引言
自１９５４年高压直流输电问世以来，高压直流输电经历了多次变革，现阶段，高压直流输电已经在我国电力系统运行中占据重要地位。随着社会经济的快速发展，西电东送发展战略的落实，高压直流输电发展前景可谓十分广阔，为保证高压直流输电工程运行的稳定性，需要对其冷却水系统予以优化处理。
１ 背景概述
和高压交流输电相比，高压直流输电具有多种明显优势。其主要体现在以下四个方面。
（１）高压直流输电具有长距离、大容量特性，相比交流输电，在长距离跨区输送大容量电量时，经济优势明显。
（２）高压直流输电可以实现不同频率交流电网的互连，直流输电所连两侧交流电网无需同步运行，可以通过直流输电系统起到频率转换作用。
（３）高压直流输电具有较大的一次性投资，后期线路维护投入相对较少。
（４）高压直流输电的传送方向、传送功率可以得到快速控制。在高压直流输电系统中，为让交直流转换得以实现，需要使用衬四氟磁翻板液位计这一核心部件，在系统运行过程中，衬四氟磁翻板液位计需要承受大电流、高电压，其内部可控硅元件会产生较大热量，为避免可控硅元件因结温过高而受到损坏，需使用水冷系统进行散热，以带走其中热量。但就目前来看，在我国高压直流衬四氟磁翻板液位计系统中，仍存在一些故障及隐患，需要对系统进行优化处理。
２ 阀冷却水系统
阀冷却水系统主要构成部分为阀内冷水系统与阀外冷水系统。阀内冷水系统主要通过内冷水与阀组件直接接触流动，将衬四氟磁翻板液位计中热量带出，确保衬四氟磁翻板液位计组件中晶闸管、水冷电阻、阳*电抗器等发热元件运行温度具有可控性。而阀外冷水系统主要通过闭式冷却塔或风机将内冷水中热量带走，并排放至环境中。衬四氟磁翻板液位计内、外冷水系统的协同运行，可以使衬四氟磁翻板液位计组件内部冷却持续进行，并满足元器件结温要求，进而保证系统整体运行稳定性、安全性。阀冷却水系统原理如图１所示。
阀内冷却水系统具有循环性、封闭性特点，构成主要回路为主水回路、稳压回路、离子回路、补水回路。其中主水回路主要包含主循环泵、主过滤器、脱气罐以及管道部分；稳压回路包含膨胀水箱或氮气稳压罐等部分；离子回路包含离子交换器、去离子树脂、离子过滤器等；补水回路包含补水泵、补水箱等。主水回路与衬四氟磁翻板液位计内元器件直接流通、接触，通过内循环水将衬四氟磁翻板液位计内热量带出，之后经外冷水系统中冷却塔或风机，使热量排出；稳压回路可以使系统中水容积变化得到缓冲，防止主泵切换、环境温度变化等影响内冷水压力，起到保持压力恒定的作用。离子回路可以有效对密闭的内冷水回路离子进行过滤吸收，有效降低内冷水电导率，确保主水回路内冷水质量；补水回路可以有效对内冷水进行补给，确保水量满足要求。
阀外冷水系统目前在用的主要有闭式冷却塔冷却、风冷冷却两种方法。在西部寒冷缺水地区，风冷方式应用较为广泛，利用多组风机，可以吹冷风至换热盘管外表面，对换热盘管内的内冷水进行散热冷却。闭式冷却塔冷却主要是利用外冷水喷淋至内部换热盘管，并结合风机将蒸发的热量带走，从而对换热盘管中内冷水进行降温散热。目前闭式冷却塔散热方法应用更为普遍，其主要由冷却塔、喷淋泵、喷淋水池、软化水处理系统、反渗透系统等组成。
３ 高压直流衬四氟磁翻板液位计系统故障分析与优化措施
在我国直流换流站运行发展史中，曾有过多种类型故障出现，造成运行事故，严重则直接造成系统闭锁跳闸等。此类运行事故直接影响换流站运行安全性、稳定性，需要对其进行优化。
３．１ 外冷水系统缺陷及优化
３．１．１ 故障分析
外冷水系统故障会使内冷水温度升高，直接影响衬四氟磁翻板液位计稳定运行，进而导致出现跳闸事故。如暴雨、排水泵故障导致喷淋泵坑水淹事故出现；站用电电源丢失、电源切换失败导致阀冷系统整体失电；外冷水水质过硬，使冷却塔内盘管结垢、冷却塔生藻等，导致冷却效率降低。除此之外，还有可能出现传感器故障误触发事故。
３．１．２ 优化措施
针对喷淋泵坑水淹事故，需要做好预防工作，密切关注换流站附近的天气状况，并结合情况加强巡视周期，及时对排水泵进行检查、试运行，并结合情况增加排水泵冗余度，确保排水泵运行正常，同时在泵坑单独加装液位计，并将液位告警信号、排水泵运行信号上送至监控系统，加强远程监视，以有效避免泵坑被淹现象。针对站用电源故障情况，需有效增加站内电源供电冗余度，并加强备自投与阀冷系统配合试验，确保在站用电源切换、备自投动作期间，阀冷系统仍可稳定运行。针对外冷水水质过硬问题，需结合水质问题，通过软化水系统进行处理，对外冷水进行长期加药来防止结垢、藻类生长现象，或通过加装反渗透装置对外冷水进行净化处理，改善喷淋水质量。针对传感器误触发故障，可通过增加传感器冗余度的方式，针对液位、电导率等关键回路传感器可采用双传感器冗余，“二取二”控制方式，对控制系统进行优化。通过一系列优化措施，可以让外冷水系统稳定性得到提升、阀冷却水系统整体运行稳定性、长期性得到保证。
３．２ 内冷水系统隐患及优化
３．２．１ 阀冷控制保护系统故障
阀冷控制保护系统故障主要包含软件逻辑故障、输入输出回路故障。控制保护系统故障产生的原因主要为早期换流站中，阀冷系统厂家缺乏运行经验，阀冷定值选取不当、阀冷系统输入输出硬件回路抗干扰性与稳定性差。如在早期某换流站就曾因厂家所设置的泄露定值过于灵敏，导致相应*闭锁情况。为解决此类，*先需要全面考量控制保护软件系统，梳理逻辑中存在的隐患，对逻辑控制予以优化，受限确保所有跳闸回路满足双重化冗余，再对控制保护逻辑中输入、输出有关联部分进行逻辑关联，例如可以将泄漏保护动作结果改为先进行补水，连续多次补水后若液位仍存在降低情况，再使用液位保护进行动作等；其次，所有控制系统中涉及到的定值，均需结合换流站中衬四氟磁翻板液位计实际运行工况需求进行设定，确保定值设定合理。
传感器故障产生的主要原因是仪表本身故障、传感器回路故障等导致测量结果错误或存在波动等误差情况，进而影响控制保护系统判断，导致相应直流闭锁。在很多换流站均出现过温度传感器、液位传感器等测量误差导致的闭锁情况，为让此类问题得到有效解决，具体优化措施可以归纳为以下三个方面。
（１）需要对传感器件冗余化改造，将涉及跳闸回路的传感器进行三重化冗余，如膨胀水箱液位、内冷水温度、内冷水电导率等，逻辑设定为“三取二”出口，增强稳定性。
（２）利用不同传感器的测量数据进行关联，优化控制保护系统逻辑；在控制系统中对内冷水流量、主泵出水压力、进阀压力三类测量数据进行优化，利用三类数据之间的关联度，两两管理，例如将内冷水流量与进阀压力进行有效关联，当内冷水同时出现压力低、流量低时，启动跳闸，增强系统稳定性。
（３）加强传感器回路抗干扰性能，尤其是阀厅内传感器，如膨胀水箱液位、阀塔压力等，加强传感器本体接地，确保接地线可靠接地，并在传感器回路中增加抗干扰磁环，减小测量数据误差，确保测量数据正确性。
３．２．２ 电源回路故障
电源回路故障主要包含电源失电故障及电源切换失败故障。电源回路故障会造成 ＰＬＣ、主泵等相关用电设备失电，严重时会导致阀冷停运，直流闭锁事故。针对电源失电故障，可以对阀冷系统进线电源进线优化。将主泵、喷淋泵、风机等所使用的４００Ｖ 电源，通过两路站用电源送入阀冷屏柜，再分别对主泵、喷淋泵、风机分路进线，确保所有动力设备均有冗余电源进线。将 ＰＬＣ所使用的１１０Ｖ 电源，同样从站内低压直流设备处分路进线接线，使用多路同步供电，将 ＰＬＣ供电回路、传感器供电回路等全部进行冗余，确保供电可靠性。针对电源切换失败故障，因早期阀冷系统设备设计选型时，主回路电源、电源监视继电器等均采用交流供电，当交流电源出现扰动时，容易造成电源监视继电器误动，造成电源切换，如果切换失败则会造成闭锁跳闸。针对此问题，可以将电源监视继电器改造为直流供电、交流监视，直流供电稳定性高，且可以与交流进行隔离，防止误动。整体优化工作，即为增强供电冗余度、优化设备选型，让系统整体运行稳定性、安全性得到有效提升。
３．２．３ 内冷水水路故障
（１）系统腐蚀现象。
均压电*腐蚀、散热器腐蚀是内冷水系统腐蚀问题的主要表现。均压电*腐蚀主要存在于均压电*底座上，均压电*底座为不锈钢材质，运行过程中长时间受到电化学腐蚀会导致底座锈蚀、均压电*探针断裂与底座分离。衬四氟磁翻板液位计在运行过程中，需通过均压电*对相应阀层中水回路及电回路进行均压，防止其间出现电压差导致放电。但在实际运行过程中，均压电*探针容易出现结垢，结垢过厚如果没有及时处理，将会导致内冷水与均压电*不锈钢底座进行导电，长期下来就会导致底座腐蚀。针对此问题，需从均压电*本身的结构设计上进行改进优化，将均压电*底座材质更换为 ＰＶＤＦ材质，即保证了与内冷水汇流管材质相同，方便检修拆卸及运维，又可以防止底座腐蚀。散热器腐蚀现象出现的主要原因可以归纳为：散热器有电解腐蚀现象出现，内冷水存在于不同电位的晶闸管散热器、阳*电抗器，以及水冷电阻之间，这会让电解电流出现在多电位金属器件水路中，进而出现电解腐蚀情况；在酸性碱性条件下，散热器内金属铝有腐蚀现象出现；在内冷水系统中，散热器表面会吸附水处理回路离子交换树脂粉末，散热器有碱腐蚀情况出现。
为让电解腐蚀问题得到有效解决，*先确保回路中均压电*的有效性，加强均压电*运维，其次需要对水处理回路进行优化处 理，比如在内冷水回路中加装 ＥＤＩ装 置，大力减小内冷水回路中离子浓度，以此来让内冷水水质得到保证，减小电离腐蚀性。同时，为了减少内冷水中树脂的进入，可以在电导率可控范围内，降低离子回路水的流速，并相应减小离子回路过滤器孔径，让树脂粉末得到有效过滤。
（２）系统堵塞现象。
系统堵塞物主要包含了碎布、垢样、毛发以及碎石等。对系统堵塞现象产生原因进行推测，如果阀塔检修时，工作人员误将均压电*结垢物掉落至内冷水回路，或正常运行过程中，均压电*垢样自行掉落至内冷水中，均会导致水回路中出现垢样堵塞；如果主泵检修时，作业人员误将毛巾等杂物遗留至主泵出水回路，将会导致毛巾堵塞主过滤器。针对此类原因，*先确保人员工作的可靠性、安全性；在检修过程中，凡是工作在水回路内部的环境中时，工作负责人需做好监护，在系统恢复前，检查确认设备中无遗留物，方才对回路管道等进行回装；其次可以对管道设计进行优化，让 “死区”现象得以减少，在主水管道中合理增加阀门，使检修过程中尽可能缩小工作范围，并将主过滤器放置在进阀管道前端，做好内冷水进入阀塔时*后一道关卡。再次，可以对主过滤冗余情况予以全面考量，对主过滤器进行冗余化改造，增加备用过滤器，如果主过滤器有堵塞情况出现，可以及时切换为备用过滤器，有效避免因主过滤器堵塞带来的内冷水流量、压力、温度等故障导致的跳闸。
（３）均压电*结垢现象。
均压电*结垢问题在内冷水系统结垢现象中较为常见。为让内冷水系统电解腐蚀现象得到有效减少，当前的衬四氟磁翻板液位计设计中，大多均压电*安装在内冷水系统阀段并联水路汇流管与Ｓ型水管等位置。均压电*结垢的主要来源为散热器腐蚀后产生的铝离子。为减少均压电*结垢现象，可对系统进行有效优化。*先改进均压电*本身结构，加大电*探针直径、增加探针针头数量，来减小每一根探针本身结垢量；其次，在内冷水回路中，增加 ＣＯ２ 装置或 ＥＤＩ装置，有效对铝离子进行吸收或过滤，降低其在内冷水回路中浓度。*后是加强运维，根据每个换流站中均压电*结垢情况，合理制定检修维护周期，确保均压电*结垢可控，确保系统稳定过。
４ 结语
通过对外冷水系统、内冷水系统故障及隐患进行全面分析，从设计、安装、操作、运维等多角度进行优化处理，可以让外冷水故障、控制系统故障、电源回路故障以及内冷水水路故障得到有效处理，进而让高压直流衬四氟磁翻板液位计系统运行稳定性得到有效提升。
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