高压直流输电换流阀冷却系统可靠性评估

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1、A电力安全技术第16卷(2014年第5期)高压直流输电换流阀冷却系统可靠性评估姜海波，翟宾，贺新征，罗朝华(国网河南省电力公司检修公司，河南郑州450000)[摘要]介绍了换流阀冷却系统的结构组成及故障特点，阐述了故障树分析法的分析步骤及可靠性参数的有关计算方法。并以某换流站为例，结合故障树分析法，对该换流站换流阀冷却系统的可靠性进行了评估。[关键词]换流阀冷却系统；故障树分析法；故障率；可靠性评估随着跨区联网的需要，高压直流输电工程日益却，以降低阀内冷却水温度；部分换流站由于受地增多，其可靠性已成为影响整个电力系

2、统安全运行区环境的影响也会采用阀外风冷系统，这种换流阀的重要因素。2003-2010年，跨区电网直流系统冷却系统的结构如图1所示。发生多起停运事故，国家电网公司所属的l2座换流站共发生直流闭锁事故80起，其中因换流阀冷T却系统故障而导致的单双极闭锁事故有l8起，占事故总数的22．5％。截至2011年11月，南方电网公司4条直流输电系统因换流阀冷却系统故障而发生的单双极直流闭锁事故有22起。下文以高压直流输电换流阀冷却系统为研究对象，针对换流阀冷却系统的结构组成、运行方式，运用故障树分析阀内冷却水(faulttree

3、analysis，FTA)法，建立换流阀冷却系统可靠性模型，为决策者提供基础数据支撑。图1换流阀冷却系统(阀外风冷)的结构1换流阀冷却系统的概况1．2换流阀冷却系统故障的特点换流阀冷却系统主要在阀冷却系统一次设备、1．1换流阀冷却系统的结构组成阀冷控制保护系统和传感器上存在问题。换流阀是换流站的核心设备，目前在运的换流(1)阀冷却系统一次设备存在的主要问题有：站中，换流阀额定电流最高达4500A。正常运行时，管道内残留大量气体、阀塔支路冷却水管堵塞发热、大电流通过换流阀产生大量热量，导致晶闸管、电阀塔漏水、内冷却水

4、滤网堵塞、内冷却水电导率高、抗器等元件温度急剧上升，为了防止这些元件因温外冷却水补水过滤器堵塞、主泵机械密封渗漏水、度过高而损坏，需配置阀冷却系统对换流阀进行冷外冷却水管爆裂、冷却塔结垢、外冷却水从水池流却。目前，阀冷却系统包括阀内冷系统和阀外冷系入阀冷却室喷淋泵泵坑、管道阀门渗漏水、主循环统2部分。阀内冷系统是一个密闭的循环系统，它泵和喷淋泵故障等。通过冷却介质(通常采用去离子水)的流动带走大(2)阀冷控制保护系统存在的主要问题有：变电流通过换流阀时产生的热量。阀外冷系统根据冷频器故障、继电器辅助节点脱离继电器本

5、体、继电却方式的不同可分为水冷和风冷2种方式。阀外水器故障、直流电源扰动、喷淋泵电源跳闸、保护定冷系统是一个开放式的水循环系统，用经过软化处值设置不合理、切换逻辑不完善、阀冷控制器工作理的水通过冷却塔持续对阀内水冷系统管道进行冷性能不稳定和抗干扰性能差等。一一第l6卷(2014年第5期)电力安全技术A(3)传感器存在的主要问题有：传感器故障、其中，为元件故障率；为修复率；／3为并传感器工作不稳定、传感器电气部分松动等。联的元件个数。2．3可靠性指标的计算方法2可靠性评估方法与计算(1)平均无故障运行时间MTBF(m

6、eantimebetweenfailure)，以TBF表示。2．1故障树分析法(2)平均故障持续时间MDT(meandown故障树分析法是一种使用图形演绎逻辑推理的time)，以DT表示。方法，该方法用图说明系统失效的原因，把系统的(3)能量不可用率UA(unavailability)，以uA故障与组成系统的部件故障有机地联系在一起。通表示。过该方法可以找出系统全部可能的失效状态，即故(4)能量可用率A(availability)，以A表示。障树的全部最小割集，最后利用故障树分析法计算各指标计算公式为：tMTBF=

7、1／，tMDT=1／／a，系统的可靠性指标，其分析步骤如下。EUA~-／(+)，6A=l-EuA(1)选择顶事件。一般选取系统的故障状态作为故障树的顶事件。3实例分析与计算(2)建立故障树。从故障树的顶事件开始，对故障状态进行分解，并用与门、或门或者选择等逻3．1换流阀冷却系统故障树分析辑关系符号进行连接，建立故障树。根据目前换流阀冷却系统的故障情况，在建立(3)求故障树的最小割集。设顶事件为，集换流阀冷却系统故障树时，把换流阀冷却系统的故合B，B满足：障状态作为顶事件，然后根据顶事件导出阀冷漏水11"1故障、阀冷

8、主泵故障、阀冷系统程序故障、电源及T—UBio．』=l回路故障、CPU模块及继电器故障、传感器故障上式中，={，：}是基本故障事6个中间事件，再由这6个中间事件导出23个基件的集合。当且仅当这些基本故障事件发生时，顶本事件，最后将这一系列事件列成逻辑图，即形成事件才发生，则这一集合称为故障树的一个割集；换流阀冷却系统故障树，如图2所示。如果集合中任意一个事件