一种高压直流换流阀内冷水模拟防腐系统的制作方法

本申请涉及电力工程技术领域，尤其涉及一种高压直流换流阀内冷水模拟防腐系统。

背景技术：

换流阀是高压直流输电工程的核心设备。换流阀的冷却系统分为阀内冷水系统和阀外冷水系统，其中，阀内冷水系统是一个“属于辅助但实际中却处于绝对核心的地位”的特殊的系统。阀内冷水系统将换流站生产过程晶闸管产生的热量接收并转移到阀外冷水系统，进行散热，以确保晶闸管的工作温度稳定在一个合适的数值。所以，换流阀的冷却系统，尤其是阀内冷水系统如果出现故障，将直接影响直流输电系统的可靠性。

据不完全统计，对1990-2015年、29座直流输电换流站160余次故障的统计分析，涉及由直流换流站阀冷却水系统引起的故障40余次，占25％左右。在换流阀冷却水系统43余次故障中，由阀内冷水系统所引起的37次，占86％，其中导致停运和跳闸26次，贡献度为81％；而内冷水系统中因金属腐蚀结垢引起的故障也不在少数。因此，研究一种内冷水系统金属腐蚀抑制的方法迫在眉睫。

现有技术中，阀内冷水系统在预防金属腐蚀方面，主要是严格控制水质条件，如控制电导率在<0.5μs/cm，来预防与冷水接触部件的金属腐蚀。通常，用于控制水质的净化装置被安装在阀内冷水系统中，循环冷水进行实时净化。但是，由于检测仪表的精度及灵敏度以及净化装置的净化能力的限制，一旦水质发生急剧恶化，水质中的杂质等易导致金属腐蚀的物质，在阀内部件表面残留或堆积，将直接导致金属腐蚀的速度加快。

因此，如何更为安全有效地预防阀内冷水系统的金属腐蚀，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请提供一种高压直流换流阀内冷水模拟防腐系统，为解决实际生产中的阀内冷水系统金属腐蚀的问题提供研究依据。

本申请实施例提供一种高压直流换流阀内冷水模拟防腐系统，包括晶闸管和用于冷却所述晶闸管的冷却器，还包括均压电极、循环水泵、膨胀水箱和控制器；

所述冷却器通过管路与所述均压电极以及所述循环水泵连通，形成循环管路；

所述循环管路另与所述膨胀水箱连通；所述循环管路内流通含有乙二醇的去离子水；

所述膨胀水箱内设有用于检测所述去离子水中乙二醇浓度的检测仪表，还设有用于向膨胀水箱内添加乙二醇溶液的加液装置；

所述检测仪表和所述加液装置均与所述控制器相连接；

当所述去离子水中乙二醇的当前浓度低于预设阈值时，所述控制器根据乙二醇的当前浓度和循环水量，控制所述加液装置向所述膨胀水箱中添加乙二醇溶液。

优选地，所述去离子水的电导率低于1μs/cm。

优选地，所述去离子水中乙二醇的体积浓度为30％-60％。

优选地，所述循环管路上设有温度检测仪表和换水阀；所述温度检测仪表及所述换水阀均与所述控制器连接；当所述去离子水的温度高于预设上限值时，所述控制器控制所述换水阀和所述膨胀水箱的阀门开启，直到去离子水的温度低于预设下限值。

优选地，所述系统还包括与所述循环管路连通的净化管路；所述净化管路包括离子交换器；所述离子交换器内设置有苯乙烯系阳离子交换树脂和苯乙烯系阴离子交换树脂中的至少一种。

优选地，所述净化管路和所述循环管路间设置有水阀。

优选地，所述冷却器包括用于冷却所述晶闸管的第一冷却器和第二冷却器；所述第一冷却器和所述第二冷却器分别设置于所述晶闸管的两端；所述第一冷却器和所述第二冷却器分别与所述循环管路连通，形成回路。

优选地，所述循环管路上设有用于计量所述去离子水流量的流量计。

优选地，所述循环管路上设有用于检测所述去离子水的电导率的电导率仪；所述电导率仪与所述控制器连接。

优选地，所述循环管路上设有用于检测去离子水酸碱度的ph计和用于测量去离子水中的氧气含量的氧量分析仪。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种高压直流换流阀内冷水模拟防腐系统，包括晶闸管和用于冷却所述晶闸管的冷却器，还包括均压电极、循环水泵、膨胀水箱和控制器；冷却器通过管路与均压电极以及循环水泵连通，形成循环管路；循环管路另与膨胀水箱连通；循环管路内流通含有乙二醇的去离子水；膨胀水箱内设有用于检测所述去离子水中乙二醇浓度的检测仪表，还设有用于向膨胀水箱内添加乙二醇溶液的加液装置；用于检测所述去离子水中乙二醇浓度的检测仪表和所述加液装置均与控制器相连接；当所述去离子水中乙二醇的当前浓度低于预设阈值时，所述控制器根据乙二醇的当前浓度和循环水量，控制所述加液装置向所述膨胀水箱中添加乙二醇溶液。本申请提供的系统结构简单，向去离子水中添加的乙二醇，能有效地抑制高压直流换流阀内冷水系统金属腐蚀，为解决实际生产中的阀内冷水系统金属腐蚀的问题提供研究依据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请根据一示例性实施例示出的一种高压直流换流阀内冷水模拟防腐系统的结构示意图；

图2为铝在乙二醇溶液中电化学阻抗谱等效电路示意图；

图3为乙二醇浓度(％v/v)与冰点关系图。

图示说明：1-晶闸管；2-冷却器；21-第一冷却器；22-第二冷却器；3-均压电极；4-循环水泵；5-膨胀水箱；6-控制器；7-循环管路；8-去离子水；9-用于检测所述去离子水8中乙二醇浓度的检测仪表；10-加液装置；11-温度检测仪表；12-换水阀；13-净化管路；14-离子交换器；15-水阀；16-流量计；17-电导率仪；18-ph计；19-氧量分析仪。

具体实施方式

参见图1，为本申请实施例提供的一种高压直流换流阀内冷水模拟防腐系统的结构示意图。由图1可知，系统包括晶闸管1和用于冷却所述晶闸管1的冷却器2，还包括均压电极3、循环水泵4、膨胀水箱5和控制器6；

所述冷却器2通过管路与所述均压电极3以及所述循环水泵4连通，形成循环管路7；

所述循环管路7另与所述膨胀水箱5连通；所述循环管路7内流通含有乙二醇的去离子水8；

所述膨胀水箱5内设有用于检测所述去离子水8中乙二醇浓度的检测仪表9，还设有用于向膨胀水箱5内添加乙二醇溶液的加液装置10；

所述检测仪表9和所述加液装置10均与所述控制器6相连接；

当所述去离子水8中乙二醇的当前浓度低于预设阈值时，所述控制器6根据乙二醇的当前浓度和循环水量，控制所述加液装置10向所述膨胀水箱5中添加乙二醇溶液。

在本实施例中，去离子水作为散热介质，将其电导率低于1μs/cm；循环水泵4用于为去离子水的提供循环动力。实际上，散热介质也可以选用正常自来水，本申请优选去离子水，因其具有更好的化学稳定性，能够进一步抑制金属腐蚀的发生。本申请利用控制器6控制去离子水的理化特征，例如，ph值，电导率，温度以及乙二醇的浓度等，以提高阀内冷水系统的化学稳定性和电化学稳定性。

膨胀水箱5用于缓冲系统内去离子水的压力，同时作为补充去离子水以及添加乙二醇溶液的入口。

本申请实施例主要通过向去离子水中添加一定浓度的乙二醇，从而抑制阀内冷水系统的金属腐蚀。乙二醇俗名甘醇，化学式为hoch2ch2oh，有甜味的无色透明、无机械杂质的勃稠液体，沸点为198℃，冰点是-12.6℃。乙二醇的结构与水分子结构相似，都有两个轻基，因此，能完全互溶。混合后由于改变了冷却水的蒸气压，冰点显著降低。

利用控制器6和相关检测仪表，将换流阀内冷水系统中去离子水的各项理化特征控制在较好的范围内，在此基础上，向去离子水中加入乙二醇。可以从两方面解释本申请技术方面抑制金属腐蚀的原理，其一，在乙二醇溶液浸泡金属铝的初期，乙二醇分子会吸附到金属铝表面，起到类似于缓蚀剂的作用，可以用图2(其中，rsol表示参比电极鲁金毛细管口到金属铝之间的溶液电阻，cf和rf分别表示铝的电极表面氧化膜电容和电阻，cd1表示金属表面双电层电容，rt表示金属表面传质电阻)所示的电化学阻抗谱等效电路来说明，可以看出，当溶液中存在乙二醇时，溶液电阻、膜电容、膜电阻、双电层电容、传质电阻都有不同程度的增大。由于乙二醇的吸附作用，乙二醇溶液对金属铝具有一定的防护作用。其二，由于乙二醇没有导电性，加入乙二醇后能够将换流阀内冷水电导率再降低一些，电导率越低，其腐蚀的速度越慢，表1示出了添加一定浓度的乙二醇后其内冷水水质检测结果。

表1

由表1可以看出，加入乙二醇后，换流阀内冷水系统去离子水的电导率非常低。

图3示出了乙二醇和冰点的关系图。可以看出乙二醇使用范围较大，高温低温都可以用，我国幅员辽阔，南北温差较大，乙二醇的温度适用性使得其在南北方都适用没有限制。

优选地，所述去离子水中乙二醇的体积浓度为30％-60％。

另外，所述循环管路7上设有温度检测仪表11和换水阀12；所述温度检测仪表11及所述换水阀12均与所述控制器6连接；当所述去离子水8的温度高于预设上限值时，所述控制器6控制所述换水阀12和所述膨胀水箱5的阀门开启，直到去离子水的温度低于预设下限值。

在另一些实施例中，所述系统还包括与所述循环管路7连通的净化管路13；所述净化管路13包括离子交换器14；所述离子交换器14内设置有苯乙烯系阳离子交换树脂和苯乙烯系阴离子交换树脂中的至少一种。

另外，所述净化管路13和所述循环管路7间设置有水阀15。

在一些实施例中，所述冷却器2包括用于冷却所述晶闸管1的第一冷却器21和第二冷却器22；所述第一冷却器21和所述第二冷却器22分别设置于所述晶闸管1的两端；所述第一冷却器21和所述第二冷却器22分别与所述循环管路7连通，形成回路。

如图1所示，一根水管引水过来，先分叉分别进入第一冷却器21和第二冷却器22，再汇总到一根出水管。在本申请实施例中，晶闸管选用实际生产中采用的晶闸管。晶闸管负责直流与交流之间的电流转换，因转换效率而发热升温，需降温维持正常的工作状态。

在本申请技术方案中，每组冷却器两端需要两个均压电极，每组冷却器的数量为晶闸管的数量加1，并不局限于图1所示的情况，本领域技术人员可以想到的晶闸管的数量与冷却器的配置均在本申请的保护范围内。

冷却器与晶闸管接触，用于冷却晶闸管，将晶闸管的热量传递给去离子水。冷却器的尺寸与实际生产中的相同，材质选用铝、铜或其他金属含量不高于5％的铜合金或铝合金、不锈钢的至少一种。

均压电极采用实际生产中采用的产品，用于稳定水管内不同位置的去离子水的电位。串联相应位置的均压电极，降低不同位置的去离子水的电压差，减弱包括冷却器、均压电极等各部件在去离子水电压差的作用下而产生的腐蚀。

优选地，所述循环管路7上设有用于计量所述去离子水流量的流量计16。

优选地，所述循环管路7上设有用于检测所述去离子水的电导率的电导率仪17；所述电导率仪17与所述控制器6连接。

优选地，所述循环管路7上设有用于检测去离子水酸碱度的ph计18和用于测量去离子水中的氧气含量的氧量分析仪19。

在本申请的实施例中，除了通过向去离子水中添加乙二醇以抑制金属腐蚀外，还通过控制器6和上述各种检测仪表，将去离子水的电导率控制为小于0.5μs/cm，ph控制在6.5-6.8之间，温度控制在58℃-60℃，氧含量控制在低于10ppm。

本申请实施例提供一种高压直流换流阀内冷水模拟防腐系统，包括晶闸管和用于冷却所述晶闸管的冷却器，还包括均压电极、循环水泵、膨胀水箱和控制器；冷却器通过管路与均压电极以及循环水泵连通，形成循环管路；循环管路另与膨胀水箱连通；循环管路内流通含有乙二醇的去离子水；膨胀水箱内设有用于检测所述去离子水中乙二醇浓度的检测仪表，还设有用于向膨胀水箱内添加乙二醇溶液的加液装置；用于检测所述去离子水中乙二醇浓度的检测仪表和所述加液装置均与控制器相连接；当所述去离子水中乙二醇的当前浓度低于预设阈值时，所述控制器根据乙二醇的当前浓度和循环水量，控制所述加液装置向所述膨胀水箱中添加乙二醇溶液。本申请提供的系统结构简单，向去离子水中添加的乙二醇，能有效地抑制高压直流换流阀内冷水系统金属腐蚀，为解决实际生产中的阀内冷水系统金属腐蚀的问题提供研究依据。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。