柔性直流输电系统控制及安全运行

柔性直流输电系统控制及安全运行

柔性直流电源系统的控制体系灵活、稳定，能够保证供电车间的可靠输出，这是智能电网技术的中心之一。直流站的换流阀工作时会产生大量热量,为使其保持正常的工作温度,必须提供可靠的冷媒,可使热量及时散发。因此给换流阀配备稳定、可靠的冷却系统是换流站工程成功投运的基础。1去离子水处理柔性直流阀冷系统原理见图1,冷却介质在氮气密封系统里循环,由主水泵升压后经过三通阀到空气散热器,经主过滤器到被冷却器件将热量带走,后通过脱气罐回到主循环泵;当冷却介质通过室外空气散热器将热量交换出去;小部分介质流经离子交换器、精密过滤器后到膨胀罐,再回到主循环泵入口。为防止在高电压环境下产生漏电流,冷却介质须具备高电阻率,因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理回路。预设一定流量的部分冷却介质流经离子交换器,不断净化管路中可能析出的离子,再经精密过滤器后到膨胀罐,回到主循环泵入口,与离子交换器连接的补液装置和与膨胀罐连接的氮气恒压系统保持系统管路中隔绝空气。自动补水泵能将原水罐的介质补充到密闭系统内,填充密闭系统因电解、挥发、意外泄漏等导致的冷却介质损失。2控制和监控2.11个回路柔性直流阀冷系统一次回路见图2。(1)交流动力电源系统南风站阀冷系统包括主循环泵、补水泵、加热器、空气散热器风机等主要动力设备,根据设备的重要性,动力电源取自不同的位置。P01、P022台主循环泵分别取自1号交流动力电源和2号交流动力电源,以达到2台主循环泵的最安全运行配置。阀冷系统交流动力电源设置了双电源切换装置,补水泵、电动阀门等动力设备的由双电源切换后供电,保证设备在任意1路交流电源失电后也能够安全运行。空气散热器作为系统散热的主要部件,对系统的安全运行有着重要作用,系统共设置12台风机、分为3组。为保证阀冷系统安全运行,将G01～G04风机由1号交流动力电源供电,G05～G08风机由2号交流动力电源供电,G09～G12风机由双电源切换装置供电。(2)对设备的监控和保护进线电源状况进行实时监控。对电源相间的不平衡、缺相、掉电以及当前工作电源回路等故障状态信息都能实时上传,可就地显示电压值、电流值等。(3)plc自动保护运行设备在设备的运行状况下,对于设备运行状况进行监控,物理点对循环阀冷却系统的主循环泵、补水泵、风机等设备设置短路与过载保护,加热器设置短路保护,通过断路器及热继电器的状态监控各机电设备的运行状况,将节点信息上传至PLC控制器,通过PLC自动保护运行设备。同时在控制柜就地设置状态指示灯,指示当前设备的运行状态。(4)不同电压等级的传输功率对柔性直流站发热量的影响柔性直流阀冷设备应用的设备电压等级为35kV,而传统直流站的阀冷设备应用的电压等级为±500kV,它在绝缘耐压上的要求大幅降低。而不同电压等级的传输功率不同,柔性直流系统的发热量也相应减少,系统总用水量、冷却量、主泵出力等均小于±500kV直流站。±500kV直流站的冷却塔一般为风冷+水喷淋冷却效果显著,但盘管容易结垢,喷淋用水量的蒸发也没有内冷水的循环使用来得经济。相比较35kV柔性直流的冷却量较小,冷却塔采用单一风冷既能满足散热要求,风扇的叶片采用锯齿状,通过温度变频控制转速,降低了噪声污染。2.2ls-4lc控制回路采用冗余控制器(S7-400H系统PLC)的控制保护系统。实现了:(1)对阀冷却系统的监控与保护;(2)将阀冷却系统的工作状况上传给主控制器;(3)对阀冷却系统的远程控制。2.2.1a、b系统接入阀冷a控制系统阀冷控制保护系统采用经DC110V转DC24V开关电源转换后供电,A1号、A2号直流电源接入阀冷A控制系统,B1号、B2号直流电源接入阀冷B控制系统,当A控制系统发生故障时,由另一套控制系统执行工作。2.2.2电源信息实时上传对进线电源状况进行实时监控,掉电故障、电源故障和当前工作电源回路等状态信息都实时上传;控制系统电源回路配有抗浪涌保护装置,开关电源具有隔离变压功能。2.2.3元件故障保护拒动为确保系统安全稳定工作,防止由于阀冷却水系统仪表故障导致晶闸管阀停运,对阀冷却水系统冷却水进阀温度、冷却水电导率、冷却水流量、压力、液位等参数监测均设冗余仪表。所有传感器双重化配置,其中进阀温度传感器因其重要性进行三重化配置,双重化或三重化配置的传感器的供电和测量回路完全独立,避免单一元件故障引起保护误动。2套传感器全部接入2套阀冷保护,具备可靠的防拒动和防误动措施,避免单一元件故障导致保护拒动或误动。2取2仪表冗余保护原则:2台仪表安装在同一位置,同时进行检测并送入冷却系统控制系统,为避免单一仪表故障或输出有误,冷却系统出现误动作,控制采用与逻辑,2台仪表均超过定值时才引起动作,将误动率降至最低;当单一仪表故障或2仪表读数超差时发预警信号,提示运行人员及时处理,输出时采用2路保护节点信号输出,减少出现拒动的可能性。3取2仪表冗余保护原则:为了保证冷却水进阀温度的高可靠性,避免产生误动、拒动的情况,冷却系统共设置3台进阀温度变送器,安装在同一位置进行检测,通过控制系统对2个温度进行判断,取最接近的2台仪表示值再按2取2仪表冗余保护原则进行判断。保护设有以下防误动和防拒动措施:(1)通过监测传感器测量值是否超量程来判断传感器是否故障。同时比较同一功能的冗余传感器的测量值,当测量值相差较大时报警。取不利值进行计算上传。(2)3重化配置的进阀温度传感器全部接入2套阀冷保护屏内,在每套保护内采用3取2方式出口,当检测到其中1台进阀温度传感器故障后,在每套保护内采用2取2方式出口,当检测到有2台进阀温度传感器故障后,在每套保护内采用1取1方式出口,当3个进阀温度传感器均故障后,2套阀冷保护动作,停运直流系统。(3)在每套保护系统内采取3取2或2取2逻辑防误动,双重化保护节点独立出口防拒动。2.2.4护按2.2原则出口(1)阀冷系统装设3重化的进阀温度传感器,进阀温度保护按3取2原则出口,动作后停运直流。(2)阀冷系统装设双重化的阀出水温度传感器,出阀温度保护按2取2冗余保护原则出口,保护动作后由换流站控制保护系统发出功率回降。2.2.5低定值泵出液压力下跳闸信号(1)阀冷系统安装双重化的流量传感器,并在主循环泵前后分别装设2台压力变送器。(2)当流量传感器测出流量低于流量低定值时报警输出,低于流量超低定值同时有进阀压力低时输出跳闸信号。(3)当主泵出水压力低于压力低定值时切换主泵。当2台流量变送器检测值超低报警与任1台进阀压力低报警同时存在时才输出跳闸信号。2.2.6液体保护(1)泄漏保护器器1)在膨胀罐装设双重化的电容式液位传感器,用于液位保护和泄漏保护;2)2台膨胀罐采用2取2逻辑保护出口;3)膨胀罐装设可视磁翻板式液位计,便于巡视检察。(2)液位下降的影响1)泄漏保护采集装设在膨胀罐中的2个电容式液位传感器的液位,当液位下降超过换流阀泄漏允许值时,延时输出跳闸、请求停阀冷信号;2)泄漏保护定值考虑进阀温度和出阀温度对膨胀罐液位的影响,避免保护误动;3)泄漏保护具有就地退出保护功能按键。2.2.7保护系统接口对实时性要求较高的远程控制信号和水系统报警信号,换流阀冷却水系统通过开关量接点与换流阀直流控制与保护系统(上位机)进行通信;对于阀冷却水系统输出的保护信号(预警、跳闸),通过开关量接点直接输出到接口屏;对信息量较大的在线参数、设备状态监测及阀冷却水系统报警信息报文,阀冷却水系统通过4路Profibus总线与上位机进行通信,阀冷却水系统作为子站直接与上位机主站进行通信。2.2.8控制保护上的冗余配置柔性直流阀冷系统与±500kV直流站相比要小很多,但麻雀虽小,五脏俱全。它在控制保护上的配置完全不输于±500kV直流站。除了温度保护、流量保护、压力保护、液位保护、泄漏保护、电导率保