摘要：换流阀是高压、特高压直流输电系统中的重要组成设备，随着直流输电系统电压的不断升高，换流阀承担了更多的负荷，运行时经常会出现发热现象，对冷却系统提出了更高的要求。保证换流阀冷却系统的正常运行对于提高整个直流输电系统的稳定和安全也有重要作用。现阶段国内多数直流输电换流阀冷却系统中，都是采用双母线供电，如果阀冷控制系统电源出现故障，会直接影响换流阀冷却效果。在此基础上，探究一种阀冷系统电源配置的优化对策，确保阀冷电气控制系统的稳定运行就显得十分必要。
关键词：换流阀；冷却控制系统；电源配置；改造措施
引言：金中直流工程金官站换流阀冷却系统动力回路采用2路交流电源供电，控制回路使用2路冗余直流供电。随着换流阀冷却系统投入使用年限的增加，近年来经常会发现在两路直流电源合并出，出现漏电流的问题。此外，换流阀冷却控制系统受到漏电影响，系统检测到漏电信号后启动保护程序，出现跳闸，严重影响力换流阀的正常运行。本文首先介绍了换流阀冷却系统的结构组成和配电方式，随后就当前换流阀冷却控制系统电源配置中存在的一些常见问题，提出了针对性的改造对策。
一、直流输电换流阀冷却控制系统的组成
1、内冷系统
内冷系统为密闭的循环冷却系统，动力来源是主循环泵，带动内冷水进行循环流动，带走换流阀运行时产生的热量，从而达到降温效果。内冷系统中主要的组成设备有冷却塔、换热盘管、喷淋泵等。运作流程为：在主循环泵的压力作用下，内冷水先进入到冷却塔中。冷却塔内有温度检测和控制系统，如果内冷水温度偏高，冷却塔开关始终闭合，持续冷却、降温。待内冷水温度降低到一定程度后，打开冷却塔开关，内冷水进入到换热盘管。换热盘管上方是喷头，由喷淋泵抽取水池中的水，喷淋在换热盘管上方，通过热交换带走部分热量。最后，内冷水有内冷系统进入外冷系统，重新冷却后再次循环使用。
2、外冷系统
换流阀运行中产生的热量，经过内冷系统处理后，热量只是从换流阀本身转移到了内冷水中。在外冷系统中才能实现热量的消散。如果外冷系统电源配置出现故障，导致热量无法排除，一方面是会增加外冷系统运行负荷，另一方面是热量的积累导致换流阀温度升高，容易引发整个阀冷系统故障。外冷系统的主要是由喷淋泵、排水泵、冷却风机等组成，多台喷淋泵之间采用电气互锁形式连接，且相互冗余。这样当外冷系统高负荷运行时，多台喷淋设备、冷却风机能够同时运行，但是冗余配置又决定了运行时外冷系统的交流负荷不会过高，从而保证了外冷系统的平稳和高效运行。
二、直流输电换流阀外冷系统交流电源配置方式
结合上文对直流输电换流阀冷却控制系统的介绍，可以发现外冷系统在降温中发挥了更为重要的作用。本文以外冷系统为例，对该系统交流电源配置方式、存在问题以及改造对策展开简要分析。以金中直流工程金官站换流阀冷却系统为例，为了进一步提高系统的运行稳定性，使用4路AC380V交流电源，按照顺序将其分为#1、#2、#3、#4交流电源。其中#2和#4交流电源通过线路与上一级的AC400V母线I段连接，#1、#3交流电源则通过线路与上一级的AC400V母线II段连接。
电源配置的基本流程为：首先，各取不同母线段的一支交流电源，通过接线器汇合后接入同一电源柜中。例如取AC400V母线I段的#1交流电源和AC400V母线II段的#4交流电源，接入电源柜，保证了两支交流电源互为冗余。其次，外冷系统中的其他设备，如排水泵、旁滤泵等，分别将电源线与冷却塔动力柜连接，为设备运行提供电源。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了方便电源配置，可以将喷淋泵、冷却风机等电气设备进行编号，其中偶数组连接到AC400V母线II段，奇数组连接到AC400V母线II段，一来可以减轻系统运行负荷，二来方便后期检查和维修。
三、换流阀外冷系统电源配置存在的问题
1、母线故障引起换流阀闭锁
直流输电换流阀外冷控制系统采的4路交流电源，分别连接AC400V母线的两段，这样连接的目的在于实现冗余和分流，即便是其中一段母线发生了故障，也可以暂时由另一段维持换流阀冷却控制系统的正常运行，为技术人员提供了充足的故障检查和维修机会。这样当电源配置故障排除后，重新加入母线，系统恢复正常运行。但是这种电源配置方式也存在一定的弊端，并不能完全消除电源故障的影响。例如，#1和#4虽然相互冗余，但是分别属于AC400V母线的I段和II段。两个系统之间相互独立，如果是夏季高温天气，母线一侧出现故障后，另一段线路承担的负荷相应的增加1倍。对于喷淋泵、冷却风机来说，实际负荷已经远远超出了额定功率，加上散热效果不好，经常会导致控制系统启动保护程序，导致换流阀闭锁等问题。
2、水冷系统直流电漏电
换流阀冷却控制系统电源冗余的实现，需要对2条电路上的直流电源进行耦合。这就导致了在同一个控制系统中，系统接入的直流电和最终回到系统的直流电，电压并不相等，形成了一定的电压差。如果采用切换电路的方式对其中一段母线进行维修，那么另一段母线容易出现漏电故障。水冷系统直流电漏电造成的负面影响主要有两方面：其一是外冷控制系统电源运行不稳定，电压波动可能会增加换流阀中部分电器元件出现故障的概率；其二是阀冷控制系统出现跳闸的概率增加，影响系统正常运行。
四、换流阀冷却控制系统电源配置的改造对策
1、水冷系统直流电环流漏电改造方案
两路直流电源处加DC/DC直流电源变换器，再进行耦合。DC/DC直流电源变换器采用高频PMW技术，通过MOSFET或IGBT实现高频工作，目前，在低压48V/400A内已得到广泛应用。两路直流电源加装切换装置。在正常情况下，使用#2直流电源，当#2直流电源故障时，自动切向#1直流电源，完全隔开#1直流电与2#直流电的联系。由于是直流电切换，与交流切换不同的是交流是交变的，有过零点，因此，相对而言对灭弧的要求较低；直流始终都是平稳的。但是这种改造方案只能适用于功率较低、对切换元件要求不高的情况，否则改造后的应用效果也会受到相应的影响。
2、水冷系统直流控制回路短路解决方案
主循环泵采的交直流接触器吸合功耗为1350VA，如果改为交流控制，可有效减轻水冷系统对站用直流系统的负荷冲击。由于现站用电均采用三选二方案，站用电切换时，总有一路不会切换，不会因在切换中间点双路掉电而影响水冷系统主循环泵运行。可以保证在任意时间，水冷系统总有一套设备处于运行状态。形成了主循环泵采用交流控制方式，电动阀及其它设备采用直流控制方式，不仅完全解决了漏电流故障，减轻了站用直流系统负担，也提高了水冷系统的可靠性。
结语：冷却系统是维持直流输电换流阀能够正常运行的重要部位，特别是在特高压、超高压直流输电线路中，更需要通过对冷却控制系统电源配置的改造，切实提高冷却系统运行稳定性，确保换流阀运行产生热量能够被及时带走，维持换流阀的可靠性与安全性。本文提出了关于交流电源配置方式优化、直流电环流漏电改造的优化方案，经过实践验证，改造后换流阀冷却控制系统运行稳定，就有较强的实用价值。
参考文献：
[1]许杰峰,陈文戈,吴健超,etal.高压直流输电纯水冷却装置远程监视与智能维护系统的研发[J].广东电力,2012(5):49-52.
[2]王振,景兆杰,郑安邦,etal.高压直流输电换流阀冷却系统主循环泵电机起动方式分析与研究[J].电机与控制应用,2016,38(10):12-15.
论文作者:周成晟
论文发表刊物:《科技新时代》2018年12期
论文发表时间:2019/2/18
标签：系统论文; 母线论文; 控制系统论文; 电源论文; 直流电论文; 水冷论文; 交流电源论文; 《科技新时代》2018年12期论文;