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摘要：换流站是我国西电东送、南北互供电网战略发展的重要节点。换流阀为换流站的核心设备，其在运行中通过的大电流会产生大量的热量，会导致晶闸管和电抗器等阀组件元件的温度上升，这就需要有阀水冷却系统对换流阀进行冷却，本文对换流站内冷水控制保护系统隐患进行排查，并提出相应的改进措施，对换流阀的安全稳定运行将具有深远意义。
关键词：内冷水控制保护系统；PS868板卡；CCP单系统
换流站作为国家电力系统重点单位，肩负远距离、大功率的输电任务。如果发生非计划停运，会造成严重经济损失，甚至会对整个电力网络的稳定性造成影响。本文通过分析具体事例，对换流站内冷水控制保护系统隐患进行排查，为我国直流输电做出一点贡献。
1换流站内冷水控制保护系统概述
1.1阀冷系统
阀冷系统是换流站的一个重要组成部分，它将阀体上各元件的功耗产生的热量通过水交换到阀厅外，保证晶闸管结温运行在正常范围内。
1.2阀冷却控制保护系统
阀冷却控制保护系统是对阀冷却系统实施控制保护功能的二次设备，一般采取两套冗余配置。控制系统对设备的运行状态及冷却系统运行参数，如流量、压力、温度、水位和导电率进行监测和控制。对参数超限及设备故障进行报警或闭锁。
1.3内冷水系统
换流阀内冷却循环水系统主要是为可控硅阀提供冷却水，将运行中的换流阀散发出的热量吸收，以维持换流阀的正常工作温度，确保可控硅阀片可靠运行。内冷却水采用去离子水，经过精过滤及离子交换器处理，确保其电导率为0.1~0.5μS/cm。该系统为密闭式单循环回路，闭式回路内部主要包括主循环回路、旁路循环去离子回路和补水系统等。
1.4外冷水系统
外冷水系统为敞开式循环系统，主要由主循环回路、旁路循环回路、补水管路等组成。喷淋水泵从室外外冷水池抽水，均匀的喷洒到冷却塔内的换热盘管表面，吸收内冷水的热量，冷却塔不停地将吸热后形成的水蒸汽排至大气，冷凝水回流至喷淋水池，以实现对内冷水连续降温的目的。
2内冷水控制保护系统故障分析
在近期内，江陵换流站发生了两起由于CCP单系统内的PS868板发生节点故障，由于软件中节点故障发跳闸指令无延时，而系统切换需要15ms延时，所以该报警导致单极停运。
10月28日龙泉换流站在针对江陵站进行软件升级过程时，出现了冷却器全停的故障。当软件升级完成后CCPA恢复至“active”状态而CCPB系统在“test”状态时，极II原先工作的4台冷却器全停但控制系统无任何报警或报文，在迅速恢复CCPB系统并手动切换后，冷却器恢复运行。在事后的检查中发现CCPA的冷却塔出水温度（BT5）测量出现了异常显示仅为10多度，而更换采集该温度的板卡PS868后恢复正常。
宜都站在07年1月1日时曾出现了主水流量低导致极停运，最终未发现异常设备，结论为控制系统的瞬时异常或CAN总线通讯阻塞导致事故的发生。
从以上的事件可以看出水冷系统在运行过程中存在一些隐患。
3内冷水控制保护系统故障原因
3.1PS868板的质量问题
从上面的事件中可以明显看到，都与PS868板卡异常有直接的关系。在江陵的事件中控制系统检测出了PS868的异常，修改软件后这样的故障出现时可通过系统切换避免极停运。
而龙泉出现的异常情况时双极功率较大，CCPA系统PS868明显出现测量异常（仅10多度），而此时PS868并未检测出自身的问题。在以往的运行经验来看，ABB生产的PS868板的故障率一直较高，去年龙泉站故障的PS868板就有六块，而宜都站由于大量采用南瑞板卡，ABB生产的PS868板仅再CCP系统使用，至今尚未发现有异常的。
3.2PS868板异常不报警的后果
宜都、龙泉、江陵三站的CCP软件及硬件结构基本一致，以下以宜都站的系统为例。从宜都站的板卡结构图可以看出，PS868板所采集的模拟量基本包括了内水冷系统所有重要的非电气量。结构如下图：
这种判断方法对于传感器元件故障的判别有效，但免板卡异常导致的测量故障无法检测并做出相应动作（如切换系统）。从龙泉站出现的异常来看，当PS868工作异常时系统无法判断，虽然所有冷却塔全停，系统仍认为内水冷运行正常，如果不采取适当的措施，系统只有到水温达到报警值的时候才能发出报警在达到跳闸定值时切换系统（延时2秒后跳闸），由于温度保护的报警与跳闸定值相差不大（2.5°C），这会直接影响到直流系统的稳定运行。对于其他的模拟量回路也存在着类似的问题，所以模拟量测量异常应增加其他的判别方式以确保直流系统运行的稳定。
4内冷水控制保护系统故障的反事故措施
4.1采用两块PS868采集
一个传感器的模拟量使用两块PS868采集（在同一系统），比较两块板卡采样值后输出，若出现异常就切换系统。该方法的优点是简单有效，但需要在屏内增加较多的板卡。
4.2采用模拟量的微分计算
对模拟量进行微分计算，得到该模拟量的变化率，在短时间内模拟量快速变化时判断为采样故障。该方法的优点是不需要增加板卡，但对可能出现快速变化的模拟量不适用。可以监控的模拟量有温度，水位，电导率，这些量在短时内无法突变，而流量及压力在水冷起停或泵高低速变化时变化率较大，用该方法不能正确反应。
4.3采取模拟量相互比较
对原理相似的模拟量可采取相互比较。例如泵压差与流量是成一定的比例关系的，当一个变化时另一个也发生相应的变化，可以将泵压差乘以系数后换算成当时的流量再与实际流量比较，当两个数值相差较大时可判断为泵压差与流量之一的模拟量采集出现异常，此时切换系统。优点是无需增加板卡，缺点是适用范围小。
5软件中水流量低报警与泵切换的配合问题
在CCP2的FLOW.HGF页可以看到当泵前后压差达到报警值后，延时3秒发出流量低切泵命令，延时8秒发出主水流量低报警。具体软件页如下：
从软件中可以看到报警报文要在泵切换后5秒才出现，很容易让人误解为主泵发生切换5秒后流量仍较低，所以报出“主水流量低报警”。按照这种推理则会将故障原因的焦点集中在主泵的控制上，而忽略了压差异常的问题，对事故处理造成一定的影响。由于压差报警信号仅用于切换主泵和报“主水流量低报警”事件，建议将产生报文延时由8秒改为1秒，以提高异常原因分析的准确性。
6结论
分析了高压直流换流站内冷水控制保护系统的常见的故障类型，阐述内冷水控制保护系统的原理和基本结构、及相应辅助系统的故障特点，提出了高压直流设备故障的处理和预防措施。运行实践表明，该措施切实有效，可减少设备事故，提高换流站运行的稳定性。当然也还需要继续加大对直流输电运行、维护的经验积累交流，探索运行规律提高维护水平。
参考文献：
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[2]朱皆悦.高压直流输电阀水冷系统的对比分析[D].华北电力大学，2014.
[3]杨光亮.高压直流输电系统控制保护配置方案研究及谐波影响分析[D].上海交通大学，2015.
[4]李扬.±800kV云广特高压工程控制保护运行风险及预控措施研究[D].华南理工大学，2013.
作者简介：
向权（1983-），男，高级工程师，从事换流站运维检修工作。
王抗（1982-），男，高级工程师，从事换流站运维检修工作。
吴剑波（1983-），男，高级工程师，从事换流站运维检修工作。
张正茂（1986-），男，工程师，从事换流站运维检修工作。