２０１２年第３８卷第４期 －ｒ，ｌｌ，安全与环保 Ａｐｒｉｌ ２０１２ Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａ ｄ Ｅｈ ｒ伽 ．ｅｎｔａ１ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ・２９・ 高压直流输电换流阀冷却系统泄漏保护分析 冷明全 吴健超 王靖 （广州高澜节能技术股份有限公司节能研究院广州５１０６６３） 摘要提出了一种高压晶闸管换流阀冷却系统泄漏保护方法，当水冷却系统在一定时间内泄漏量超 过换流阀要求的泄漏流量时泄漏保护能正确动作，同时避免由于冷却介质的热胀冷缩而引起误判断，对国内 新建直流工程有指导意义。 关键词换流阀冷却系统高压直流输电漏水检测 ＤＣ Ｈｉｇｈ——ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｖａｌｖｅ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｅａｋａｇｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＬＥＮＧ Ｍｉｎｇｑｕａｎ ＷＵ Ｊｉａｎｃｈａｏ ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ （Ｑ埘ｔ Ｇａｏ／ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｍｅｒｍｔ／ｏｎ Ｔｅｃｈ．Ｃｏ．， ．Ｅｎｅｒｙｇ Ｃｏｎｓｅｒｔｖｚｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ￣７Ｊ１ｏ１１．５１０６３３） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｌｅａｋａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｖａｌｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｗｈｅｎ ｈｔｅ ｌｅａｋａｇｅ ｅｘｃｅｅｄｓ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｔｈａｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｖａｌｖｅ ｒｅｑｕｅｓｔｅｄ，ｔｈｅ ｌｅａｋａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃａｌｌ ａｃｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｄｙ， ｅｍａｎｗｈｉｌｅ ｉｔ ｃａｎ ａｖｏｉｄ ｗｒｏｎｇｊｕｄｇｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｆｒｏｍ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｎａｄ ｏｃｎｔｒａｃｉｔｏｎ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｉｍｔｒｕｃｔｌｖｅ ｔｏ ｎｅｗ ＤＣ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｃｏｉｉｖｅｒｔｅｒ ｖａｌｖｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ＤＣ ｈｉｇｈ——ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｅａｋａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ０引言 器，不断净化管路中可能析出的离子，然后通过膨胀 高压晶闸管换流阀是高压直流输电的核心设备 罐，与主循环回路冷却介质在高压循环泵前合流。与 之一，晶闸管器件散热设计的基本任务是使器件发 离子交换器连接的补液装置和与膨胀罐连接的氮气恒 出的热量能尽快地传导发散出去，从而保证器件运 压系统保持系统管路中冷却介质的充满及隔绝空气。 行时，其内部温度始终保持在允许的范围之内。由 于纯水的良好导热性及绝缘性等特点，能很好地应 用于这种高压高功率器件的热传导，因而，采用纯水 冷却的相应技术也就应运而生。冷却系统长期连续 受压运行，管路接口漏水几率较大，原有的漏水检测 方法可靠性不足，容易导致保护误动和拒动。为了 使换流阀可靠稳定运行，寻求一种更能及时检测出 换流阀输配水管路漏水的方法意义重大。 １冷却系统工艺流程 冷却系统工艺流程示意图如图１所示，恒定压 图１阀冷系统工艺流程示意 力和流速的冷却水源源不断流经阀外冷设备进行热 ２阀冷系统泄漏保护检测方法 交换，散热后再进入换流阀带走热量，温升水回流至 阀冷系统的泄漏保护方法包括：①阀塔底部安 高压循环泵的进口。当环境温度较低和换流阀体低 装检漏装置；②补水泵一段时间内连续启动２次；③ 负荷运行或零负荷时，为防止换流阀结露，电加热器 监测膨胀罐液位３０ ｓ变化速率；④监测膨胀罐液位 对冷却水温度进行强制补偿。为适应大功率电力电 ２４ ｈ变化量。 子设备在高电压条件下的使用要求，将漏电流 由于冷却介质随温度热胀冷缩，所以在判断泄 在一定的水平，冷却介质必须具备极低的电导率。 漏保护的同时必须参考温度变化梯度。膨胀罐液位 因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理回 设置如图２所示。 路。预设定流量的一部分冷却介质流经离子交换 ２．１阀塔底部安装检漏装置 ・３Ｏ・ 液位变送器 液位变送器 ４２２／２＝２１１ Ｌ，则１Ｏ ｃＩ＝时膨胀罐液位下降７４３舢，膨胀 罐液位为２５７ ｍｍ，此时Ｐｌ０＝２１．９×８．３１４×（１０＋ ２７６．３）／０．２８４×（２．０—０．２５７）＝１．０５ ｂａｒ；５４℃时： △ｖ５３＝Ａｔ× ×Ｖ＝（５８—３５）×０．０００ ６×２８ １５２＝ ３８８ Ｌ，总共２个膨胀罐，每个的体积变化为３８８／２＝ １９４ Ｌ，则５４℃时膨胀罐液位上升６８３ ｍｍ，膨胀罐液 位为１ ６８３ ｚ姗，所以得出膨胀罐液位随温度变化 图２膨胀罐液位设置 １℃，液位变化约１５．５ ｍｍ，图３给出了各温度下膨 胀罐液位示意图。 阀塔底部安装检漏装置能快速反馈出阀塔是否 有漏水的情况，便于及时发现漏点，但是也只能检测 出阀塔上的漏水，水冷系统其他接口泄漏则检测不 出。同时在早期换流站设计中阀塔底部检漏保护为 跳闸保护，容易导致换流阀保护误动。 ２．２补水泵一段时间内动作２次 阀冷系统设置自动补水功能，当膨胀罐液位下 降到自动补水液位时，补水泵自动启动，膨胀罐液位 到达停泵液位时，补水泵自动停止。冷却系统为密 闭式管路系统，正常运行液位变化量较小，如果在短 时间内系统需求２次补水，就可判断系统有漏水的 可能。如：银川换流站设定２４ ｈ内有２次补水需求 时，阀冷系统报出渗漏预警，由于受到补水周期时间 较长的，这种检漏方法只适用于小漏水预警功 能，不可作为系统大泄漏跳闸保护使用。 ２．３阀冷系统３０ ８泄漏保护方法 以膨胀罐液位３０ ｓ内连续下降变化量来判断 阀冷系统是否有泄漏情况发生。阀冷系统膨胀罐受 到冷却介质热胀冷缩的影响，在判断膨胀罐液位下 降变化的同时应考虑系统进阀温度、出阀温度的变 化情况，如１０ ｓ内温度变化大于一定的温度梯度 时，膨胀罐水位将会下降过大，容易造成误判断。 膨胀罐水位随温度变化而变化，青岛换流站阀 冷，系统总水容量约为２８ １５２ Ｌ，最低运行温度１Ｏ℃ （可视为最低液位），最高运行温度５８℃（可视为最 高液位）。 根据公式ＡＶ＝Ａｔ×口×Ｖ计算得ＡＶ为８１１ Ｌ， 即系统必须至少有８１１ Ｌ的容积供系统膨胀缓冲。 根据理想气体克拉伯龙方程有ＰＶ＝ｎＲＴ，设定 正常运行时温度为３５℃，膨胀罐内液位为１０００ —啪，此时氮气压力设定为２．０ ｂａｒ，设定罐体直径为 ６１０ Ｉｎｔｏ，直段长度为２ ０００ ｍｍ，膨胀罐截面积为 Ｏ．２８４ ｍ２则： ２．０×ｌＯｓ×０．ｎ — ２８４×１．Ｏ …一 ｚｌ・ ｇ／ｔ ｏｏｌ 一 ｌＯ℃时：△Ｖｌｏ＝Ａｔ×口×Ｖ＝（３５—１０）ｘ ０．０１３０ ６× ２８ １５２＝４２２ Ｌ，总共２个膨胀罐，每个的体积变化为 １９００ １００一 西６１０ 罐体Ｏ刻度 图３ 各温度下膨胀罐液位示意 同时根据青岛换流站阀冷系统的运行情况，实 际运行时温度每变化ｌ℃，液位变化约１０ ｍｉｌｌ左右， 图４给出了膨胀罐液位随温度变化曲线。 １２５１ １２４１ 裟 １２３ｌ ｌ２２ｌ 直值度 刨超ｊ低刻 呈ｌ２ｌｌ； １２０１ ｌ】９ｌ ２６＿３ ２７．３ ２８．３ ２９．３ ３Ｏ．３ ３１．３ ３２．３ 温度／℃ 图４膨胀罐液位随温度变化曲线 根据泄漏保护定值要求，泄漏采样周期２ ｓ，泄 漏比较周期１０ ｓ，比较周期内泄漏量６ ｎｌｍ，泄漏保 护动作延时３０ ８，泄漏比较周期之间温度差０．２℃， 图５给出了水冷系统泄漏检测周期。阀冷控制系统 对膨胀罐进行扫描，如从０开始，０ ｓ时采样一次液 位，与１０ ｓ进行比较，２ ８与１２ ｓ比较、４ ｓ与１４ ８进 行比较，根据时间的变化不停地对液位进行扫描比 较，当某一点液位下降量大于设定值６ ｍｍ 时，并且温度变化率少于０．２℃，泄漏保护启动延 （下转第８４页） ・８４・ 自２００２年《职业病防治法》实施以来，我国的职 因此，无论国家、企业还是职工个人，都应充分重视 职业病的危害，加大对职业有害因素的控制力度，并 采取有效措施改善我国的职业卫生现状。 参考文献 业卫生状况得到了一定改善，职业病发病人数和发 病率也出现过短暂的下降趋势。但近年来，由于相 关部门监管不到位，很多企业的职业卫生设施成为 应付检查的工具，如个别企业为节省资金，车间内的 除尘设备只在迎接上级检查时才开启，平时一直处 于停机状态。因此，相关监管部门必须加大检查力 度，除确保企业建立健全职业卫生管理制度、设置专 业职业卫生管理人员外，更应监督企业将制度落到 实处，并加大违规企业的处罚力度，保证职业卫生相 ［１］钱平．我国职业卫生工作的现状、问题与对策［Ｄ］．上 海：华东师范大学，２００７． ［２］王欣平．作业场所职业危害程度分级现状分析［Ｊ］．中国 安全生产科学技术，２０３６，２（６）：１２５—１２８． ［３］张敏，王焕强，杜燮炜，等．中小企业化学品职业危害预防 控制指南［Ｊ］．中全生产科学技术，２０Ｏ８４（４）：９５—９９． ［４］Ｓｕ Ｚｈｌ，Ｗａｎｇ Ｓｈｅｎｇ，Ｓｔｅｖｅｎ Ｐ Ｌｅｖｉｎｅ．ｎａｔｉｏｎａｌ ｏｃｃｕｐａｉｔｏｎａｌ ｈｅａｌｔｈ ｓｅｒｖｉｃｅ ｐｏｌｉｃｉｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｆｏｒ ｗｏｒｋｅｒｓｉｎ ｓｍａｌｌ—ｓｃａｌｅ 关法律法规、标准等国家强制性规定得到有效执行。 ３结论 ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｉｎ ｃ￣ｎａＥＪ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｈｙｇｉｅｎｅ Ａｓｓｃｉｏａｉｔｏｎ Ｊｏｕｒｎａｌ，２０００（６１）：８４２—８４９． 职业病不仅使数以万计的工人失去健康，也给 国家带来巨大的经济损失。目前，我国的职业病新 ［５］邱曼．我国职业危害的现状分析与对策探讨［Ｊ］．中 全生产科学技术，２００８，４（３）：１０２—１０５． 作者简介许兰娟，女，硕士，主要研究方向：石油化工安全 评价技术、安全系统工程。 发病例数是从覆盖率仅达１０％左右的健康监护中 发现的，因此实际病例远远高于报告数字。而每年 因职业病危害造成的直接经济损失，高达上千亿元。 （收稿日期：２０１１—０３—１０） （上接第３Ｏ页） 时，延时３０ ｓ内一直满足以上条件，３０ ｓ后泄漏保护 ３结论 动作跳闸，换流阀停运。采用３０ ｓ系统泄漏判断逻 辑，可快速判断出系统泄漏的情况，同时也考虑温度 变化对液位的影响，满足运行误动和拒动要求。 液位比较 结合国内直流输电工程阀冷系统的应用情况， 广州高澜公司生产的换流阀冷却系统采用下列４种 漏水检测方法使换流阀的保护更可靠稳定：①阀塔 底部安装检漏装置，可准确判断出阀塔漏水情况；② 补水泵一段时间内连续启动２次，能准确判断出阀 冷系统小漏情况；③监测膨胀罐液位３０ ｓ变化速 率，考虑了系统温度变化对液位的影响，能判断出系 统大泄漏做出保护跳闸动作；④监测膨胀罐液位２４ ｈ变化量，２４ ｈ膨胀罐液位的变化用来作系统小漏 ０ ４ ｉ； Ｉ２ ｌ６ ２０ ２４ ２８ ３２ ３６ ４Ｏ ４４ 水判断，及时发出预警信号。 参考文献 时间／ｓ 图５阀冷系统泄漏检测时间、检测周期 ［１］姚其新，张贵德，马宜莲．基于水膨胀原理的高压直流阀 冷却系统漏水检测方法研究［Ｊ］．湖北电力，２ＯＯ８，３２（２）： ５５—５７． ２．４阀冷系统２４ ｈ渗漏保护方法 阀冷系统渗漏时发出预警，如图６所示扫描周 期为１８０ ｍｉｎ，在扫描周期之间液位下降超过ｌ０ ｍｍ，连续产生８次，ＯＰ面板显示阀冷系统渗漏报警 信息并上传。任意一次采样值间下降量小于设定 值，则将累计次数清零、报警复位，重新开始计数。 比较 比较 比较…… 周期 周期 周期 １８０ ３６０ ５４０ ［２］郑丰，李耀钟，陈图腾．基于水膨胀原理的高压直流阀冷 却系统漏水检测方法研究［Ｊ］．科技创新导报，２００９（３１）： ５８—６０． ［３］夏拥，左干清，吴畏．高压直流阀冷系统漏水检测功能的 改进［Ｊ］．南方电网技术，２ＯＯ９，３（４）：５３—５７． 作者简介冷明全，男，高级工程师，广州高澜节能技术股份 厂———＼厂—— 一／＿—－－、 有限公司研究院院长，从事电力电子冷却与控制技术研究。 （收稿日期：２０１１—１１—１８） ０ 时间／ｍｉｎ 图６阀冷系统扫描周期
