一种高压直流阀内冷系统的模拟试验系统的制作方法

本发明涉及电力工程技术领域，具体涉及一种高压直流阀内冷系统的模拟试验系统。

背景技术：

高压直流输电(hvdc)以其输电走廊窄、输电效率高、功率损耗小等特点，成为资源优化配置和西电东送战略实施的首选，有效缓解了我国能源资源分布不均匀且用电负荷不均衡的矛盾，在国内得到了快速发展。其中，换流阀是高压直流输电系统的核心设备，其实现交直流电的转换。晶闸管是换流器的基本构成单元，在正常换相过程中，会产生大量的热量，且随着高压直流输电系统的发展，输送容量的提升，晶闸管产生的热量更大，这就需要换流阀的辅助系统阀冷系统(铝制散热器)来维持其温度在合理范围内，以保障换流阀的正常工作。但在实际生产中，铝质散热器会与水和水中的溶解氧发生相互作用发生腐蚀与沉积而形成水垢，阀冷内冷水系统运行一定周期后，腐蚀产生的水垢就会堆积，阻塞冷却水回路导致元件散热不畅，影响高压直流系统的正常运行，严重时甚至导致闭锁，产生巨大的经济损失和社会影响。可见铝制散热器的腐蚀在高压直流输电系统中是致命的，如果不能解决铝质散热器的腐蚀问题，高压直流输电系统的正常运行就不能保证。因此，铝质散热器的腐蚀与结垢问题，已经成为影响整个高压直流输电系统的安全稳定运行的因素，需对其开展研究。

对于内冷水系统的腐蚀结垢问题，其主要表现形式之一就是均压电极的结垢。结垢致使均压电极与内冷水之间接触电阻大增而产生电压降，进而弱化平衡电位的作用。另外，电极表面的结垢物脱落进入水管，导致水管变窄甚至堵塞过滤网，进而影响水流量以及晶闸管的散热效果，成为影响高压直流输电系统运行的主要不稳定因素之一。

上述均压电极问题的发生，对均压电极结垢的研究提出了迫切需求，近几年来，超高压输电公司针对换流阀内冷水系统腐蚀，开展了不少研究工作。解决了一些问题，如减少了水管内结垢物的量，但仍存在堵塞的危险，检修时均压电极的结垢物仍是层出无穷。研究大多着眼于加强阀冷系统的控制和管理，已取得不小的生产改进效果，同时结合直流输电工程停电检修期间开展的均压电极除垢工作，基本上避免了由于结垢导致的生产事故的发生，但结垢的情况仍未彻底解决。可见，我们没有弄清楚阀塔内冷水系统电化学腐蚀的机理，所以也就未抓住材料腐蚀进而结垢的“牛鼻子”。如要彻底解决阀塔内冷水系统腐蚀的问题，有必要深入研究其腐蚀的基础问题，从其根本点来抑制腐蚀的发生。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种高压直流阀内冷系统的模拟试验系统，可用于对高压直流阀内冷系统进行试验研究，并能对内冷水电导率、ph值、二氧化碳及氧气浓度、流量、压力、温度、散热片材质等影响因素进行对比分析研究。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高压直流阀内冷系统的模拟试验系统，其包括过滤模块、检测装置和循环模块；

循环模块包括离子交换器、主循环泵、加热水箱、铝散热器、膨胀水箱以及冷冻机，主循环泵输出口通过管道依次经加热水箱、铝散热器、膨胀水箱后与冷冻机入口连接，冷冻机出口通过管道与主循环泵输入口连接从而组成主循环回路，离子交换器出口经出水管与位于冷冻机出口与主循环泵输入口之间的管道连通，出水管上设有进水阀；检测装置设置在铝散热器与膨胀水箱之间管道上、且用于检测水中的溶解氧浓度、离子浓度、电导率及ph值；过滤模块出口与离子交换器入口相连接。

所述过滤模块包括：预处理过滤器、一级反渗透装置、二级反渗透装置、edi除盐装置和纯水箱，所述预处理过滤器出口通过管道依次经一级反渗透装置、二级反渗透装置、edi除盐装置和纯水箱后与离子交换器入口连接。

进一步地，所述离子交换器为阴阳离子交换器。

作为本发明的一种改进，所述模拟试验系统包括补水装置，补水装置包括补水箱和补水泵，补水箱出口与补水泵入口连接，补水泵出口与纯水箱入口连接，补水泵出口与纯水箱入口之间连接有冷冻机和edi除盐装置，补水泵出口与纯水箱入口之间设有水阀。

进一步地，所述检测装置包括溶解氧传感器、离子浓度测量仪、电导率测量仪及ph值测量仪。

作为本发明的一种改进，所述主循环回路上设有自动排气阀。

作为本发明的一种改进，所述主循环回路上设有co2和o2调节模块，co2和o2调节模块包括co2储罐和o2储罐，co2储罐和o2储罐的出口分别经阀门与主循环回路连通。

作为本发明的一种改进，所述膨胀水箱上设有氮气罐，氮气罐的出口经电磁阀与膨胀水箱相连通，膨胀水箱顶部设有安全阀。

所述铝散热器为两组铝散热器，每组铝散热器包括有若干个铝散热器，其中一组铝散热器的表面镀有抗腐蚀性材料。

所述离子交换器与主循环泵之间设有压力表，所述主循环泵与加热水箱之间设有水温计，所述加热水箱与铝散热器之间设有流量计。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明可用于对高压直流阀内冷系统进行试验研究，对阀内冷系统铝散热器腐蚀及均压电极结垢现状进行试验；另一方面可以从内冷水电导率、ph值、二氧化碳及氧气浓度、流量、压力、温度、散热片材质等方面对于散热片腐蚀及均压电极结垢的影响做定性定量分析，根据试验结果，可以对阀内冷系统进行改造优化，并能够据此提出阀内冷系统腐蚀结垢问题整治方案，从根本上解决直流工程阀内冷系统散热器及均压电极密封圈腐蚀、均压电极结垢问题，大大提高阀冷系统运行可靠性，降低因结垢问题导致的闭锁风险，提高电网的安全稳定性。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明模拟试验时的电路连接图；

图3为本发明模拟试验时铝散热器串联连接的示意图；

图4为本发明模拟试验时铝散热器并联连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例

如图1所示，一种高压直流阀内冷系统的模拟试验系统，其包括过滤模块20、检测装置30和循环模块10。

循环模块10包括离子交换器16、主循环泵11、加热水箱12、铝散热器13、膨胀水箱14以及冷冻机15，主循环泵11输出口通过管道依次经加热水箱12、铝散热器13、膨胀水箱14后与冷冻机15入口连接，冷冻机15出口通过管道与主循环泵11输入口连接从而组成主循环回路，离子交换器16出口经出水管与位于冷冻机15出口与主循环泵11输入口之间的管道连通，出水管上设有进水阀。为了保证实验装置正常运转，主循环泵11设有两台，互为备用，正常情况下，仅有一台循环泵运行，两台泵按一定的时间周期进行切换，主循环泵11主要用于给内冷水系统提供循环动力。

检测装置30设置在铝散热器13与膨胀水箱14之间管道上、且用于检测水中的溶解氧浓度、离子浓度、电导率及ph值。具体地，检测装置30包括溶解氧传感器、31离子浓度测量仪32、电导率测量仪33及ph值测量仪34。

过滤模块20出口与离子交换器16入口相连接；其中，过滤模块20包括预处理过滤器21、一级反渗透装置22、二级反渗透装置23、edi除盐装置24和纯水箱25，所述预处理过滤器21出口通过管道依次经一级反渗透装置22、二级反渗透装置23、edi除盐装置24和纯水箱25后与离子交换器16入口连接。在使用时，以自来水作为介质，由于自来水并不是纯水，因此必须使用过滤模块进行过滤处理，自来水首先经过预处理过滤器后过滤掉杂质，然后再经一级反渗透装置和二级反渗透装置后获得纯度较高的水，最后经过edi除盐装置进行处理后获得超纯水，保证了水介质的质量。而且，纯水箱25出口与离子交换器16入口之间设有水阀，以便于控制循环过程。

在本实施例中，所述离子交换器16为阴阳离子交换器，阴阳离子交换器的阴树脂161和阳树脂162分别依次与电导率传感器163、流量观测孔164及过滤器165连接后并联，用于进行内冷水的离子交换，确保内冷水电导率处于较低水平，其中阴树脂和阳树脂的比例是可调节的。

如图2所示，在使用本发明对高压直流阀内冷系统进行模拟试验时，铝散热器13环绕在换流阀的晶闸管200上，铝散热器13进水管131和出水管132的两端分别安装有正均压电极400和负均压电极500，当铝散热器的数量为多个时，多个铝散热器13通过均匀电阻300相互连接，然后将ac220kv直流电源100连接在晶闸管200的阴极和阳极，正均压电极400和负均压电极500分别与ac220kv直流电源100的正负极连接。对于内冷水电导率因素，一般直流换流站内冷水电导率控制在0.05～0.15μs/cm，离子交换器出水电导率控制在0.03～0.11μs/cm，调整离子交换器中的离子树脂的含量浓度，可以调整内冷水的电导率，可以分别设置离子树脂的含量浓度为1g/l、5g/l、10g/l、15g/l、20g/l、25g/l、30g/l，保证其他因素不变，研究在不同离子树脂浓度下铝散热器腐蚀及均压电极结垢的情况。

对于温度因素，通过加热水箱进行设置，可以研究内冷水在进入散热器时温度分别为40℃、45℃、50℃、55℃时铝散热器腐蚀及均压电极结垢的情况。

对于流量因素，可以设置内冷水的流速即调整主循环泵的转速，可以研究主循环泵转速分别为1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min情况下铝散热器腐蚀及均压电极结垢的情况。

在本实施例中，所述主循环回路上设有自动排气阀70。自动排气阀主要作用是自动排掉循环回路内的气体。另外，离子交换器16与主循环泵11之间设有压力表17，主循环泵11与加热水箱12之间设有水温计18，加热水箱12与铝散热器13之间设有流量计19。

在本实施例中，所述膨胀水箱14上设有氮气罐141，氮气罐141的出口经电磁阀142与膨胀水箱14相连通，膨胀水箱14顶部设有安全阀。膨胀水箱采用密封式膨胀水箱，并与氮气罐连接，使用不易发生化学反应的氮气稳压，也可实现内水冷系统稳压的作用。膨胀水箱内恒定压力的氮气可维持换流阀水冷系统中的压力和容纳阀冷系统中冷却介质因温度变化而引起的体积膨胀。内部氮气压力比大气压力高0.3～0.5个大气压力，并通过控制系统维持气压差稳定，如果将膨胀水箱移至地面，则需再加上阀塔高度的具有的压力，即原膨胀水箱距地面高度具有的压力。当膨胀罐内压力低于一定值时，打开氮气源出口的电磁阀向膨胀罐内输入压力，维持膨胀罐内压力恒定；当膨胀罐内压力超高时，安全阀自动打开排气，维持膨胀罐内压力恒定。对于压力因素，通过氮气罐调节压力，可以研究其压力为5、5.5、6、6.5、7bar时，铝散热器的腐蚀及均压电极结垢的情况。

在本发明的一个实施例中，所述模拟试验系统包括补水装置40，补水装置40包括补水箱42和补水泵41，补水箱42出口与补水泵41入口连接，补水泵41出口与纯水箱25入口连接，补水泵41出口与纯水箱25入口之间连接有冷冻机43和edi除盐装置44，补水泵41出口与纯水箱25入口之间设有水阀；另外补水泵41出口也通过水阀与主循环回路相连通。当内冷水不足即膨胀箱水位低于30％时启动补水泵给内冷水系统进行补水，补水通过冷却和除盐后进入纯水箱或主循环回路。其中，补水泵41有两台，互为备用，正常情况下，仅有一台补水泵运行，两台泵按一定的时间周期进行切换，补水泵41主要用于将补水输送至主循环回路或纯水箱中。

在本发明的一个实施例中，所述主循环回路上设有co2和o2调节模块50，co2和o2调节模块50包括co2储罐51和o2储罐52，co2储罐51和o2储罐52的出口分别经阀门与主循环回路连通。对于二氧化碳及氧气的浓度，可以通过co2和o2调节模块中的co2罐和o2罐进行调节，根据电化学反应原理，氧气直接参与原电池反应，与水和铝反应形成氢氧化铝，因此内冷水含氧量多少直接影响原电池反应进程，进而影响腐蚀速率，设置溶解氧的浓度分别为1.5mg/l、2mg/l、2.5mg/l、3mg/l、3.5mg/l、4mg/l、4.5mg/l，研究在不同氧气浓度下铝散热器腐蚀及均压电极结垢的情况。

同样，在内冷水中加入co2可以抑制换流阀冷却液中的al(oh)3含量，从而阻止电极结垢的生成。原理如下：h2o+co2＝h2co3

al(oh)3+h2co3＝halo2+2h2o+co2

同样设置不同的co2浓度研究在不同co2浓度下铝散热器腐蚀及均压电极结垢的情况。然而内冷水中加入co2会使内冷水偏酸性，虽然能抑制均压电极结垢但却会加速铝散热器腐蚀，通过模拟试验可以找出最优浓度。

在本发明的一个实施例中，所述铝散热器13为两组铝散热器，每组铝散热器包括有若干个铝散热器13，其中一组铝散热器的表面镀有抗腐蚀性材料。对于散热器材质，在实施例中提供镀膜和未镀膜两组铝散热器，不仅可以对比实验镀膜和未镀膜情况下散热器的腐蚀情况，也可以进一步的对铝散热器镀不同的膜，研究其不同镀膜下的情况。如图3和图4所示，若干个铝散热器的进出水方式可以是若干个铝散热器并联进出水的方式；也可以是两组的若干个铝散热器各自串联进出水后，再相互并联，从而可以研究其在不同水路情况下的铝散热器腐蚀及均压电极结垢的情况。

本发明可以设置电化学工作站60，电化学工作站60用于显示监测试验装置运行中的参数和控制试验装置运行的过程，电化学工作站60可以用于显示溶解氧、离子浓度、电导率、ph值、压力、流量、温度和液位等数值，同时可以控制主循环泵、补水泵、加热水箱、冷却机、阀门以及电压源。电化学工作站60直观显示检测仪器监测的溶解氧、离子浓度、电导率及ph值，压力表监测的压力值，流量计监测的流量值，温度计监测的温度值，膨胀水箱的液位值。

综上所述，本发明通过主循环泵输出口通过管道依次经加热水箱、铝散热器、膨胀水箱后与冷冻机入口连接，冷冻机出口通过管道与主循环泵输入口连接从而组成主循环回路，从而构成摸你试验装置，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明可用于对高压直流阀内冷系统进行试验研究，对阀内冷系统铝散热器腐蚀及均压电极结垢现状进行试验；

2、可以从内冷水电导率、ph值、二氧化碳及氧气浓度、流量、压力、温度、散热片材质等方面对于散热片腐蚀及均压电极结垢的影响做定性定量分析，；

3、根据试验结果，可以对阀内冷系统进行改造优化，并能够据此提出阀内冷系统腐蚀结垢问题整治方案，从根本上解决直流工程阀内冷系统散热器及均压电极密封圈腐蚀、均压电极结垢问题，大大提高阀冷系统运行可靠性，降低因结垢问题导致的闭锁风险，提高电网的安全稳定性。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。