CN107340102A - 一种换流阀冷却系统漏水检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流阀冷却系统漏水检测方法，包括步骤1、从换流站SCADA系统获取换流阀冷却系统历史运行数据，建立膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的对应关系；步骤2、在换流阀冷却系统运行时，根据膨胀罐液位、换流阀出水温度以及所述对应关系计算所述膨胀罐的预测压力；步骤3、根据实际压力与预测压力的差别，判断所述换流阀冷却系统是否发生漏水。本发明还公开了一种换流阀冷却系统漏水检测系统。本发明的检测方法和检测系统，充分利用了压力变化敏感的特点与大数据分析的准确性，预测精度高，实现了阀冷系统轻微泄漏检测与连续监视的功能。

Description

一种换流阀冷却系统漏水检测方法及系统

技术领域

本发明涉及换流阀冷却系统，具体涉及一种换流阀冷却系统漏水检测方法及系统。

背景技术

换流阀冷却系统是高压直流输电系统中重要的辅助部分，是确保换流阀安全、可靠运行的重要支撑。阀冷却系统一般为水冷系统，其内部设置有缓冲罐，缓冲罐与其外部的冷却水连通，用于平衡该水冷系统内部的压力，缓冲罐通过补气阀与氮气压力罐连接，通过排气阀与外部连通。在该水冷系统的内部还包括冷却塔，用于为冷却水降温，通过冷却水的循环，降低换流阀在工作过程中产生的热量。为了保证该水冷系统的可靠性，漏水监视则是其中重要的一个环节。通过监视系统漏水，可以预防系统缺水引起的换流阀烧毁，通过提前停止或者转切换流阀系统的预防措施来降低损失。

目前，目前检测漏水的方法主要有两种，一种是通过漏水装置收集换流阀漏水，反映漏水情况，漏水检测装置能反映阀塔本身的漏水情况，并能准确判断漏水位置，但水要经过收集，反映速度较为缓慢，这个方法的缺点是通过设定一个阈值门限来判断是否漏水，不能达到预警的目的。

另一种则是通过阀冷控制系统对膨胀罐水位以及补水泵的启动信号进行监控，再依靠阀冷控制系统进行判断，判断依据主要有：补水泵频繁启动、膨胀罐水位过低、补水时间过长。其中，采用直接监视膨胀罐液位来判断系统是否漏水，如果液位下降超过一定范围则报漏水故障的方法最为常用。

如中国专利文献CN103884473A公开了一种水冷系统的漏水判断方法，通过补气或排气的方式，使得缓冲罐内的压力保持稳定；控制冷却水的温度变化，在不同情况下采集各个测量点的温度以及缓冲罐的液位高度，建立缓冲罐液位与各个测量点的温度的对应关系；当水冷系统运行时，根据各个测量点的温度以及所述对应关系计算所述缓冲罐的参考液位；根据实际液位与参考液位的差别，判断所述水冷系统是否发生漏水。该方案充分考虑了温度的影响，将液位的变化与温度的影响充分融合，即使温度变化较大的情况下也可以进行有效的漏水判断，保证了漏水监视的连贯性和准确性。但是，该方案需要检测多个测量点的温度值与缓冲罐的液位高度，需要安装多个测量装置，提高了成本，同时也提高了因测量装置故障而误告警的风险。

因此，现有技术还有待改进。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种换流阀冷却系统漏水检测方法，利用气体压力变化比液位变化敏感的特点，采用膨胀罐压力变化作为换流阀冷却系统是否漏水的判据，使得预测精确度更高，进而可以检测换流阀冷却系统的轻微漏水。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种换流阀冷却系统漏水检测方法，包括如下步骤：

步骤1、从换流站SCADA系统获取换流阀冷却系统历史运行数据，建立膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的对应关系；

步骤2、在换流阀冷却系统运行时，根据膨胀罐液位、换流阀出水温度以及所述对应关系计算所述膨胀罐的预测压力；

步骤3、根据实际压力与预测压力的差别，判断所述换流阀冷却系统是否发生漏水。

进一步地，在步骤1中，所述建立膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的对应关系的过程，包括构建膨胀罐压力预测模型，采用多元线性回归对预测模型进行修正，得到膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的关系式：

其中，P为膨胀罐压力，t_水为换流阀出水温度，h_罐为膨胀罐液位。

进一步地，将所述步骤2中采集的数据存入历史运行数据库中，对所述膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的关系式进行更新。

进一步地，在步骤3中，所述根据实际压力与预测压力的差别，判断所述换流阀冷却系统是否发生漏水的过程包括：

通过所述对应关系绘制出膨胀罐预测压力变化走势曲线，根据膨胀罐实际压力绘制出膨胀罐实际压力变化走势曲线；

当实际压力变化走势曲线低于预测压力变化走势曲线时，则发出漏水告警信号。

进一步地，将所述步骤3产生的告警信号存入告警历史数据库，供运维人员查询。

本发明的另一目的在于提供一种换流阀冷却系统漏水检测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、人机交互模块和数据存储模块，其中：

所述数据采集模块用于采集换流阀出水温度、膨胀罐液位和膨胀罐实际压力，并将采集的数据输入数据分析模块；

所述数据分析模块根据采集的换流阀出水温度和膨胀罐液位，计算出膨胀罐预测压力，绘制出膨胀罐预测压力走势曲线，根据采集的膨胀罐实际压力绘制出膨胀罐实际压力走势曲线，当实际压力走势曲线低于预测压力走势曲线时，发出漏水告警信号；

所述人机交互模块用于显示数据分析模块绘制的膨胀罐预测压力走势曲线、膨胀罐实际压力走势曲线、以及数据分析模块发出的漏水告警信号；

所述数据存储模块用于存储数据采集模块采集的换流阀出水温度、膨胀罐液位和膨胀罐实际压力数据，以及存储数据分析模块发出的告警信号。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明使用膨胀罐压力变化作为换流阀冷却系统是否漏水的判据，通过使用大量的换流阀冷却系统历史运行数据，利用大数据进行函数拟合、建立膨胀罐压力预测模型，再使用多元线性回归分析方法对模型进行修正，使模型契合现场运行工况。将现场采集到的运行数据代入模型，得到膨胀罐预测压力，根据实际压力和预测压力的差别，判断换流阀冷却系统是否发生漏水。本发明的方法充分利用了压力变化敏感的特点与大数据分析的准确性，预测精度高，将预测模型程序化到现有系统中，以提供预测分析结果的可视化界面，无需增加硬件投资，实现了阀冷系统轻微泄漏检测与连续监视的功能。

附图说明

图1是换流阀冷却系统的组成结构示意图；

图2是本发明的漏水检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

换流阀是高压直流输电系统的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制。为了将换流阀工作过程中产生的热量及时排出，降低换流阀的温度，需要设置冷却系统。图1示出了换流阀冷却系统的组成之一的内冷水系统的结构，内冷水系统为密闭式循环水系统，由主循环泵、主过滤器、膨胀罐、冷却塔、换流阀众多水冷管道等组成，其主要功能是将换流阀上各元件的功耗发热量排放到阀厅外，保证晶闸管运行结温在正常范围内，确保其可靠运行。其中，膨胀罐内部设有液位传感器和压力传感器，分别采集膨胀罐的液位和实际压力，换流阀出水管道处设有温度传感器，采集换流阀出水温度。

在直流输电系统运行过程中，换流阀会产生大量的热量，产生热量的多少与负荷高低有关。冷却水经冷却塔冷却后流过换流阀，因带走大量的热量使温度升高，换流阀出水温度的变化会使膨胀罐中的液位和气体温度发生改变，从而改变膨胀罐中的气体压力。随着电力系统负荷的变化，膨胀罐中气体压力变化与出水温度以及膨胀罐液位有关。从原理上讲，只要确定没有补、漏水情况下膨胀罐压力和膨胀罐液位、换流阀出水温度之间的定量关系，就能获取正常状况下的膨胀罐气体压力范围，从而确定是否有漏水故障。

根据克拉伯龙方程，膨胀罐压力可由下面的公式进行计算：

其中，P为膨胀罐压力，h_罐为膨胀罐液位，V_罐为膨胀罐体积，T_气为膨胀罐气体温度，n为气体物质的量，R为理想气体常数。

而换流阀出水温度的变化导致的膨胀罐气体温度T_气的变化量很少，不利于直接测量，因此，需要将膨胀罐气体温度T_气转换为换流阀出水温度，二者之间的关系可以用下面的公式表示：

T_气＝f(t_水) (3)

该公式为经验公式，其中，t_水为换流阀出水温度。

将公式(3)带入到公式(2)中，并对其中的常量进行合并，得到膨胀罐压力预测模型：

其中，为常量，从换流站SCADA系统获取换流阀冷却系统历史运行数据：P、h_罐、t_水，通过Matlab对已有数据拟合出一个关于P和h_罐、t_水的关系函数，再使用多元线性回归分析方法对模型进行修正，得出膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的关系式：

基于以上原理，本实施例中提供一种换流阀冷却系统漏水检测方法，流程图如图2所示，根据膨胀罐压力、膨胀罐液位和换流阀出水温度来综合进行漏水判断，具体的方法为：

(1)构建膨胀罐压力预测模型，从换流站SCADA系统获取换流阀冷却系统历史运行数据，通过Matlab的多元回归分析方法对预测模型进行修正，得到膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的关系式。

(2)在换流阀冷却系统运行过程中，根据不同时间点测量的膨胀罐液位、换流阀出水温度以及所述关系式计算所述膨胀罐的预测压力。

(3)根据计算出的预测压力绘制出膨胀罐预测压力变化走势曲线，根据测量的实际压力绘制出膨胀罐实际压力变化走势曲线，当实际压力变化走势曲线低于预测压力变化走势曲线时，发出漏水告警信号并驱动音响告警。

本实施例中同时提供一种换流阀冷却系统漏水检测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、人机交互模块和数据存储模块，其中：

所述数据采集模块用于采集换流阀出水温度、膨胀罐液位和膨胀罐实际压力，并将采集的数据输入数据分析模块；

所述数据分析模块根据采集的换流阀出水温度和膨胀罐液位，计算出膨胀罐预测压力，绘制出膨胀罐预测压力走势曲线，根据采集的膨胀罐实际压力绘制出膨胀罐实际压力走势曲线，当实际压力走势曲线低于预测压力走势曲线时，发出漏水告警信号并驱动音响告警；

所述人机交互模块用于显示数据分析模块绘制的膨胀罐预测压力走势曲线、膨胀罐实际压力走势曲线、以及数据分析模块发出的漏水告警信号；

所述数据存储模块用于存储数据采集模块采集的换流阀出水温度、膨胀罐液位和膨胀罐实际压力数据，以及存储数据分析模块发出的告警信号。

其中，数据存储模块存储的数据包括从换流站SCADA系统获取的换流阀冷却系统历史运行数据，以及在换流阀冷却系统运行过程中采集的膨胀罐压力、膨胀罐液位和换流阀出水温度数据，通过将采集的膨胀罐压力、膨胀罐液位和换流阀出水温度数据加入到历史运行数据中，随着时间的推移，拟合出的压力曲线越精确，预测模型与现场运行情况的契合度越好，其预测精度就越高。同时数据存储模块将漏水告警信号存入告警历史数据库，供运维人员查询。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种换流阀冷却系统漏水检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、从换流站SCADA系统获取换流阀冷却系统历史运行数据，建立膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的对应关系；

步骤2、在换流阀冷却系统运行时，根据膨胀罐液位、换流阀出水温度以及所述对应关系计算所述膨胀罐的预测压力；

步骤3、根据实际压力与预测压力的差别，判断所述换流阀冷却系统是否发生漏水。

2.根据权利要求1所述的换流阀冷却系统漏水检测方法，其特征在于，在步骤1中，所述建立膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的对应关系的过程，包括构建膨胀罐压力预测模型，采用多元线性回归对预测模型进行修正，得到膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的关系式：

其中，P为膨胀罐压力，t_水为换流阀出水温度，h_罐为膨胀罐液位。

3.根据权利要求2所述的换流阀冷却系统漏水检测方法，其特征在于，将所述步骤2中采集的数据存入历史运行数据库中，对所述膨胀罐压力与膨胀罐液位、换流阀出水温度的关系式进行更新。

4.根据权利要求1-3任一所述的换流阀冷却系统漏水检测方法，其特征在于，在步骤3中，所述根据实际压力与预测压力的差别，判断所述换流阀冷却系统是否发生漏水的过程包括：

通过所述对应关系绘制出膨胀罐预测压力变化走势曲线，根据膨胀罐实际压力绘制出膨胀罐实际压力变化走势曲线；

当实际压力变化走势曲线低于预测压力变化走势曲线时，则发出漏水告警信号。

5.根据权利要求4所述的换流阀冷却系统漏水检测方法，其特征在于，将所述步骤3产生的告警信号存入告警历史数据库，供运维人员查询。

6.一种换流阀冷却系统漏水检测系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据分析模块、人机交互模块和数据存储模块，其中：

所述数据采集模块用于采集换流阀出水温度、膨胀罐液位和膨胀罐实际压力，并将采集的数据输入数据分析模块；

所述数据分析模块根据采集的换流阀出水温度和膨胀罐液位，计算出膨胀罐预测压力，绘制出膨胀罐预测压力走势曲线，根据采集的膨胀罐实际压力绘制出膨胀罐实际压力走势曲线，当实际压力走势曲线低于预测压力走势曲线时，发出漏水告警信号；

所述人机交互模块用于显示数据分析模块绘制的膨胀罐预测压力走势曲线、膨胀罐实际压力走势曲线、以及数据分析模块发出的漏水告警信号；

所述数据存储模块用于存储数据采集模块采集的换流阀出水温度、膨胀罐液位和膨胀罐实际压力数据，以及存储数据分析模块发出的告警信号。