CN105717266A - 一种直流输电换流阀冷却水质在线监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流输电换流阀冷却塔水质监测系统及其监测方法，主要用于直流输电换流站及其相关领域内的水质监测，以免出现因水质问题导致冷却塔结垢的问题。它通过送样泵将待检水样送至专门的水质分析槽，通过温度计、电导率仪、水硬度计及总碱度计等仪器进行水质检测，并将结果传输至数据采集分析器，经内嵌的数据分析软件计算，将水样所处状态就地显示或提交到上位机。本发明操作简单；检测结果直观；对检测环境适应性强，既可作静态检测，又可做实时在线监测。该方法可方便普通工作人员对出现的问题迅速采取措施。

Description

一种直流输电换流阀冷却水质在线监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种直流输电系统的监测系统，具体讲涉及一种直流输电换流阀冷却水质在线监测系统及其监测方法。

背景技术

换流阀是直流输电工程的核心设备，通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压和实现对功率的控制，其价值约占换流站成套设备总价的22～25％。

换流阀的设计应用了电力电子技术、光控转换技术、高压技术、控制技术和均压技术、冷却技术、高压用绝缘材料的最新技术和研究成果，主要的技术难点在于：换流阀暂态仿真模型的建立；换流阀高电位整体屏蔽和屏蔽性能的研究；换流阀绝缘配合、局部放电水平的控制与抑制技术；换流阀关键器件的开发研制；换流阀阀冷却、光电转换技术、控制和均压技术的集成；换流阀型式试验方法的研究。

换流阀由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件，它决定了换流阀的通流能力(目前国内已研制出6英寸晶闸管，额定通流能力4000安培)，通过将多个晶闸管元件串联可得到希望的系统电压。晶闸管的触发方式分为电触发和光触发，ABB和西门子、阿海珐分别是其中的代表。

换流阀的核心部件晶闸管所需的水冷散热器，既要给晶闸管散热，又要充当结构件承压，还需导电，和终身的质保，其严格的质量要求使得这种水冷散热器成为了电力电子行业内水冷散热器的顶级产品。

换流阀领域内针对直流输电换流阀冷却系统水质的监测项目主要包括：电导率、少部分换流站监测的pH、溶解氧、温度，尽管定期检测，但换流站仍有冷却塔盘管结垢的问题发生。冷却塔盘管结垢将会大大降低冷却塔的换热效率，导致内冷水温度偏高，若冷却塔的裕量不足，极易导致阀体温度过高而跳闸，造成严重后果。

另一方面换流站内的操作人员一般均为电力专业出身，对于水处理缺乏系统性的研究，因此，水质监测就显得比较陌生。本发明提供一种为便于非水处理专业背景的操作人员使用的水质检测设备，以预防冷却塔结垢问题。

目前，国内外为了判断水质稳定性均采用实验室检测水样及查表计算、对比的方法，此方法既需要有配套的检测器具，又需要相对专业的操作人员，目前无法实现在线监测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种直流输电换流阀冷却水质在线监测系统及其监测方法，本发明用于直流输电换流站及其相关领域内的水质监测，以免解决了换流站因出现水质问题导致冷却塔结垢的问题，能够实现在线监测。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种直流输电换流阀冷却水质在线监测系统，该装置并联于外冷系统主循环回路上，其改进之处在于，所述监测系统包括送样泵、过滤器、水质分析槽、检测仪和数据采集分析仪；所述送样泵通过管道与过滤器连接；所述过滤器通过管道与水质分析槽的进水口连接；所述检测仪分别与水质分析槽和数据采集分析仪连接。(系统既可通过独立水泵将水加到检测装置中，亦可通过管道将系统连接于阀冷系统上相关的取样口。)

进一步地，所述检测仪包括温度检测仪、电导率检测仪、水硬度检测仪和总碱度检测仪。

进一步地，所述温度检测仪为温度变送器；所述电导率检测仪为电导率变送器；所述水硬度检测仪的检测精度以生活饮用水为标准，检出限1mg/l；所述总碱度检测仪的检测精度为1mg/l，检出限为10mg/l。

进一步地，所述送样泵选用耐酸碱腐蚀的直流泵，选用微型直流泵(如微型水泵SP3802-24V)；所述过滤器选用滤孔直径为10um的过滤器，以防止水中杂质污染仪器探头；所述水质分析槽选用1、质量不超过20Kg；2、耐酸碱腐蚀3、不易变形且承压不小于运行压力的1.2倍。

进一步地，所述送样泵的两端分别设有阀门；所述过滤器与水质分析槽的进水口之间设有阀门；水质分析槽的排水口处设有阀门。

进一步地，所述数据采集分析依用于收集检测仪的检测结果并将结果输入预设的公式内进行运算，将结果以“结垢型水质”“腐蚀型水质”和“稳定型水质”的形式反映在面板上；预设的公式用如下1)式表示：

PH_S＝(9.3+(0.0446×(0.098×ln(DDS)+0.00445×ln(DDS)×ln(DDS)-0.66)

0.1083+e(-0.0066625×(F)^0.97+1.1475411)

-(0.4347×ln(Ca)-0.3994+0.4342×ln(M)+0.0007))

1)；

当结果>＝0.01时为结垢型水质；当结果<-0.01时为腐蚀型水质；除上述两种结果以外均为稳定型水质；

其中：DDS为电导率，单位为μs/cm；F为温度，华氏温度℉；Ca为总硬度，CaCO₃计，PPm；M为总碱度；PHs为输入。

本发明还提供一种直流输电换流阀冷却水质在线监测系统的检测方法，其改进之处在于，所述方法包括：通过送样泵将待检水样送至专门的水质分析槽，通过温度检测仪、电导率检测仪、水硬度检测仪及总碱度检测仪进行水质检测，并将检测结果传输至数据采集分析仪，经其内嵌的数据分析软件计算，将水样所处状态就地显示或提交到上位机，完成水样的水质监测。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1)操作简单，专业性要求低；；

2)检测速度快，并可实时监测多种影响水质的因素；

3)检测结果直观，方便普通工作人员对出现的问题迅速采取措施；

4)对检测环境适应性强，既可作静态检测，又可做实时在线监测。

5)本发明解决了换流站的冷却塔结垢的问题。

附图说明

图1是本发明提供的直流输电换流阀冷却水质在线监测系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

直流输电换流阀冷却系统，包括主循环水泵、加热罐、空气散热器、主过滤器、换流阀及脱气罐；所述主循环水泵出口、加热罐、空气散热器、主过滤器、换流阀、脱气罐及主循环水泵进口通过管道依次连接起来形成循环回路。

所述直流输电换流阀冷却系统包括水处理回路，所述水处理回路包括离子交换器及精密过滤器，所述水处理回路与换流阀并联，所述离子交换器与精密过滤器串联，所述离子交换器及精密过滤器均设有备用。

所述直流输电换流阀冷却系统包括氮气稳压系统，所述氮气稳压系统包括膨胀罐及氮气瓶，膨胀罐与精密过滤器串联，氮气瓶膨胀罐连接，所述膨胀罐为两个串联，氮气瓶设有备用。直流输电换流阀冷却系统包括自动补水系统，所述自动补水系统包括依次连接的原水泵、补水过滤器、原水罐、补水泵及补水电动阀，补水电动阀与离子交换器连接，所述补水泵设有备用。加热罐包括至少一个电加热器。脱气罐包括至少一个电加热器。

直流输电换流阀冷却系统包括电动三通阀、蝶阀及球阀，电动三通阀与蝶阀串联后于球阀并联，连接在加热罐与主循环水泵之间，电动三通阀第三端与主过滤器进口连接，所述蝶阀及电动三通阀均设有备用。

主循环水泵、加热罐及主过滤器均设有备用。换流阀及脱气罐设有芳路。水处理回路与电导率测量支路并联。

本发明提供一种用于直流输电换流阀冷却水质在线监测系统，其结构图如图1所示，包括：送样泵、过滤器、水质分析槽、检测仪和数据采集分析仪；所述送样泵通过管道与过滤器连接；所述过滤器通过管道与水质分析槽的进水口连接；所述检测仪分别与水质分析槽和数据采集分析仪连接。

检测仪包括温度检测仪、电导率检测仪、水硬度检测仪和总碱度检测仪.

送样泵：可选用耐酸碱腐蚀的直流泵作为送样泵。

过滤器：选用滤孔直径为10um的过滤器，防止水中杂质污染仪器探头。

温度变送器、电导率变送器：建议选用换流站内常用的变送器及传感器，以免因型号问题造成测量结果偏差。

水硬度检测仪：建议选用哈希公司生产的专用水硬度检测仪，该仪器的设计参照了国家标准，检测精度以生活饮用水为标准，检出限1mg/l。

总碱度检测仪：同水硬度检测仪，建议选用哈希公司产品。总碱度检测仪的检测精度为1mg/l，检出限为10mg/l。

水质分析槽：该分析槽需满足以下要求：1、质量轻，便于搬运2、耐酸碱腐蚀3、不易变形，有一定的承压能力，承压不小于运行压力的1.2倍。

所述送样泵的两端分别设有阀门；所述过滤器与水质分析槽的进水口之间设有阀门；水质分析槽的排水口处设有阀门。

通过管道及阀门将以上设备连接起来，便构成了该产品的机械主体。

数据采集及分析器：本产品的核心器件，用于收集检测仪表的检测结果并将结果输入预设的公式内进行运算，再将结果以“结垢型水质”“腐蚀型水质”“稳定型水质”的形式反映在面板上。

本发明还提供一种直流输电换流阀冷却水质在线监测系统的监测方法，包括：通过送样泵将待检水样送至专门的水质分析槽，通过温度计、电导率仪、水硬度计及总碱度计等仪器进行水质检测，并将结果传输至数据采集分析器，经内嵌的数据分析软件计算，将水样所处状态就地显示或提交到上位机。

软件计算公式：

PH_S＝(9.3+(0.0446×(0.998×ln(DDS)+0.00445×ln(DDS)×ln(DDS)-0.66)

-0.1083+e(-0.0066625×(F)^0.07+1.1475411)

-(0.4347×ln(Ca)-0.3994+0.4342×ln(M)+0.0007))

1)；

当结果>＝0.01时为结垢型水质；当结果<-0.01时为腐蚀型水质；除上述两种结果以外均为稳定型水质；

其中：DDS为电导率，单位为μs/cm；F为温度，华氏温度℉；Ca为总硬度，CaCO₃计，PPm；M为总碱度；PHs为输入。

本发明操作简单；检测结果直观；对检测环境适应性强，既可作静态检测，又可做实时在线监测。该方法可方便普通工作人员对出现的问题迅速采取措施。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流输电换流阀冷却水质在线监测系统，该装置并联于外冷系统主循环回路上，其特征在于，所述监测系统包括送样泵、过滤器、水质分析槽、检测仪和数据采集分析仪；所述送样泵通过管道与过滤器连接；所述过滤器通过管道与水质分析槽的进水口连接；所述检测仪分别与水质分析槽和数据采集分析仪连接。

2.如权利要求1所述的冷却水质在线监测系统，其特征在于，所述检测仪包括温度检测仪、电导率检测仪、水硬度检测仪和总碱度检测仪。

3.如权利要求2所述的冷却水质在线监测系统，其特征在于，所述温度检测仪为温度变送器；所述电导率检测仪为电导率变送器；所述水硬度检测仪的检测精度以生活饮用水为标准，检出限1mg/l；所述总碱度检测仪的检测精度为1mg/l，检出限为10mg/l。

4.如权利要求1所述的冷却水质在线监测系统，其特征在于，所述送样泵选用耐酸碱腐蚀的直流泵，选用微型直流泵；所述过滤器选用滤孔直径为10um的过滤器，以防止水中杂质污染仪器探头；所述水质分析槽选用1、质量不超过20Kg；2、耐酸碱腐蚀3、不易变形且承压不小于运行压力的1.2倍。

5.如权利要求1所述的冷却水质在线监测系统，其特征在于，所述送样泵的两端分别设有阀门；所述过滤器与水质分析槽的进水口之间设有阀门；水质分析槽的排水口处设有阀门。

6.如权利要求1所述的冷却水质在线监测系统，其特征在于，所述数据采集分析依用于收集检测仪的检测结果并将结果输入预设的公式内进行运算，将结果以“结垢型水质”“腐蚀型水质”和“稳定型水质”的形式反映在面板上；预设的公式用如下1)式表示：

$\begin{array}{c}{\mathrm{PH}}_S=(9.3+(0.0446\&times;(0.998\&times;\ln \left(\mathrm{DDS}\right)+0.00445\&times;\ln \left(\mathrm{DDS}\right)\&times;\ln \left(\mathrm{DDS}\right)-0.66)\\ -0.1083+e^{(-0.0066625\&times;{\left(F\right)}^{0.97}+1.1475411)}\\ -(0.4347\&times;\ln \left(\mathrm{Ca}\right)-0.3994+0.4342\&times;\ln \left(M\right)+0.0007))\end{array}---1);$

当结果>＝0.01时为结垢型水质；当结果<-0.01时为腐蚀型水质；除上述两种结果以外均为稳定型水质；

其中：DDS为电导率，单位为μs/cm；F为温度，华氏温度℉；Ca为总硬度，CaCO₃计，PPm；M为总碱度；PHs为输入。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的直流输电换流阀冷却水质在线监测系统的检测方法，其特征在于，所述方法包括：通过送样泵将待检水样送至专门的水质分析槽，通过温度检测仪、电导率检测仪、水硬度检测仪及总碱度检测仪进行水质检测，并将检测结果传输至数据采集分析仪，经其内嵌的数据分析软件计算，将水样所处状态就地显示或提交到上位机，完成水样的水质监测。