CN104330275A - 一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备及其实现方法，实现了换流阀冷却系统各类特殊采样信息的高精度处理功能；实现了换流阀冷却系统的设备故障工况信息实时监测及异地存储功能；实现了换流阀冷却系统自动故障分析、故障定位的综合诊断功能；提高了换流阀冷却系统的应急处置能力。因此，该仪器能够有效提高换流阀冷却系统安全运行的可靠性，能够有效提高现场技术人员对换流阀冷却系统的应急处置效率，能够有效减少设备异常停运的时间，从而创造出更多的经济效益，有很好的市场推广应用前景。

Description

一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备及其实现方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及的是一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备及其实现方法。

背景技术

换流器是换流站中的主要设备，它的作用是把交流电力变换成直流电力，或者实现逆变换。在直流输电工程中，换流器的造价占整个换流站造价的近四分之一。高压直流输电工程一般采用的换流器为可控硅阀，在进行电力变换过程中，可控硅阀上的各元件会产生大量的功耗热量。如果不及时将这些热量转移掉，将直接损毁可控硅阀元件。换流阀冷却系统的作用就是将换流阀体上各元件的功耗发热量转移走，以维持换流阀在规定的条件下安全运行。因此，换流阀冷却系统在直流输电系统中具有极其重要的作用，而且换流阀冷却系统也需要具备非常高的运行可靠性。

目前国内各高压直流输电系统采用的换流阀冷却主系统由两个部分构成：(1)内冷水系统：内冷水系统是一个单独的闭环系统，采用去离子水对可控硅阀进行冷却。(2)外冷水系统：外冷水系统是一个开环系统，采用工业水对内冷水进行冷却。内冷水系统主要由循环主泵、补水泵、补水箱、离子交换器、过滤器和膨胀水箱等设备构成。外冷水系统主要由冷却塔、喷淋泵、冷却风扇和外冷水池等设备构成。换流阀冷却控制系统一般采用两套互为冗余的可编程控制器实现对换流阀冷却主系统的控制、保护功能以及对可控硅阀的保护功能。

可编程控制器的主要作用是通过快速运算实现换流阀冷却系统的控制和保护功能，因此可编程控制器不能配置过多除控制保护功能外的其它功能，且为了尽量减少总线占用率，不能处理精度过高的系统运行数据，也不能实时存储换流阀冷却系统的运行工况。而基于换流阀冷却系统在高压直流输电系统中的重要作用，其运行工况的各类数据必须被不间断地进行监测，因此，需要有一套具备实时监测、实时记录、实时分析的仪器来完成这些功能。

另外，由于换流阀冷却系统是一个闭环系统，单一设备异常会引起多个采样数据发生变化，而一旦系统因设备故障而停运，无法及时准确地进行故障定位。因此需要有一套仪器能够实时记录设备异常前后的各个采样数据，以供系统分析和故障定位。

目前，高压直流输电系统的容量越来越大，设备停运所造成的影响及经济损失也越来越大，因此，换流阀冷却系统设备故障快速诊断的要求越来越高，这就需要一套专用的故障诊断仪器来实现快速故障定位，并提供处置参考建议，以利于快速决策换流阀冷却系统设备故障处置方案。

有鉴于此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备及其实现方法，旨在解决现有的换流阀冷却系统无相应的故障分析及诊断仪器，从而导致因无法及时准确故障定位，而造成重大经济损失的问题。

本发明的技术方案如下：

一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备，用于对换流阀冷却系统进行故障分析和诊断，其中，所述故障分析及诊断设备包括：运行工况信息采集变送器模块、采样设备接口以及处理器；其中，所述运行工况信息采集变送器模块与换流阀冷却系统相连，处理器通过采样设备接口获取由变送器模块采集的换流阀冷却系统运行工况信息。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备，其中，还包括一与处理器相连的人机交互装置，用于接收用户指令，对换流阀冷却系统的运行边界条件、典型运行模型和/或异常处理方案数据库进行维护。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备，其中，所述运行工况信息采集变送器模块进一步包括：4-20mA直流电流量采集模块、电压信息采集模块、电流信息采集模块和/或开关量信息采集模块。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备，其中，所述处理器进一步包括：

第一比较单元，用于实时对比采样信息与边界条件，自动判别换流阀冷却系统运行工况是否超出边界条件，并将异常前后的运行工况信息发送至存储单元；

存储单元，用于存储可供外委设备调取或综合分析的各种信息；

第二比较单元，用于通过比较所存储到的采样信息与典型运行模型数据关系，辅助时标判据，对故障点进行定位并给出故障定位信息；

第三比较单元，用于根据定位信息，在异常处理方案数据库中以查询的方式给出指定的异常处理建议方案并反馈到人机交互装置中。

一种上述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其中，所述方法包括以下步骤：

S1、运行工况信息采集变送器模块获取换流阀冷却系统的运行工况信息，并将其发送至采样设备接口；

S2、采样设备接口对所述运行工况信息进行汇总，再将信息发送至处理器中；

S3、处理器根据接收到的信息进行综合分析处理，从而实现对换流阀冷却系统进行故障分析和诊断。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其中，所述步骤S3还包括：处理器将分析结果发送至人机交互装置。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其中，所述步骤S1中具体包括：

S11、4-20mA直流电流量采集模块通过串联接线方法获取换流阀冷却系统相应采样设备的4-20mA直流电流采样信息，其中包括：温度、湿度、压力、流量、电导率、液位和频率信息；

S12、电压信息采集模块通过并联接线方式获取电压采样信息，其中包括380V交流电压、220V直流电压、24V直流电压信息；

S13、电流信息采集模块通过互感接线方式获取电流采样信息，其中包括交流电流和直流电流信息；

S14、开关量信息采集模块通过并联继电器扩展接点的方式获取开关量信息，其中包括可编程控制器输出的开关量信息和换流阀冷却系统组成部件产生的开关量信息。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其中，所述步骤S3中处理器根据接收到的信息进行综合分析处理具体包括：

S31、第一比较单元实时对比采样信息与边界条件，自动判别换流阀冷却系统运行工况是否超出边界条件，并将异常前后的运行工况信息发送至存储单元；

S32、存储单元存储可供外委设备调取或综合分析的各种信息；

S33、第二比较单元通过比较所存储到的采样信息与典型运行模型数据关系，辅助时标判据，对故障点进行定位并给出故障定位信息；

S34、第三比较单元根据定位信息，在异常处理方案数据库中以查询的方式给出指定的异常处理建议方案并反馈到人机交互装置中。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其中，所述步骤S3还包括：

S35、人机交互设备接收用户指令，对换流阀冷却系统的运行边界条件、典型运行模型和/或异常处理方案数据库进行维护。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其中，所述步骤S35还包括：通过人机接口设备实时浏览换流阀冷却系统的运行工况、查阅或修订换流阀冷却系统的典型模型、查阅历史故障分析及诊断结果、查阅或修订换流阀冷却系统故障分析的启动边界条件、查阅或修订异常处理方案数据库。

本发明所提供的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备及其实现方法，实现了换流阀冷却系统各类特殊采样信息的高精度处理功能；实现了换流阀冷却系统的设备故障工况信息实时监测及异地存储功能；实现了换流阀冷却系统自动故障分析、故障定位的综合诊断功能；提高了换流阀冷却系统的应急处置效率。因此，该仪器能够有效提高换流阀冷却系统安全运行的可靠性，能够有效提高现场技术人员对换流阀冷却系统的应急处置能力，能够有效减少设备异常的停运时间，从而创造出更多的经济效益，有很好的市场推广应用前景。

附图说明

图1为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的示意图。

图2a为现有技术的可编程控制系统各类4-20mA直流电流量运行工况信息输入回路的示意图。

图2b为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中。4-20mA直流电流量采集模块的接线方式的示意图。

图3a、图3b和图3c分别为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中电压信息采集模块在不同电压等级的接线方式的示意图。

图4a为现有换流阀冷却系统交流负荷接线图。

图4b为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中交流电流量采集模块的接口接入方式的示意图。

图5a为现有换流阀冷却系统直流负荷接线图。

图5b为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中直流电流量采集模块的接口接入方式的示意图。

图6a为现有技术的可编程控制器输入开关量接入采样设备接口的示意图。

图6b为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中开关量采集模块接入采样设备接口的示意图。

图7a为现有技术的可编程控制器输出开关量示意图。

图7b为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中可编程控制器输出开关量采集模块接入采样设备接口的示意图。

图8为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备及其实现方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1，其为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的示意图。如图所示，所述换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备包括：运行工况信息采集变送器模块、采样设备接口200以及处理器300；其中，所述运行工况信息采集变送器模块与换流阀冷却系统相连，处理器300通过采样设备接口200获取由变送器模块采集的换流阀冷却系统运行工况信息。

具体来说，所述运行工况信息采集变送器模块用于采集换流阀冷却系统的运行工况信息。在本实施例中，所述运行工况信息采集变送器模块进一步包括：4-20mA直流电流量采集模块(图中用TDM-01表示)、电压信息采集模块(图中用TDM-02表示)、电流信息采集模块(图中用TDM-03表示)和/或开关量信息采集模块(图中用TDM-04表示)。

其中，现有技术的可编程控制系统各类4-20mA直流电流量运行工况信息输入回路，如图2a所示。4-20mA直流电流量采集模块通过串联接线方法获取换流阀冷却系统相应采样设备的4-20mA直流电流采样信息(包括：温度、湿度、压力、流量、电导率、液位、频率信息)。如图2b所示，采样设备接口接入方式。温度、湿度、压力、流量、液位采样回路的接线结构相同，电导率和频率采样回路的接线结构相同。

请继续参阅图3a、图3b和图3c分别为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中电压信息采集模块在不同电压等级的接线方式的示意图。应当理解地是，各电压等级的接线均为并联方式，针对不同的电源类型，接线数量略有差异。电压信息采集模块通过并联接线方式获取电压采样信息，其中包括380V交流电压、220V直流电压、24V直流电压信息。

图4a为现有换流阀冷却系统交流负荷接线图。图4b为本发明的交流电流信息采集模块的接口接入方式的示意图。图5a为现有换流阀冷却系统直流负荷接线图。图5b为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中直流电流量采集模块的接口接入方式的示意图。变送器模块根据不同类型的电流设置运行模式。电流信息采集模块通过互感接线方式获取电流采样信息，其中包括交流电流和直流电流信息。

图6a为现有技术的可编程控制器输入开关量接入采样设备接口的示意图。图6b为本发明的可编程控制器输出开关量接入采样设备接口的示意图。图7a为现有技术的可编程控制器输出开关量示意图。图7b为本发明的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实施例中可编程控制器输出开关量采集模块接入采样设备接口的示意图。开关量信息采集模块通过并联继电器扩展接点的方式获取开关量信息，其中包括可编程控制器输出的开关量信息和换流阀冷却系统组成部件产生的开关量信息。

采样设备接口200对所述运行工况信息进行汇总，再将信息发送至处理器300中。处理器300再根据接收到的信息进行综合分析处理，从而实现对换流阀冷却系统进行故障分析和诊断。具体来说，通过在仪器中设置换流阀冷却系统运行工况的边界条件，以实时对比分析的方式实现不间断监测功能，实现设备异常时的越限告警功能，实现同步存储设备异常前后的系统运行工况信息功能。另外，根据设备异常的触发条件存在时间逻辑关系的客观规律，通过对存储的异常运行工况信息进行时标对比分析，即可实现设备故障的快速分析功能。例如：针对主泵空开跳闸异常，若是主泵本体故障导致电源空开过流跳闸，则会有电流异常信息先出现，空开跳闸信息后出现，且电流变化一般为上升趋势；若为空开异常跳闸，则是空开跳闸信息先出现，而主泵驱动电流变化滞后于空开信息，且变化趋势为下降趋势。两种情况的结果均是主泵空开跳闸，主泵停运，通过判别驱动电流的变化时刻和空开跳闸时刻的先后关系，可以确定是主泵本体故障导致空开跳闸，还是空开跳闸导致主泵停运。最后，通过对比典型运行模型信息，即可实现综合故障定位功能。依据典型故障处置预案参照故障类型，即可给出设备异常处置的建议方案。例如：换流阀冷却系统的进水温度与出水温度，在阀冷系统正常运行时根据直流系统的负荷功率，进出水温度应有相应的差异，该差异与直流系统的负荷有固定的数理关系，当在确定的负荷水平下，进水温度或出水温度超出边界条件时，则表明喷淋塔的热交换能力减弱或阀组件有异常发热。借助该数理关系和运行工况信息可以进行异常定位并确定处置方案。

进一步地，如图1所示，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备1还包括一与处理器相连的人机交互装置100，用于接收用户指令，对换流阀冷却系统的运行边界条件、典型运行模型和/或异常处理方案数据库进行维护。借助人机接口设备，可实现多系统同步监测功能，实现边界条件设置功能，实现典型运行模型的维护功能，实现换流阀冷却系统运行工况信息的综合分析及处理功能，实现设备异常时的告警提醒功能，实现故障分析结论、故障定位及建议处置方案的输出功能。如上面进出水温度差异的问题通过综合比较，可以确定故障点是在外冷水系统、内冷水系统还是热交换系统。针对外冷水系统和热交换系统，因为设备冗余度能够满足直流系统满负荷运行的需求，因此可以不停运直流系统进行处理，避免不必要的负荷损失；针对内冷水系统则需要停运直流系统进行处理，以防损坏换流阀设备或发生其它安全事件。

更进一步地，所述处理器进一步包括：

第一比较单元，用于实时对比采样信息与边界条件，自动判别换流阀冷却系统运行工况是否超出边界条件，并将异常前后的运行工况信息发送至存储单元；

存储单元，用于存储可供外委设备(含人机交互装置)调取或综合分析的各种信息；

第二比较单元，用于通过比较所存储到的采样信息与典型运行模型数据关系，辅助时标判据，对故障点进行定位并给出故障定位信息；

第三比较单元，用于根据定位信息，在异常处理方案数据库中以查询的方式给出指定的异常处理建议方案并反馈到人机交互装置中。

本发明还提供了一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，如图8所示，所述方法包括以下步骤：

S100、运行工况信息采集变送器模块获取换流阀冷却系统的运行工况信息，并将其发送至采样设备接口；

S200、采样设备接口对所述运行工况信息进行汇总，再将信息发送至处理器中；

S300、处理器根据接收到的信息进行综合分析处理，从而实现对换流阀冷却系统进行故障分析和诊断。

进一步地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法中，所述步骤S300还包括：处理器将分析结果发送至人机交互装置。

进一步地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法中，所述步骤S100中具体包括：

S11、4-20mA直流电流量采集模块通过串联接线方法获取换流阀冷却系统相应采样设备的4-20mA直流电流采样信息，其中包括：温度、湿度、压力、流量、电导率、液位和频率信息；

S12、电压信息采集模块通过并联接线方式获取电压采样信息，其中包括380V交流电压、220V直流电压、24V直流电压信息；

S13、电流信息采集模块通过互感接线方式获取电流采样信息，其中包括交流电流和直流电流信息；

S14、开关量信息采集模块通过并联继电器扩展接点的方式获取开关量信息，其中包括可编程控制器输出的开关量信息和换流阀冷却系统组成部件产生的开关量信息。

进一步地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法中，所述步骤S300中处理器根据接收到的信息进行综合分析处理具体包括：

S31、第一比较单元实时对比采样信息与边界条件，自动判别换流阀冷却系统运行工况是否超出边界条件，并将异常前后的运行工况信息发送至存储单元；

S32、存储单元存储可供外委设备(含人机交互装置)调取或综合分析的各种信息；

S33、第二比较单元通过比较所存储到的采样信息与典型运行模型数据关系，辅助时标判据，对故障点进行定位并给出故障定位信息；

S34、第三比较单元根据定位信息，在异常处理方案数据库中以查询的方式给出指定的异常处理建议方案并反馈到人机交互装置中。

优选地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其中，所述步骤S3还包括：

S35、人机交互设备接收用户指令，对换流阀冷却系统的运行边界条件、典型运行模型和/或异常处理方案数据库进行维护。

更进一步地，所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法中，所述步骤S35还包括：通过人机接口设备实时浏览换流阀冷却系统的运行工况、查阅或修订换流阀冷却系统的典型模型、查阅历史故障分析及诊断结果、查阅或修订换流阀冷却系统故障分析的启动边界条件、查阅或修订异常处理方案数据库。

综上所述，本发明提供的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备及其实现方法，实现了换流阀冷却系统各类特殊采样信息的高精度处理功能；实现了换流阀冷却系统的设备故障工况信息实时监测及异地存储功能；实现了换流阀冷却系统自动故障分析、故障定位的综合诊断功能；提高了换流阀冷却系统的应急处置能力。因此，该仪器能够有效提高换流阀冷却系统安全运行的可靠性，能够有效提高现场技术人员对换流阀冷却系统的应急处置能力，能够有效减少设备异常的停运时间，从而创造出更多的经济效益，有很好的市场推广应用前景。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备，用于对若干换流阀冷却系统进行故障分析和诊断，其特征在于，所述故障分析及诊断设备包括：运行工况信息采集变送器模块、采样设备接口以及处理器；其中，所述运行工况信息采集变送器模块与换流阀冷却系统相连，处理器通过采样设备接口获取由变送器模块采集的换流阀冷却系统运行工况信息。

2.根据权利要求1所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备，其特征在于，还包括一与处理器相连的人机交互装置，用于接收用户指令，对换流阀冷却系统的运行边界条件、典型运行模型和/或异常处理方案数据库进行维护。

3.根据权利要求2所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备，其特征在于，所述运行工况信息采集变送器模块进一步包括：4-20mA直流电流量采集模块、电压信息采集模块、电流信息采集模块和/或开关量信息采集模块。

4.根据权利要求3所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备，其特征在于，所述处理器进一步包括：

第一比较单元，用于实时对比采样信息与边界条件，自动判别换流阀冷却系统运行工况是否超出边界条件，并将异常前后的运行工况信息发送至存储单元；

存储单元，用于存储可供外委设备调取或综合分析的各种信息；

第二比较单元，用于通过比较所存储到的采样信息与典型运行模型数据关系，辅助时标判据，对故障点进行定位并给出故障定位信息；

第三比较单元，用于根据定位信息，在异常处理方案数据库中以查询的方式给出指定的异常处理建议方案并反馈到人机交互装置中。

5.一种权利要求1所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、运行工况信息采集变送器模块获取换流阀冷却系统的运行工况信息，并将其发送至采样设备接口；

S2、采样设备接口对所述运行工况信息进行汇总，再将信息发送至处理器中；

S3、处理器根据接收到的信息进行综合分析处理，从而实现对换流阀冷却系统进行故障分析和诊断。

6.根据权利要求5所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：处理器将分析结果发送至人机交互装置。

7.根据权利要求5所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其特征在于，所述步骤S1中具体包括：

S11、4-20mA直流电流量采集模块通过串联接线方法获取换流阀冷却系统相应采样设备的4-20mA直流电流采样信息，其中包括：温度、湿度、压力、流量、电导率、液位和频率信息；

S12、电压信息采集模块通过并联接线方式获取电压采样信息，其中包括380V交流电压、220V直流电压、24V直流电压信息；

S13、电流信息采集模块通过互感接线方式获取电流采样信息，其中包括交流电流和直流电流信息；

S14、开关量信息采集模块通过并联继电器扩展接点的方式获取开关量信息，其中包括可编程控制器输出的开关量信息和换流阀冷却系统组成部件产生的开关量信息。

8.根据权利要求7所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其特征在于，所述步骤S3中处理器根据接收到的信息进行综合分析处理具体包括：

S31、第一比较单元实时对比采样信息与边界条件，自动判别换流阀冷却系统运行工况是否超出边界条件，并将异常前后的运行工况信息发送至存储单元；

S32、存储单元存储可供外委设备调取或综合分析的各种信息；

S33、第二比较单元通过比较所存储到的采样信息与典型运行模型数据关系，辅助时标判据，对故障点进行定位并给出故障定位信息；

S34、第三比较单元根据定位信息，在异常处理方案数据库中以查询的方式给出指定的异常处理建议方案并反馈到人机交互装置中。

9.根据权利要求8所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

S35、人机交互设备接收用户指令，对换流阀冷却系统的运行边界条件、典型运行模型和/或异常处理方案数据库进行维护。

10.根据权利要求9所述的换流阀冷却系统的故障分析及诊断设备的实现方法，其特征在于，所述步骤S35还包括：通过人机接口设备实时浏览换流阀冷却系统的运行工况、查阅或修订换流阀冷却系统的典型模型、查阅历史故障分析及诊断结果、查阅或修订换流阀冷却系统故障分析的启动边界条件、查阅或修订异常处理方案数据库。