电力电子冷却设备的故障判定即故障诊断，可以分为系统级和元件级。也有学者根据换流阀冷却系统运行情况的统计结果，阀冷系统存在的问题主要分为阀冷系统一次设备、阀冷控制保护系统和传感器三大类［134］。

冷却系统故障诊断就是根据冷却液的状态和被冷却设备的动作信息，排查故障区域。到目前为止，国内外在故障诊断方面越来越趋向计算机技术和知识工程的工具和方法，如基于专家系统、人工神经网络等。这些方法虽有各自的优点，且在故障诊断上已广泛应用，但大多数只是停留在系统的推断和分析上，并且建模复杂。当系统复杂时，就会遇到更多的麻烦。目前最常用的故障诊断方法为故障树法，它就是把系统最不希望发生的故障状态作为逻辑分析的目标，在故障树中称为顶事件；继而找出导致这一故障状态发生的所有可能的直接原因，在故障树中称为中间事件；再跟踪找出导致这些中间事件发生的所有可能的直接原因，直至追寻到引起中间事件发生的全部部件状态，在故障树中称为底事件。逻辑门与顶事件、中间事件和底事件连接成树形逻辑图，此树形逻辑图称为“故障树”。采用故障分析法进行系统故障诊断，具有方法简单、形象直观、逻辑关系明确的特点，能够又快又准确地找出故障，为排除故障节约了大量的时间，可为类似故障诊断问题提供参考。

故障树分为系统级故障树和关键零部件故障树。

1.系统级故障

以直流工程阀冷系统故障（非正常运行）作为故障树的顶级事件，对造成顶级事件的故障进行层层分解，直至基本事件。阀冷系统自动正常运行后，所有非正常运行状态均认为是阀冷系统故障，阀冷系统故障根据故障级别不同进行分类，最高级故障树可按图7－1进行归类。

图7－1 阀冷系统总故障树

根据上述4个故障原因进行层层分析，具体如图7－2所示。

2.关键零部件故障树

以下选取了比较有代表性的主循环水泵故障树及泵内部机械密封故障树进行说明，其他关键零部件故障均参照以下的方式进行。

主循环泵故障树如图7－3所示。

根据图7－3所示故障树再次分解故障，以机械密封故障为例：由图7－4可以看出，通过层层分解以后，造成整个换流阀冷却系统出现故障的原因可以在元器件故障树中找到，根据相应的故障找出对应的解决方案，使得整个系统在较短的时间内恢复正常运行。

3.案例分析

根据目前换流阀冷却系统的故障情况，在建立换流阀冷却系统故障树时，把换流阀冷却系统的故障状态作为顶事件，然后根据顶事件导出阀冷漏水故障、阀冷主循环泵故障、阀冷系统程序故障、电源及回路故障、CPU模块及继电器故障、传感器故障6个中间事件，再由这6个中间事件导出23个基本事件，最后将这一系列事件列成逻辑图，即形成换流阀冷却系统故障树，如图7－5所示。

根据上述换流阀冷却系统故障原因的分类，以某换流站换流阀冷却系统为例进行统计总故障次数为16次，具体故障分布比例见表7－1。

表7－1 换流阀冷却系统故障数据

根据表7－1所示的数据，可初步得知换流阀冷却系统的故障原因主要集中在设备机械部分及传感器两方面。但这并不是全面反映换流阀冷却系统运行可靠性的数据，而必须根据系统中每个抽样样本的统计特征，并结合可靠性评估方法计算系统的可靠性。根据资料可知，换流阀冷却系统中具体设备部件发生的故障概率见表7－2。

图7-2 整个阀冷系统故障树

图7－3 主循环泵故障树

表7－2 换流阀冷却系统故障树基本事件的故障概率［134］

图7-4 机械密封故障树

图7－5 换流阀冷却系统故障树［135］

根据故障树分析法以及可靠性相关指标计算方法，阀冷却系统发生故障的概率为

(www.daowen.com)

由此可得，换流阀冷却系统的可靠度为

换流阀冷却系统的平均无故障工作时间为

假设换流阀冷却系统连续运转，则该系统可无故障工作1.18年。

采用故障树分析法对高压直流换流阀冷却系统进行可靠性分析，计算快捷、方便、可靠。由于故障树分析法从引起系统失效的原因出发，列出了所有可能引起系统失效的事件在实际工程应用时，只要获得了换流阀冷却系统基本事件的故障规律、故障率数据，就可计算出每个子系统或设备对系统可靠性指标的影响大小，为换流阀冷却系统的改进提供可靠性建议。

4.典型案例

（1）内冷水主水管脱落故障导致系统停运事故分析

1）事故简介：2008年2月8日8时54分，灵宝换流站220 kV侧LTT阀冷却系统膨胀罐液位超低保护动作跳闸，灵宝背靠背直流系统闭锁。现场检查为LTT阀电抗器冷却水管脱落，于8日18时06分更换水管完毕，19时11分灵宝直流功率成功启动并恢复正常运行［103］。

2）故障检查：现场检查阀冷系统膨胀键液位小于100 mm，保护正确动作；运行人员检查发现阀厅内LTT阀A相阀塔从上往下第二层阀冷系统管道处有明显漏水，紧急关闭LTT换流阀进出水管路总阀门防止内冷水大量流失；汇报阀塔漏水情况，并申请将直流系统转为检修，直流系统转为检修。转检修后现场关闭阀厅内LTT阀冷系统A相进水阀、出水阀，防止继续漏水，并使用干抹布清理积水。经过现场检查，发现220 kV LTT阀第二层阀塔电抗器元件上小水管接口脱落，造成大量漏水。

3）故障原因判断：对更换下的小水管与正常水管对比分析，发现脱落水管上无明显卡痕，接头上双戒指卡箍安装时没有突出部分，接头无法卡紧。由于电抗器水管连接为厂家出厂前装配完成并进行试验，现场不进行拆装。在常检修维护中只对底座螺母松紧进行检查，不拆开管道接头。正常运行水压较小，问题不容易暴露，经过长时间运行的振动和热胀冷缩，导致水管接头部位脱落造成阀冷却系统漏水，引起液位急剧下降，最终造成膨胀罐液位超低保护动作。

4）反措及建议：

①新工程加强设备出厂前的跟踪监造和安装过程中的工艺检查，确保设备制造安装质量；安装时按照标准力矩紧固法兰和水管接头后，用油性笔做好标记，年度检修期间核查有无松动。

②组织厂家技术人员对换流阀冷却系统各阀门、管道进行优化设计和改进，提高系统可用率。

③年度检修期间对阀塔各组件水管接头逐一检查。在更换换流阀水管后，应对换流阀内冷水系统进行加压试验。

④对换流阀使用的水管型号及备件进行清查，确保站内有各种类型水管及接头的备品。

（2）主循环泵故障导致系统停运事故分析

1）事故简介：葛洲坝站2007年9月5日因极Ⅱ内水冷系统主循环泵轴承损坏，致使陶瓷密封圈破裂而漏水导致直流闭锁。

2）原因分析：主循环泵与管道间为硬连接，轴承易算坏；主循环泵选型不当，质量不高，运行可靠性高。

3）反措及建议：

①主循环泵选型应优先考虑质量和可靠性。

②主循环泵与管道间采用软连接。

③定期检测主循环泵轴同心度。

④加装了主循环泵漏水监测装置，以便尽快发现设备缺陷。

（3）变频器故障导致系统停运事故分析

1）事故简介：宜都站2007年5月31日极I内水冷系统两台主循环泵电源故障导致闭锁。2007年5月31日16：48，极I P1PCP A1／B1发极I内冷水主循环泵E1.P1故障；极I内冷水1号主循环泵因变频器故障停运，切换到2号主循环泵运行。19时22分在检修1号主循环泵过程中，极I 2号主循环泵因电动机过热故障，由于两台主循环泵同时故障，极I流量保护动作跳闸，导致极I闭锁。

2）原因分析：变频器一直串联于主循环泵电源回路运行，长期工作下，发生故障的概率较高；变频器保护功能繁多，较为复杂，而且非常灵敏，发生误告警的概率较大。

3）反措和建议：建议改用软起动器控制主循环泵的起停。