CN108614010A - 一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统及方法，包括均压电极抑垢装置、均压电极结垢检测装置、中央控制与处理装置和结垢趋势检测分析后台；均压电极抑垢装置用于调节均压电极安装位置处冷却水水体环境，抑制均压电极结垢；均压电极结垢检测装置用于检测均压电极安装位置处冷却水的PH值、电导率、氧化还原反应电位、AL离子浓度、CL离子浓度和泄漏电流；中央控制与处理装置和结垢趋势检测分析后台计算均压电极的结垢趋势，判断均压电极抑垢装置抑制均压电极结垢的有效性。本发明能够评估均压电极的结垢趋势，以及各抑垢装置的抑垢效果，可广泛应用于高压直流换流阀的年度检修、故障分析及系统优化。

Description

一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统及方法

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，具体涉及一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统及方法。

背景技术

高压直流输电工程中普遍存在阀冷均压电极结垢的情况，均压电极结垢会导致均压电极导电能力下降且水垢脱落堵塞换流阀冷却系统，严重时导致直流闭锁。目前，针对均压电极结垢，大多着眼于加强阀冷系统的控制和管理，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。因此，有必要深入研究均压电极结垢的发生机理，从根本上来抑制均压电极结垢的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测方法，以及能实现该方法的系统，通过对各抑垢装置抑制均压电极结垢的有效性进行分析，进而从根本上抑制均压电极结垢的发生。

为达上述目的，本发明揭示一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统，包括均压电极抑垢装置、均压电极结垢检测装置、中央控制与处理装置和结垢趋势检测分析后台；

均压电极抑垢装置用于调节均压电极安装位置处冷却水水体环境，抑制均压电极结垢；

均压电极结垢检测装置用于检测均压电极安装位置处冷却水的PH值、电导率、氧化还原反应电位、AL离子浓度、CL离子浓度和泄漏电流；

中央控制与处理装置对上述数据进行处理后传送至结垢趋势检测分析后台；

结垢趋势检测分析后台计算出均压电极的结垢趋势，判断均压电极抑垢装置抑制均压电极结垢的有效性。

为达上述目的，本发明揭示一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测方法，包括以下步骤：

(1)检测均压电极安装位置处冷却水的PH值，计算系统的酸碱平衡度；

(2)检测均压电极安装位置处冷却水的电导率，计算系统的水质纯净度；

(3)检测均压电极安装位置处冷却水的氧化还原反应电位，计算系统的氧化还原反应强度；

(4)检测均压电极安装位置处冷却水的AL离子浓度，计算系统的铝离子的可吸附度；

(5)检测均压电极安装位置处冷却水的CL离子浓度，计算系统的氯离子的腐蚀强度；

(6)检测均压电极安装位置处冷却水的泄漏电流，计算均压电极的结垢速度Vz；

(7)基于酸碱平衡度、水质纯净度、氧化还原反应强度、铝离子的可吸附度、氯离子的腐蚀强度、以及均压电极的结垢速度，计算均压电极的结垢趋势。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明能够评估均压电极的结垢趋势，以及各抑垢装置的抑垢效果，可广泛应用于高压直流换流阀的年度检修、故障分析及系统优化，具有体积小、搭建快速、通用性好等优点，保证换流阀安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统的结构示意图；

图2是本发明均压电极抑垢装置的结构示意图；

图3是本发明均压电极结垢检测装置的结构示意图；

图4是本发明均压电极结垢趋势评估方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。

实施例：

如图1至图3所示，本实施例的一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统，包括均压电极抑垢装置2、均压电极结垢检测装置3、中央控制与处理装置4和结垢趋势检测分析后台5。

均压电极抑垢装置2安装在换流阀均压电极及水冷装置1上，压电极抑垢装置2包括CO2自动注入单元21、电吸附提纯单元22、纳滤膜过滤单元23和树脂离子交换单元24，试验时，压电极抑垢装置2通过CO2自动注入单元21调节均压电极安装位置处冷却水的酸碱度，或通过电吸附提纯单元22去除均压电极安装位置处冷却水中的离子和游离杂质，或通过纳滤膜过滤单元23去除均压电极安装位置处冷却水中的二价及二价以上的致垢离子，或通过树脂离子交换单元24置换均压电极安装位置处冷却水中的阴、阳离子，从而分别调节均压电极安装位置处冷却水水体环境，实现抑制均压电极结垢。

均压电极结垢检测装置3也安装在换流阀均压电极及水冷装置1上，均压电极结垢检测装置3包括PH传感器及信号采集卡31、电导率传感器及信号采集卡32、ORP传感器及信号采集卡33、AL浓度传感器及信号采集卡34、CL浓度传感器及信号采集卡35、泄漏电流传感器及信号采集卡36，可分别检测均压电极安装位置处冷却水的PH值、电导率、氧化还原反应电位、AL离子浓度、CL离子浓度、泄漏电流。

中央控制与处理装置4与均压电极结垢检测装置3电连接，控制均压电极结垢检测装置3的数据采集，并对采集的PH值、电导率、氧化还原反应电位、AL离子浓度、CL离子浓度和泄漏电流进行处理，再传送至结垢趋势检测分析后台5。

结垢趋势检测分析后台5内置均压电极结垢趋势分析软件，根据均压电极安装位置处冷却水的PH值、电导率、氧化还原反应电位、AL离子浓度、CL离子浓度和泄漏电流，分别计算出系统的酸碱平衡度、水质纯净度、氧化还原反应强度、铝离子的可吸附度、氯离子的腐蚀强度、以及均压电极的结垢速度。最后，基于酸碱平衡度、水质纯净度、氧化还原反应强度、铝离子的可吸附度、氯离子的腐蚀强度、以及均压电极的结垢速度，计算出均压电极的结垢趋势，分别判断均压电极抑垢装置2中CO2自动注入单元21、电吸附提纯单元22、纳滤膜过滤单元23和树脂离子交换单元24抑制均压电极结垢的有效性。

其中，结垢趋势检测分析后台5计算均压电极的结垢趋势的流程如图4所示，具体包括以下步骤：

(1)检测均压电极安装位置处冷却水的PH值，通过下式计算系统的酸碱平衡度Pj：

Pj＝1—▏P—K1▏/P

其中，P：均压电极安装位置处冷却水PH检测值，P＝5.5～8.5；K1：抑制均压电极结垢PH稳定值，K1＝5.7；

(2)检测均压电极安装位置处冷却水的电导率，通过下式计算系统的水质纯净度Qk：

Qk＝1—▏Q—K2▏/Q

其中，Q：均压电极安装位置处冷却水电导率检测值，Q＝0.11～0.35；K2：抑制均压电极结垢水质洁净电导率稳定值，K2＝0.15us/cm；

(3)检测均压电极安装位置处冷却水的氧化还原反应电位，通过下式计算系统的氧化还原反应强度Mn：

Mn＝1—▏M—K3▏/H

其中，M：均压电极安装位置处冷却水氧化还原反应电位检测值、Q＝125～400mv；H：均压电极结垢氧化还原反应电位最大值，H＝400mv；K3：抑制均压电极结垢氧化还原反应电位稳定值，K3＝130mv；

(4)检测均压电极安装位置处冷却水的AL离子浓度，通过下式计算系统的铝离子的可吸附度Ax：

Ax＝1—▏A—K4▏/S

其中，A：均压电极安装位置处冷却水AL离子浓度检测值，A＝0.01～0.4mg/L；S：均压电极结垢AL离子浓度的最大值，S＝0.4mg/L；K4：抑制均压电极结垢AL离子浓度稳定值，K4＝0.02mg/L；

(5)检测均压电极安装位置处冷却水的CL离子浓度，通过下式计算系统的氯离子的腐蚀强度Cy：

Cy＝1—▏C—K5▏/T

其中，C：均压电极安装位置处冷却水CL离子浓度检测值，A＝0.13～5.0mg/L；T：均压电极结垢CL离子浓度的最大值，T＝5.0mg/L；K5：抑制均压电极结垢CL离子浓度稳定值，K4＝0.15mg/L；

(6)检测均压电极安装位置处冷却水的泄漏电流，通过下式计算均压电极的结垢速度Vz：

Vz＝I*Aw/(Z*F*ρ*K6)

其中，I：均压电极泄漏电流，单位为A；Aw：垢质金属材质原子量，单位为g/mol；Z：垢质金属材质元素化合价；F：库伦兹力，F＝96500A.S/mol；ρ：垢质金属材质密度；K6：均压电极结垢年结垢速度最大值，K6＝1mm/年；

(7)基于酸碱平衡度Pj、水质纯净度Qk、氧化还原反应强度Mn、铝离子的可吸附度Ax、氯离子的腐蚀强度Cy、以及均压电极的结垢速度Vz，通过下式计算均压电极的结垢趋势Ri：

Ri＝i1×Pj+i2×Qk+i3×Mn+i4×Ax+i5×Cy+i6×Vz

其中，i：重要度i＝[i1,i2,i3,i4,i5,i6]＝[10％,10％,10％,20％20％,30％]，当Ri＜0.70时，均压电极结垢趋势大，需停电检修除垢；当Ri≥0.70时，抑制均压电极结垢有效，无需停电检修除垢。

基于本发明，能够准确评估均压电极的结垢趋势，以及各抑垢装置的抑垢效果，可广泛应用于高压直流换流阀的年度检修、故障分析及系统优化。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统，其特征在于：包括均压电极抑垢装置、均压电极结垢检测装置、中央控制与处理装置和结垢趋势检测分析后台；

均压电极抑垢装置用于调节均压电极安装位置处冷却水水体环境，抑制均压电极结垢；

均压电极结垢检测装置用于检测均压电极安装位置处冷却水的PH值、电导率、氧化还原反应电位、AL离子浓度、CL离子浓度和泄漏电流；

中央控制与处理装置对上述检测数据进行处理后传送至结垢趋势检测分析后台；

结垢趋势检测分析后台计算出均压电极的结垢趋势，判断均压电极抑垢装置抑制均压电极结垢的有效性。

2.根据权利要求1所述的高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统，其特征在于：所述结垢趋势检测分析后台通过以下模型计算均压电极的结垢趋势：

Ri＝i1×Pj+i2×Qk+i3×Mn+i4×Ax+i5×Cy+i6×Vz

其中：Pj：酸碱平衡度；Qk：水质纯净度；Mn：氧化还原反应强度；Ax：铝离子的可吸附度；Cy：氯离子的腐蚀强度；Vz：均压电极的结垢速度；Ri：均压电极的结垢趋势，Ri＜0.70时均压电极结垢趋势大，需停电检修除垢；Ri≥0.70时抑制均压电极结垢有效，无需停电检修除垢；i：重要度i＝[i1,i2,i3,i4,i5,i6]＝[10％,10％,10％,20％20％,30％]。

3.根据权利要求2所述的高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统，其特征在于：所述Pj通过公式(1)计算得到：

Pj＝1—▏P—K1▏/P (1)

其中，P：均压电极安装位置处冷却水PH检测值，P＝5.5～8.5；K1：抑制均压电极结垢PH稳定值，K1＝5.7；

所述Qk通过公式(2)计算得到：

Qk＝1—▏Q—K2▏/Q (2)

其中，Q：均压电极安装位置处冷却水电导率检测值，Q＝0.11～0.35；K2：抑制均压电极结垢水质洁净电导率稳定值，K2＝0.15us/cm；

所述Mn通过公式(3)计算得到：

Mn＝1—▏M—K3▏/H (3)

其中，M：均压电极安装位置处冷却水氧化还原反应电位检测值、Q＝125～400mv；H：均压电极结垢氧化还原反应电位最大值，H＝400mv；K3：抑制均压电极结垢氧化还原反应电位稳定值，K3＝130mv；

所述Ax通过公式(4)计算得到：

Ax＝1—▏A—K4▏/S (4)

其中，A：均压电极安装位置处冷却水AL离子浓度检测值，A＝0.01～0.4mg/L；S：均压电极结垢AL离子浓度的最大值，S＝0.4mg/L；K4：抑制均压电极结垢AL离子浓度稳定值，K4＝0.02mg/L；

所述Cy通过公式(5)计算得到：

Cy＝1—▏C—K5▏/T (5)

其中，C：均压电极安装位置处冷却水CL离子浓度检测值，A＝0.13～5.0mg/L；T：均压电极结垢CL离子浓度的最大值，T＝5.0mg/L；K5：抑制均压电极结垢CL离子浓度稳定值，K4＝0.15mg/L；

所述Vz通过公式(6)计算得到：

Vz＝I*Aw/(Z*F*ρ*K6) (6)

其中，I：均压电极泄漏电流，单位为A；Aw：垢质金属材质原子量，单位为g/mol；Z：垢质金属材质元素化合价；F：库伦兹力，F＝96500A.S/mol；ρ：垢质金属材质密度；K6：均压电极结垢年结垢速度最大值，K6＝1mm/年。

4.根据权利要求1所述的高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统，其特征在于：所述均压电极抑垢装置为CO2自动注入单元、电吸附提纯单元、纳滤膜过滤单元树脂及树脂离子交换单元；CO2自动注入单元用于调节均压电极安装位置处冷却水的酸碱度；电吸附提纯单元用于去除均压电极安装位置处冷却水中的离子和游离杂质；纳滤膜过滤单元用于去除均压电极安装位置处冷却水中的二价及二价以上致垢离子；树脂离子交换单元用于置换均压电极安装位置处冷却水中的阴、阳离子。

5.根据权利要求1所述的高压直流换流阀均压电极结垢试验检测系统，其特征在于：所述均压电极结垢检测装置包括PH传感器及信号采集卡、电导率传感器及信号采集卡、ORP传感器及信号采集卡、AL浓度传感器及信号采集卡、CL浓度传感器及信号采集卡、泄漏电流传感器及信号采集卡，分别检测均压电极安装位置处冷却水的PH值、电导率、氧化还原反应电位、AL离子浓度、CL离子浓度、泄漏电流。

6.一种高压直流换流阀均压电极结垢试验检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)检测均压电极安装位置处冷却水的PH值，通过下式计算系统的酸碱平衡度Pj：

Pj＝1—▏P—K1▏/P

其中，P：均压电极安装位置处冷却水PH检测值，P＝5.5～8.5；K1：抑制均压电极结垢PH稳定值，K1＝5.7；

(2)检测均压电极安装位置处冷却水的电导率，通过下式计算系统的水质纯净度Qk：

Qk＝1—▏Q—K2▏/Q

其中，Q：均压电极安装位置处冷却水电导率检测值，Q＝0.11～0.35；K2：抑制均压电极结垢水质洁净电导率稳定值，K2＝0.15us/cm；

(3)检测均压电极安装位置处冷却水的氧化还原反应电位，通过下式计算系统的氧化还原反应强度Mn：

Mn＝1—▏M—K3▏/H

其中，M：均压电极安装位置处冷却水氧化还原反应电位检测值、Q＝125～400mv；H：均压电极结垢氧化还原反应电位最大值，H＝400mv；K3：抑制均压电极结垢氧化还原反应电位稳定值，K3＝130mv；

(4)检测均压电极安装位置处冷却水的AL离子浓度，通过下式计算系统的铝离子的可吸附度Ax：

Ax＝1—▏A—K4▏/S

其中，A：均压电极安装位置处冷却水AL离子浓度检测值，A＝0.01～0.4mg/L；S：均压电极结垢AL离子浓度的最大值，S＝0.4mg/L；K4：抑制均压电极结垢AL离子浓度稳定值，K4＝0.02mg/L；

(5)检测均压电极安装位置处冷却水的CL离子浓度，通过下式计算系统的氯离子的腐蚀强度Cy：

Cy＝1—▏C—K5▏/T

其中，C：均压电极安装位置处冷却水CL离子浓度检测值，A＝0.13～5.0mg/L；T：均压电极结垢CL离子浓度的最大值，T＝5.0mg/L；K5：抑制均压电极结垢CL离子浓度稳定值，K4＝0.15mg/L；

(6)检测均压电极安装位置处冷却水的泄漏电流，通过下式计算均压电极的结垢速度Vz：

Vz＝I*Aw/(Z*F*ρ*K6)

其中，I：均压电极泄漏电流，单位为A；Aw：垢质金属材质原子量，单位为g/mol；Z：垢质金属材质元素化合价；F：库伦兹力，F＝96500A.S/mol；ρ：垢质金属材质密度；K6：均压电极结垢年结垢速度最大值，K6＝1mm/年；

(7)基于酸碱平衡度Pj、水质纯净度Qk、氧化还原反应强度Mn、铝离子的可吸附度Ax、氯离子的腐蚀强度Cy、以及均压电极的结垢速度Vz，通过下式计算均压电极的结垢趋势Ri：

Ri＝i1×Pj+i2×Qk+i3×Mn+i4×Ax+i5×Cy+i6×Vz

其中，i：重要度i＝[i1,i2,i3,i4,i5,i6]＝[10％,10％,10％,20％20％,30％]，当Ri＜0.70时，均压电极结垢趋势大，需停电检修除垢；当Ri≥0.70时，抑制均压电极结垢有效，无需停电检修除垢。