张颜真 熊 旭 陈海燕
（国网福建省电力有限公司检修分公司，福建 厦门 361004）
摘 要：介绍柔性直流输电换流阀冷却系统的工艺流程、主要设备与回路及其控制保护系统。阀冷系统能有效地冷却换流阀。同时配置有相关保护措施，并能够实时监视各个运行参数。
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关键词 ：柔性直流输电；阀冷系统；换流阀
中图分类号：TM721.1 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2015）08-0229-01
收稿日期：2015-03-04
作者简介：张颜真（1975-），女，福建云霄人，工学学士，国网福建省电力有限公司检修分公司工程师。研究方向：柔性直流输电。
柔性直流输电技术是现今世界上最先进的输变电技术之一，也是中国重点发展的智能电网领域。柔性直流输电在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市配网供电等方面具有极大的技术应用优势。
基于模块化多电平的换流阀是柔直输电系统的核心部件，每个子模块的电力电子器件在工作中会产生损耗，这些损耗将以热能的形式使换流阀温度升高。该系统可对冷却水的温度、流量、电导率等指标进行精确调控，并能实现系统即时通信、控制和保护功能，保证换流阀工作温度正常和柔性直流输电回路稳定运行。
一、阀冷系统工艺流程
冷却介质经主循环泵升压后，通过管道系统进入室外散热单元，与室外空气或水等冷媒进行热交换后进入换流阀，带出换流阀高功率密度器件热量，温升冷却介质流经脱气罐，回到主循环泵入口，形成密闭式循环冷却回路；部分冷却介质经离子交换器，膨胀缓冲罐，形成去离子提纯及稳压回路，保持冷却介质绝缘性和系统压力稳定；补液泵根据膨胀缓冲罐液位自动进行补水；与膨胀缓冲罐连接的氮气稳压系统保持系统管路压力的恒定和冷却介质的充满。
二、阀冷系统的主要设备和回路
1. 主循环回路
内水冷系统通过主循环管道串联阀塔、外冷却器、主循环泵及主过滤器等。为了防止换流阀元件表面结露，阀运行前进水温度不应低于10℃。
主循环回路包括：（1）主循环泵，主循环泵提供密闭循环冷却介质所需动力，为离心泵，卧式结构；（2）主过滤器，防止循环冷却介质在快速流动中可能冲刷脱落的刚性颗粒进入阀体造成不可逆的损伤，在主循环管道的阀进水管路中设置；（3）电加热器，置于主循环回路中的脱气罐处，用于冬天气温过低或阀体停运时的冷却介质温度调节；（4）脱气罐，置于主循环回路的主循环泵进水口处，主要用于使主循环回路中因压力下降而从冷却介质中析出的气体逸出，并排放到大气中。
2. 去离子回路
去离子回路主要由混床离子交换器和精密过滤器以及相关附件组成，用于吸附、去除主循环回路中流经去离子回路的冷却介质中的阴阳离子，通过对冷却介质中离子的不断脱除，从而抑制在长期运行条件下金属接液材料的微量电解腐蚀，达到防腐的目的，防止发生因腐蚀产物积累而导致漏电和电气击穿等严重不良后果。
3. 定压系统
定压系统采用氮气定压方式，由膨胀罐、氮气瓶、减压阀、电磁阀及安全阀等组成。膨胀罐用于缓冲冷却介质因温度变化而产生的体积变化。 当冷却介质温度变化时，其体积变化表现为膨胀罐液位随之升高或下降。
4. 补水系统
补水装置包括补水用原水泵、原水罐、补水泵及补水管道等。 当原水罐液位低于设定值时，系统提示操作人员启动原水泵补充冷却介质，保持原水罐中冷却介质的充满。自动补水泵根据膨胀罐液位自动进行冷却介质的补充，也可通过人机界面手动补充冷却介质。
5. 自动排气阀
管道系统的最高位置设有自动排气阀，能自动有效地进行气水分离和排气，保证最少的液体泄漏；另外，冷却回路中固有和运行中产生的气体，聚结在管路中会产生诸多不良影响，为减小气体存在造成的不良影响，在回路中的主要容器及高端管路均设置自动排气阀进行排气；同时为方便检修、维护及保养，水冷系统管道的最低位置设置排污口、紧急排放口等。
6. 外冷却系统
在室外气温降低或换流阀负荷较小的情况下，可以首先调节空气冷却器风机运行台数，再通过变频调节风机的转速来实现对水温的精确控制。外冷却系统是在空气冷却器的基础上外加了喷淋塔进而进行各器件热交换后的水冷却。
三、阀冷却控制及保护系统
采用基于温度控制的闭环控制模式，对换流阀实施有效的冷却，同时还能准确检测冷却系统的各种故障，并正确产生报警或跳闸信号。
换流阀冷却系统保护功能主要包括以下几点。（1）温度保护：进水温度保护投报警和跳闸。（2）主水流量保护：主水流量保护投报警和跳闸。（3）泄漏保护：快速泄漏保护投报警和跳闸，慢速泄漏保护仅投报警。（4）水冷动力柜内主循环泵开关保护只配置速断和过负荷保护，不再配置过流保护，保护的定值能够躲过主循环泵切换过程中的冲击电流。
四、结束语
阀冷系统能够对冷却水的温度、流量、电导率等指标进行精确调控，能有效地冷却换流阀。同时阀冷系统配置有温度保护、主水流量保护、泄露保护、主泵过负荷保护，并能够实时监视阀冷系统的各个运行参数，实现系统即时通信、控制和保护功能。
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参考文献：
[1] 汤广福. 基于电压源换流器的高压直流输电技术[M]. 北京:中国电力出版,2009:21-24.
[2] 曾建兴. 柔性直流输电换流阀冷却系统研究[J]. 自动化应用,2014,12(1):89-91.
（责任编辑：辛美玉）