一种特高压换流阀的均压水管和电压均衡方法与流程

本发明属于电力系统器件领域，具体属于一种特高压换流阀的均压水管和电压均衡方法。

背景技术：

换流阀是特高压直流输电的核心设备，为了避免换流阀内水路在运行过程中产生不必要的泄漏电流，因而常规直流输电换流阀在水路管道的特殊电气节点均设计有铂金电极，以实现水路中的电压均衡。由于换流阀体长期处于通电状态，运行经验证明，换流阀普遍存在电极结垢的问题。目前的均压方法为采用针状均压铂金电极，成熟的换流阀产品上使用的针状均压铂金电极是通过螺纹连接插入水管中用以均压。这种铂金材料表面会出现明显的结垢，同时，电极会随着垢质厚度的增加失去均压效应，厚度增加到一定程度后会导致电极无法拔出，垢质还有可能会有脱落的风险，脱落后的垢质会进入水管中随水流移动，有可能堵塞过滤器。结垢的电极也需要增加人工成本来定期的进行清理。此外，电极以螺纹形式安装在水管也增加了漏水的风险。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种特高压换流阀的均压水管和电压均衡方法，解决了均压电极结垢的问题，能够降低了因电极除垢而存在的人工维护成本，提高特高压换流阀运行的安全性和稳定性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种特高压换流阀的电压均衡方法，包括以下步骤，

步骤1，采用铁类合金做为均压水管的制备材料；

步骤2，依据铁类合金的年腐蚀率，计算均压水管的壁厚；

步骤3，采用步骤1的铁类合金，依据步骤2计算的均压水管壁厚制造均压水管，将均压水管安装在特高压换流阀进行电压均衡。

优选的，步骤1中，选用铁类合金中的不锈钢做为均压电极的制备材料。

进一步的，步骤2中，所述壁厚计算公式为：

d＝di+v*t+r

式中，d为均压壁厚；di为换流阀普通管道设计壁厚；v为不锈钢的年腐蚀率；t为换流阀使用年限；r为安全裕度。

进一步的，所述换流阀使用年限为30年至40年。

进一步的，所述安全裕度r不小于3*v*t。

优选的，所述不锈钢的年腐蚀率不大于0.05mm/年。

一种特高压换流阀的均压水管，包括均压水管本体、分支水管和接线柱；

所述均压水管本体采用铁类合金制成；均压水管本体呈空心管状，均压水管本体表面周向设置有接线柱和分支水管。

优选的，所述均压水管本体两端通过连接法兰盘连接换流阀主水管。

进一步的，所述均压水管本体与连接法兰盘的连接部位设置有密封圈。

优选的，所述均压水管本体采用不锈钢制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种特高压换流阀的电压均衡方法，本方法是基于腐蚀机理的电压均衡，通过采用较活泼金属铁类合金制造的均压水管，使得均压水管在使用过程中会产生较小腐蚀，通过对均压水管的壁厚进行冗余设计，使得换流阀可以保持安全运行的状态。本发明方法突破了原先采用惰性金属材料抗腐蚀的理念，运用反向思维使其存在腐蚀，但腐蚀程度极低，有腐蚀则不会结垢并可控，本发明只适用于特高压换流阀中，因其冷却系统配置有水处理回路，可保证冷却水的电导率和泄漏电流在极低范围内，故不锈钢等材质的腐蚀率则是可控的。采用不锈钢等较铂金电极价格低廉且腐蚀，腐蚀率极低的材料，使其不但可以在冷却水环境中起到均压的效果，而且不会产生结垢问题。

进一步的，通过对均压水管壁厚进行设计计算，可保证换流阀正常运行，并且消除了原先针状电极漏水的风险。

本发明一种特高压换流阀的均压水管，通过采用较活泼金属铁类合金制造的均压水管，采用接线柱和分支水管实现均压功能，消除了原先针状电极漏水的风险，并且均压水管不会造成管道结垢，消除垢质堵塞水管等问题，不仅大大降低了因电极除垢而存在的人工维护成本，而且提高了换流阀运行的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中换流阀塔主管路与分支管路结构示意图；

图2为本发明实施例中主管路与分支管路的连接示意图；

图3为本发明实施例中均压水管结构示意图；

附图中：1为换流阀主水管；2为均压水管本体；3为分支水管；4为接线柱；5为密封圈；6为连接法兰盘。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提出一种基于腐蚀机理的特高压换流阀电压均衡方法，突破了在原有均压方法中对电极采取惰性不腐蚀材料为主，采取相应抑垢或除垢的一种全新的均压方法，这种方法是基于腐蚀机理开展的，这种方法能够使换流阀均衡电压时不再产生结垢问题。

一种特高压换流阀的电压均衡方法，包括以下步骤，

步骤1，采用较活泼金属做为均压水管的制备材料；

步骤2，依据较活泼金属的年腐蚀率，计算均压水管的壁厚；

步骤3，采用步骤1的较活泼金属，依据步骤2计算的均压水管壁厚制造均压水管，将均压水管安装在特高压换流阀进行电压均衡。

步骤1中的较活泼金属为不锈钢抗腐蚀等级相同的铁类合金。

这种均压方法改变了原有均压电极的结构和安装方式，使其可以代替管道上的现有均压电极功能，即使是基于腐蚀机理也不会对换流阀塔造成损害，也可以避免漏水的风险。材质由原先昂贵的铂金材料可以换成更有性价比的不锈钢等材质，降低了成本。这种均压方法可以完全避免管道电极结垢而影响换流阀正常运行的问题。

本发明是基于腐蚀机理的一种全新的均压方法，这种机理突破了原先采用惰性金属材料抗腐蚀的理念，采用不锈钢等较铂金电极价格低廉且腐蚀，腐蚀率极低的材料，使其不但可以在冷却水环境中起到均压的效果，而且不会产生结垢问题。

本发明适用于特高压换流阀冷却系统中，由于阀冷系统中配有辅助循环水处理系统，在水处理回路系统中设置有去离子树脂罐，去离子树脂罐可以将冷却水的电导率控制在一定的较低范围内，水中的离子浓度可以保持恒定，故在这种情况下，水中的泄漏电流可基本保持恒定。本发明选用不锈钢等耐腐蚀且腐蚀率极低的材料，可以将腐蚀率控制在一定的范围内，由于水中的电导率为恒定状态，则其腐蚀率也可保持恒定。并且腐蚀下来的离子也会被去离子树脂罐吸收，提高系统的安全性。

如图1所述，一种特高压换流阀的均压水管，其特征在于，包括均压水管本体2、分支水管3和接线柱4；均压水管本体2采用较活泼金属制成；均压水管本体2呈空心管状，均压水管本体2表面周向设置有接线柱4和分支水管3，接线柱4通过换流阀电极线与换流阀主电路等电位点连接，分支水管3是换流阀主水管1水路连接各个分支组件时经过的水管。均压水管本体2两端通过连接法兰盘6连接换流阀主水管1。均压水管本体2与连接法兰盘6的连接部位设置有密封圈。

通过将原有水管处的铂金针状电极去掉，将均压水管换成不锈钢等材质，增加相应的接线柱4，就可以避免连接处的电极结垢。此方案将均压水管由pvdf整体改为不锈钢等材质，不再使用原来的铂金针状电极，不仅可以代替原有电极的均压功能，而且连接处不会再有结垢的风险。

不锈钢等材质在电化学作用下会有腐蚀的情况，由于本均压方法适用于换流阀冷却系统，则选取不锈钢等腐蚀率极低的材质，其腐蚀率在电导率恒定的状态下可以保持在一定范围内，该设计方案中可以将均压水管中均压管道的壁厚按照不锈钢的在纯水中的年腐蚀率进行冗余设计，只要不锈钢管道的壁厚在一定范围内，换流阀可以保持安全运行的状态。通过查阅文献资料，如316ng不锈钢在高纯水环境中的平均腐蚀速率为0.05mm/a，基于换流阀运行年限，均压不锈钢管道的壁厚可以如公式(1)进行计算，例如普通不锈钢管道设计壁厚为6mm,按换流阀使用年限40年，冗余度加2mm计算得出均压不锈钢管道设计壁厚就为10mm，只要将换流阀的不锈钢管道壁厚设计为10mm就可以保证换流阀安全稳定运行。

d＝di+v*t+r(1)

式中：d：本发明均压不锈钢管道设计壁厚；

di：换流阀普通不锈钢管道设计壁厚；

v：不锈钢的腐蚀率；

t：换流阀使用年限；

r：考虑阀冷系统中电导率突变等情况产生的安全裕度；

上式中di根据换流阀系统水压进行计算，腐蚀率v为不大于0.05mm/年，安全裕度r主要由腐蚀率v计算，按照不锈钢年腐蚀率0.05mm计算，一般不小于其3倍即0.05*3*使用年限，例如40年则裕度为0.05*3*40＝6mm。

这种全新的均压方法不仅具备了原有针状铂金电极的水路均压功能，最大的优点是其材质表面不会结垢，彻底消除了因电极垢质脱落而引起泄漏水故障，只要保障所选材质腐蚀程度在可接受范围内，不仅大大降低了因电极除垢而存在的人工维护成本，而且提高了换流阀运行的安全性和稳定性。

本发明提出一种基于腐蚀机理的特高压换流阀电压均衡方法，这种机理突破了原先采用惰性金属材料抗腐蚀的理念，采用不锈钢等较铂金电极价格低廉且腐蚀，腐蚀率极低的材料，使其不但可以在冷却水环境中起到均压的效果，而且不会产生结垢问题。本发明颠覆了原有的惰性材料电极会结垢的理念，运用反向思维使其存在腐蚀，但腐蚀程度极低，有腐蚀则不会结垢并可控，是本发明的关键点。本发明只适用于特高压换流阀中，因其冷却系统配置有水处理回路，可保证冷却水的电导率和泄漏电流在极低范围内，故不锈钢等材质的腐蚀率则是可控的。

同时这种均压方法摆脱了原有的电极安装方式和结构模式，直接采用连接处水管作为均压方式，水管管壁厚按照本发明中的计算公式进行设计计算，可保证换流阀正常运行，并且消除了原先针状电极漏水的风险，这种均压方法不会造成管道结垢，消除垢质堵塞水管等问题，不仅大大降低了因电极除垢而存在的人工维护成本，而且提高了换流阀运行的安全性和稳定性。