展史中，曾有過多種類型故障出現(xiàn)，造成運(yùn)行事故，嚴(yán)重則直接造成系統(tǒng)閉鎖跳閘等。此類運(yùn)行事故直接影響換流站運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。
３．１ 外冷水系統(tǒng)缺陷及優(yōu)化
３．１．１ 故障分析
外冷水系統(tǒng)故障會(huì)使內(nèi)冷水溫度升高，直接影響氯乙烯液位計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘事故。如暴雨、排水泵故障導(dǎo)致噴淋泵坑水淹事故出現(xiàn)；站用電電源丟失、電源切換失敗導(dǎo)致閥冷系統(tǒng)整體失電；外冷水水質(zhì)過硬，使冷卻塔內(nèi)盤管結(jié)垢、冷卻塔生藻等，導(dǎo)致冷卻效率降低。除此之外，還有可能出現(xiàn)傳感器故障誤觸發(fā)事故。
３．１．２ 優(yōu)化措施
針對(duì)噴淋泵坑水淹事故，需要做好預(yù)防工作，密切關(guān)注換流站附近的天氣狀況，并結(jié)合情況加強(qiáng)巡視周期，及時(shí)對(duì)排水泵進(jìn)行檢查、試運(yùn)行，并結(jié)合情況增加排水泵冗余度，確保排水泵運(yùn)行正常，同時(shí)在泵坑單獨(dú)加裝液位計(jì)，并將液位告警信號(hào)、排水泵運(yùn)行信號(hào)上送至監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)視，以有效避免泵坑被淹現(xiàn)象。針對(duì)站用電源故障情況，需有效增加站內(nèi)電源供電冗余度，并加強(qiáng)備自投與閥冷系統(tǒng)配合試驗(yàn)，確保在站用電源切換、備自投動(dòng)作期間，閥冷系統(tǒng)仍可穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)外冷水水質(zhì)過硬問題，需結(jié)合水質(zhì)問題，通過軟化水系統(tǒng)進(jìn)行處理，對(duì)外冷水進(jìn)行長(zhǎng)期加藥來防止結(jié)垢、藻類生長(zhǎng)現(xiàn)象，或通過加裝反滲透裝置對(duì)外冷水進(jìn)行凈化處理，改善噴淋水質(zhì)量。針對(duì)傳感器誤觸發(fā)故障，可通過增加傳感器冗余度的方式，針對(duì)液位、電導(dǎo)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(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過一系列優(yōu)化措施，可以讓外冷水系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提升、閥冷卻水系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定性、長(zhǎng)期性得到保證。
３．２ 內(nèi)冷水系統(tǒng)隱患及優(yōu)化
３．２．１ 閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)故障
閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)故障主要包含軟件邏輯故障、輸入輸出回路故障。控制保護(hù)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的原因主要為早期換流站中，閥冷系統(tǒng)廠家缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，閥冷定值選取不當(dāng)、閥冷系統(tǒng)輸入輸出硬件回路抗干擾性與穩(wěn)定性差。如在早期某換流站就曾因廠家所設(shè)置的泄露定值過于靈敏，導(dǎo)致相應(yīng)*閉鎖情況。為解決此類，*先需要全面考量控制保護(hù)軟件系統(tǒng)，梳理邏輯中存在的隱患，對(duì)邏輯控制予以優(yōu)化，受限確保所有跳閘回路滿足雙重化冗余，再對(duì)控制保護(hù)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(hù)動(dòng)作結(jié)果改為先進(jìn)行補(bǔ)水，連續(xù)多次補(bǔ)水后若液位仍存在降低情況，再使用液位保護(hù)進(jìn)行動(dòng)作等；其次，所有控制系統(tǒng)中涉及到的定值，均需結(jié)合換流站中氯乙烯液位計(jì)實(shí)際運(yùn)行工況需求進(jìn)行設(shè)定，確保定值設(shè)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(dǎo)致測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤或存在波動(dòng)等誤差情況，進(jìn)而影響控制保護(hù)系統(tǒng)判斷，導(dǎo)致相應(yīng)直流閉鎖。在很多換流站均出現(xiàn)過溫度傳感器、液位傳感器等測(cè)量誤差導(dǎo)致的閉鎖情況，為讓此類問題得到有效解決，具體優(yōu)化措施可以歸納為以下三個(gè)方面。
（１）需要對(duì)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(nèi)冷水溫度、內(nèi)冷水電導(dǎo)率等，邏輯設(shè)定為“三取二”出口，增強(qiáng)穩(wěn)定性。
（２）利用不同傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，優(yōu)化控制保護(hù)系統(tǒng)邏輯；在控制系統(tǒng)中對(duì)內(nèi)冷水流量、主泵出水壓力、進(jìn)閥壓力三類測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，利用三類數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度，兩兩管理，例如將內(nèi)冷水流量與進(jìn)閥壓力進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，當(dāng)內(nèi)冷水同時(shí)出現(xiàn)壓力低、流量低時(shí)，啟動(dòng)跳閘，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
（３）加強(qiáng)傳感器回路抗干擾性能，尤其是閥廳內(nèi)傳感器，如膨脹水箱液位、閥塔壓力等，加強(qiáng)傳感器本體接地，確保接地線可靠接地，并在傳感器回路中增加抗干擾磁環(huán)，減小測(cè)量數(shù)據(jù)誤差，確保測(cè)量數(shù)據(jù)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(shè)備失電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致閥冷停運(yùn)，直流閉鎖事故。針對(duì)電源失電故障，可以對(duì)閥冷系統(tǒng)進(jìn)線電源進(jìn)線優(yōu)化。將主泵、噴淋泵、風(fēng)機(jī)等所使用的４００Ｖ 電源，通過兩路站用電源送入閥冷屏柜，再分別對(duì)主泵、噴淋泵、風(fēng)機(jī)分路進(jìn)線，確保所有動(dòng)力設(shè)備均有冗余電源進(jìn)線。將 ＰＬＣ所使用的１１０Ｖ 電源，同樣從站內(nèi)低壓直流設(shè)備處分路進(jìn)線接線，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(duì)電源切換失敗故障，因早期閥冷系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)選型時(shí)，主回路電源、電源監(jiān)視繼電器等均采用交流供電，當(dāng)交流電源出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，容易造成電源監(jiān)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(duì)此問題，可以將電源監(jiān)視繼電器改造為直流供電、交流監(jiān)視，直流供電穩(wěn)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(qiáng)供電冗余度、優(yōu)化設(shè)備選型，讓系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性得到有效提升。
３．２．３ 內(nèi)冷水水路故障
（１）系統(tǒng)腐蝕現(xiàn)象。
均壓電*腐蝕、散熱器腐蝕是內(nèi)冷水系統(tǒng)腐蝕問題的主要表現(xiàn)。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(yùn)行過程中長(zhǎng)時(shí)間受到電化學(xué)腐蝕會(huì)導(dǎo)致底座銹蝕、均壓電*探針斷裂與底座分離。氯乙烯液位計(jì)在運(yùn)行過程中，需通過均壓電*對(duì)相應(yīng)閥層中水回路及電回路進(jìn)行均壓，防止其間出現(xiàn)電壓差導(dǎo)致放電。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，均壓電*探針容易出現(xiàn)結(jié)垢，結(jié)垢過厚如果沒有及時(shí)處理，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)冷水與均壓電*不銹鋼底座進(jìn)行導(dǎo)電，長(zhǎng)期下來就會(huì)導(dǎo)致底座腐蝕。針對(duì)此問題，需從均壓電*本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(nèi)冷水匯流管材質(zhì)相同，方便檢修拆卸及運(yùn)維，又可以防止底座腐蝕。散熱器腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因可以歸納為：散熱器有電解腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，內(nèi)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(xiàn)在多電位金屬器件水路中，進(jìn)而出現(xiàn)電解腐蝕情況；在酸性堿性條件下，散熱器內(nèi)金屬鋁有腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)；在內(nèi)冷水系統(tǒng)中，散熱器表面會(huì)吸附水處理回路離子交換樹脂粉末，散熱器有堿腐蝕情況出現(xiàn)。
為讓電解腐蝕問題得到有效解決，*先確保回路中均壓電*的有效性，加強(qiáng)均壓電*運(yùn)維，其次需要對(duì)水處理回路進(jìn)行優(yōu)化處 理，比如在內(nèi)冷水回路中加裝 ＥＤＩ裝 置，大力減小內(nèi)冷水回路中離子濃度，以此來讓內(nèi)冷水水質(zhì)得到保證，減小電離腐蝕性。同時(shí)，為了減少內(nèi)冷水中樹脂的進(jìn)入，可以在電導(dǎo)率可控范圍內(nèi)，降低離子回路水的流速，并相應(yīng)減小離子回路過濾器孔徑，讓樹脂粉末得到有效過濾。
（２）系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象。
系統(tǒng)堵塞物主要包含了碎布、垢樣、毛發(fā)以及碎石等。對(duì)系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象產(chǎn)生原因進(jìn)行推測(cè)，如果閥塔檢修時(shí)，工作人員誤將均壓電*結(jié)垢物掉落至內(nèi)冷水回路，或正常運(yùn)行過程中，均壓電*垢樣自行掉落至內(nèi)冷水中，均會(huì)導(dǎo)致水回路中出現(xiàn)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(dǎo)致毛巾堵塞主過濾器。針對(duì)此類原因，*先確保人員工作的可靠性、安全性；在檢修過程中，凡是工作在水回路內(nèi)部的環(huán)境中時(shí)，工作負(fù)責(zé)人需做好監(jiān)護(hù)，在系統(tǒng)恢復(fù)前，檢查確認(rèn)設(shè)備中無(wú)遺留物，方才對(duì)回路管道等進(jìn)行回裝；其次可以對(duì)管道設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，讓 “死區(qū)”現(xiàn)象得以減少，在主水管道中合理增加閥門，使檢修過程中盡可能縮小工作范圍，并將主過濾器放置在進(jìn)閥管道前端，做好內(nèi)冷水進(jìn)入閥塔時(shí)*后一道關(guān)卡。再次，可以對(duì)主過濾冗余情況予以全面考量，對(duì)主過濾器進(jìn)行冗余化改造，增加備用過濾器，如果主過濾器有堵塞情況出現(xiàn)，可以及時(shí)切換為備用過濾器，有效避免因主過濾器堵塞帶來的內(nèi)冷水流量、壓力、溫度等故障導(dǎo)致的跳閘。
（３）均壓電*結(jié)垢現(xiàn)象。
均壓電*結(jié)垢問題在內(nèi)冷水系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象中較為常見。為讓內(nèi)冷水系統(tǒng)電解腐蝕現(xiàn)象得到有效減少，當(dāng)前的氯乙烯液位計(jì)設(shè)計(jì)中，大多均壓電*安裝在內(nèi)冷水系統(tǒng)閥段并聯(lián)水路匯流管與Ｓ型水管等位置。均壓電*結(jié)垢的主要來源為散熱器腐蝕后產(chǎn)生的鋁離子。為減少均壓電*結(jié)垢現(xiàn)象，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效優(yōu)化。*先改進(jìn)均壓電*本身結(jié)構(gòu)，加大電*探針直徑、增加探針針頭數(shù)量，來減小每一根探針本身結(jié)垢量；其次，在內(nèi)冷水回路中，增加 ＣＯ２ 裝置或 ＥＤＩ裝置，有效對(duì)鋁離子進(jìn)行吸收或過濾，降低其在內(nèi)冷水回路中濃度。*后是加強(qiáng)運(yùn)維，根據(jù)每個(gè)換流站中均壓電*結(jié)垢情況，合理制定檢修維護(hù)周期，確保均壓電*結(jié)垢可控，確保系統(tǒng)穩(wěn)定過。
４ 結(jié)語(yǔ)
通過對(duì)外冷水系統(tǒng)、內(nèi)冷水系統(tǒng)故障及隱患進(jìn)行全面分析，從設(shè)計(jì)、安裝、操作、運(yùn)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(tǒng)故障、電源回路故障以及內(nèi)冷水水路故障得到有效處理，進(jìn)而讓高壓直流氯乙烯液位計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性得到有效提升。