CN105047061A - 一种高压电流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力工程技术领域，特别涉及一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，包括换流阀实际生产用的晶闸管和用于冷却所述晶闸管的冷却器，所述冷却器经过管路连通均压电极、控温装置和用于提供循环动力的水泵，并另通过管路连通膨胀水箱，所述管路内设置有散热介质，所述散热介质为电导率低于1μS/cm的去离子水，其包括含量低于5ppm的二氧化碳或氨气，控制去离子水的pH在6.5-7.5，温度为45℃-60℃，氧含量低于10ppm，以维持与去离子水接触部件的化学稳定性和电化学稳定性。本发明通过在内冷水中通入微量的二氧化碳或者氨气来调整内冷水的pH等以减轻或彻底避免均压电极、冷却器的腐蚀程度。

Description

一种高压电流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置

技术领域：

本发明涉及电力工程技术领域，特别涉及一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置。

背景技术：

换流阀的冷却系统(简称阀冷系统)分为内冷却系统(简称阀内冷系统)和外冷却系统(简称阀外冷系统)，是高压直流输电工程的辅助系统之一。阀内冷却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却系统进行散热，已确保晶闸管的工作温度稳定在一个合适的数值。所以，阀冷系统出现故障将直接影响直流输电系统的可靠性。然而，换流站等生产现场正常运行的阀冷系统，尤其是阀厅内的内冷却系统，因高电压、强磁场等无法直接接触，只能将其作为一个“黑闸子”，通过阀冷系统的输入端和输出端的循环水的特征(如温度等)来判断阀内冷系统的工作状态。造成阀厅内的阀内冷却系统故障的发展、演变无法检测，只有故障发生停止输电后才能检查处理。此外，某些故障产生的影响因素因停电也无法验证生产时的实际状况，造成故障影响因素的不确定性，无法对现场阀内冷却系统故障产生的关键因素提出指导性建议。综上所述，非常有必要建立一套针对高压直流输电阀冷系统的模拟研究装置，以摆脱生产现场的高电压、强磁场等环境的限制，方便进行模拟换流站实际生产下阀冷系统的相关研究和规律摸索。

实际上，针对高压直流输电阀冷系统的研究大多针对工程性的探讨，基于内冷水的化学特征以及其与均压电极、冷却器等部件的腐蚀相关性的研究并不多。本单位前期申请的专利(ZL2014206978390，一种高压直流输电系统阀冷内冷水的模拟系统)中提及的一种高压直流输电系统阀冷内冷水的模拟系统，其实就是换流站阀冷系统各生产设备的搭建，因主要用于技术培训，不能调整和改变阀冷系统内的各影响因素的技术条件，所以无法开展针对阀冷系统各部件材料和腐蚀规律的研究。

发明内容：

本发明根据换流站的阀内冷系统设计了一套小型化的模拟装置，以进行内冷水循环系统的学习和相关故障的影响因素的探究从而解决现有技术中存在的问题。

本发明提出了一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，包括换流阀实际生产用的晶闸管和用于冷却所述晶闸管的冷却器，所述冷却器经过管路连通均压电极、控温装置和用于提供循环动力的水泵以构成循环管路，所述循环管路另连通膨胀水箱，所述循环管路内设置有散热介质，所述散热介质为电导率低于1μS/cm的去离子水，其包括含量低于5ppm的二氧化碳或氨气，控制去离子水的pH在6.5-7.5，温度为45℃-60℃，氧含量低于10ppm，以维持与去离子水接触部件的化学稳定性和电化学稳定性。本发明通过在去离子水中通入微量的二氧化碳或者氨气来调整去离子水的pH等以减轻或彻底避免均压电极、冷却器的腐蚀程度。

本发明中可控制和调整去离子水的特征，包括pH、电导率以及微量添加物等，以提高阀内冷却系统的化学稳定性、电化学稳定性。

优选地，本发明装置还包括连通所述循环管路的净化管路，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。

进一步的，所述净化管路和所述循环管路上还设置有水阀。

优选地，所述冷却器为铝、铜、或其他金属含量不高于5％的铜合金或铝合金、不锈钢中的至少一种制成。选用的材料比实际生产中所用的材料的稳定性更高，防止电化学腐蚀。

优选地，所述均压电极为铂金、金和钯中的至少一种制成。

优选地，所述控温装置包括热传感器、加热装置和温度控制器。

优选地，所述冷却器包括用于冷却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，所述循环管路上还包括计量所述去离子水水量的流量计。

优选地，所述循环管路上还包括用于测量去离子水的电导率的电导率仪。

优选地，所述循环管路上还包括用于测量去离子水的pH值的pH计和用于测量去离子水中的氧气含量的氧量分析仪。

目前实际生产中阀内冷却系统中的均压电极、冷却器的内壁等均会发生腐蚀现象，且腐蚀产物脱落在水管内堵塞水管和过滤器影响内循环水的流速、压力，更重要的是影响均压电极稳定电位、冷却器传热的功能效果。这也是导致换流站跳闸停电的根本原因之一。所以，与均压电极、冷却器接触的内循环水的特征参数是影响阀内冷却系统的关键。

本发明一方面可以在试验中控制和调整内循环水的特征，包括pH、电导率以及微量添加物等，以提高阀内冷却系统的化学稳定性、电化学稳定性。本发明通过在内冷水中通入微量的二氧化碳或者氨气来调整内冷水的pH等以减轻或彻底避免均压电极、冷却器的腐蚀程度；另一方面本发明提出的模拟研究装置能够实现阀冷系统生产现场的各影响因素的控制技术条件，可以克服生产现场的高电压、强磁场等不利因素，避免了研究人员的人身伤害。主要用于研究阀内冷系统的包括均压电极、冷却器等各部件相关材料以及它们的电化学腐蚀规律研究。

附图说明

图1为本发明一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并列举实施例对本发明进一步详细说明。

参见图1本发明一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，包括换流阀实际生产用的晶闸管1和用于冷却晶闸管的冷却器2，冷却器经过管路连通均压电极3、控温装置4、用于提供循环动力的水泵5、计量去离子水量的流量计7、用于测量去离子水的pH值的pH计8、用于测量去离子水的电导率的电导率仪9和用于测量去离子中的氧气含量的氧量分析仪10以构成循环管路。循环管路另连通膨胀水箱6，管路内设置有散热介质，散热介质为内冷水，在本实施例中内冷水为电导率低于1μS/cm的去离子水，其包括含量低于5ppm的二氧化碳或氨气，控制循环水的pH在6.5-7.5，温度为45℃-60℃，氧含量低于10ppm，以维持与去离子水接触部件的化学稳定性和电化学稳定性。本发明通过在内冷水水中通入微量的二氧化碳或者氨气来调整去离子水的pH等以减轻或彻底避免均压电极、冷却器的腐蚀程度。本发明对各部件的设置并不局限于本实施例中的各个位置，任何本领域技术人员可以想到便于装置运行的部件的位置的设置均在本发明的保护范围之内。

内冷水也可以选择正常水，本发明中优选内冷水为去离子水，因其有更好的化学稳定性。本发明中可控制和调整内冷水的特征，包括pH、电导率以及微量添加物等，以提高阀内冷却系统的化学稳定性、电化学稳定性。

在本发明中内冷水系统通入二氧化碳的方法，先将二氧化碳通入内冷水，形成饱和溶液。再根据整个内冷水中二氧化碳含量，将二氧化碳的饱和溶液通过膨胀水箱加入内冷水循环系统。

内冷水系统通入氨气的方法，先将氨气通入内冷水，形成稀溶液，再根据整个内冷水中氨气含量，将氨气的稀溶液通过膨胀水箱加入内冷水循环系统。

膨胀水箱用于缓冲系统内内冷水的压力，同时作为补充内冷水和添加二氧化碳、氨气的溶液的入口。

冷却器包括用于冷却晶闸管的第一冷却器和第二冷却器，第一冷却器和第二冷却器设置于晶闸管的两端，第一冷却器和所述第二冷却器分别与循环管路连通形成回路。如附图所示，一根水管引水过来，先分叉分别进入第一冷却器和第二冷却器，再汇总到一根出水管。在本发明中，晶闸管直接选用实际生产中应用的专用产品，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。

在本发明中每组冷却器两端需要2个(1对)均压电极。每组冷却器的数量为晶闸管数量加1个，并不局限于附图中所示的情况，本领域技术人员可以想到的晶闸管的数量和冷却器配置其均在本发明的保护范围之内。

冷却器与晶闸管接触，用于冷却晶闸管，其能够导走晶闸管的热量，并将热量传递给内部孔道流过的较低温度的内冷水。尺寸与实际生产相同，材质为提高稳定性而选用铝、铜、或其他金属含量不高于5％的铜合金或铝合金、不锈钢中的至少一种制成。在本发明中冷却器选用的材料比实际生产中所用的材料的稳定性更高，防止电化学腐蚀。

均压电极为实际生产中应用的专用产品，用于稳定水管内不同位置的内冷水的电位。串联相应位置的均压电极，降低不同位置内冷水的电压差，减弱包括冷却器、均压电极等各部件在内冷水存在电压差下的电化学腐蚀。尺寸与实际生产相同，材质为提高稳定性而进行创新性设计。均压电极为铂金、金和钯中的至少一种制成，在本发明中均压电极选用的材料比实际生产中所用的材料的稳定性更高，能够防止均压电极被电化学腐蚀。

控温装置包括热传感器、加热装置和温度控制器。因实际生产的内冷水的温度一般设定在45℃-60℃，该热量由晶闸管通电转换电流时产生。本发明的模拟装置中晶闸管未通电无法产生热，该控制装置包括热传感器、加热装置和温度控制器，调整内冷水水温为45℃-60℃。其中热传感器监测内冷水的温度，加热装置对水进行加热，温度控制器根据热传感器监测到的水温开关加热装置。

本发明装置还包括连通循环管路的净化管路，净化管路包括离子交换器11，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。循环管路和净化管路上设置有用于控制内冷水流量的水阀12，用来方便的控制内冷水流量。

在本发明中使用的各部件若未提及使用材料，其皆使用聚四氟乙烯。

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

一种用于模拟高压直流输电系统阀内冷却系统的的模拟研究装置，包括：晶闸管、冷却器、内冷水散热介质、均压电极、离子交换器、水泵、由热传感器、加热装置和温度控制器组成的温控装置、水箱、水阀、水管、流量计、pH计、氧量分析仪、电导率仪。

其中所用内冷水为去离子水，去离子水的电导率控制为0.2μS/cm-0.7μS/cm，pH在6.5-6.8，温度为58℃-60℃，氧含量低于10ppm，通入5ppm的二氧化碳。

冷却器的材质为纯净铝质，均压电极的材质为铂金，离子交换器内的树脂按质量百分数计，强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂占45％、强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂占55％。

实施例2：

模拟装置的主要部件及其材质要求与实施例1相同，不同之处在于：

其中所用内冷水为去离子水，去离子水的电导率控制为0.3μS/cm-0.6μS/cm，pH在7.1-7.4，温度为45℃-48℃，氧含量低于10ppm，通入2.5ppm的氨气。

冷却器的材质为纯净铜质，均压电极的材质为金，离子交换器内的树脂按质量百分数计，强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂占50％、强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂占50％。

实施例3：

模拟装置的主要部件及其材质要求与实施例1相同，不同之处在于：

其中所用内冷水为去离子水，去离子水的电导率控制为0.5μS/cm-0.9μS/cm，pH在7.3-7.5，温度为48℃-52℃，氧含量低于10ppm，通入4ppm的氨气。

冷却器的材质为0Cr18Ni9不锈钢，均压电极的材质为钯，离子交换器内的树脂按质量百分数计，强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂占45％、强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂占55％。

实施例4：

模拟装置的主要部件及其材质要求与实施例1相同，不同之处在于：

其中所用内冷水为去离子水，去离子水的电导率控制为0.1μS/cm-0.4μS/cm，pH在6.8-7.0，温度为50℃-52℃，氧含量低于10ppm，通入2ppm的二氧化碳。

冷却器的材质为掺杂质量比1％镁的铝合金，均压电极的材质为铂金，离子交换器内的树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。

实施例5：

模拟装置的主要部件及其材质要求与实施例1相同，不同之处在于：

其中所用内冷水为去离子水，去离子水的电导率控制为0.2μS/cm-0.5μS/cm，pH在6.6-6.9，温度为52℃-55℃，氧含量低于10ppm，通入3ppm的氨气。

冷却器的材质可以为掺杂质量比2％锌的铜合金，均压电极的材质为铂金，离子交换器内的树脂为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。

实施例6：

模拟装置的主要部件及其材质要求与实施例1相同，不同之处在于：

其中所用内冷水为去离子水，去离子水的电导率控制为0.1μS/cm-0.4μS/cm，pH在6.8-7.0，温度为46℃-50℃，氧含量低于10ppm，通入2ppm的氨气。

冷却器的材质可以为掺杂质量比5％铜的铝合金，均压电极的材质为铂金，离子交换器内的树脂为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，包括换流阀实际生产用的晶闸管和用于冷却所述晶闸管的冷却器，其特征在于：所述冷却器经过管路连通均压电极、控温装置和用于提供循环动力的水泵以构成循环管路，所述循环管路另连通膨胀水箱，所述循环管路内设置有散热介质，所述散热介质为电导率低于1μS/cm的去离子水，其包括含量低于5ppm的二氧化碳或氨气，控制去离子水的pH在6.5-7.5，温度为45℃-60℃，氧含量低于10ppm，以维持与去离子水接触部件的化学稳定性和电化学稳定性。

2.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：还包括连通所述循环管路的净化管路，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。

3.根据权利要求2所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：所述净化管路和所述循环管路上还设置有水阀。

4.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：所述冷却器为铝、铜、或其他金属含量不高于5％的铜合金或铝合金、不锈钢中的至少一种制成。

5.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：所述均压电极为铂金、金和钯中的至少一种制成。

6.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：所述控温装置包括热传感器、加热装置和温度控制器。

7.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：所述冷却器包括用于冷却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。

8.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：所述循环管路上还包括计量所述去离子水水量的流量计。

9.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：所述循环管路上还包括用于测量去离子水的电导率的电导率仪。

10.根据权利要求1所述的一种高压直流输电系统阀内冷却系统的模拟研究装置，其特征在于：所述循环管路上还包括用于测量去离子水的pH值的pH计和用于测量去离子水中的氧气含量的氧量分析仪。