CN112525442A - 换流阀阀塔漏水检测装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直流输电技术领域，公开了一种换流阀阀塔漏水检测装置、系统及方法，其中，装置包括积水盘、活动连杆、活动连杆支撑件、集水器以及多个光纤光栅压力传感器，其中，集水器安装在所述活动连杆的第一端，且放置于积水盘的下方，多个光纤光栅压力传感器安装在活动连杆的第二端，活动连杆放置于所述活动连杆支撑件上，且所述集水器与所述活动连杆支撑件之间的距离大于所述光纤光栅压力传感器与所述活动支撑件之间的距离。本发明利用杠杆原理将漏水的重力转化为光纤光栅压力传感器量程内可测量的压力，实现了阀塔漏水的实时检测，可以实时监测漏水速度，且轻易实现了传感器三重化配置，采用两套三取二逻辑装置输出，提高了检测的可靠性。

Description

换流阀阀塔漏水检测装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，特别是涉及一种换流阀阀塔漏水检测装置、系统及方法。

背景技术

直流输电工程输送容量大、技术先进、设备复杂，换流阀是换流站的核心设备之一，换流阀正常运行时产生大量热量，通过阀冷却系统将功耗发热量排放到阀厅外，因此，阀冷却系统的健康稳定运行直接关系到直流输电系统的安全运行。

由于直流换流阀的冷却水管接头很多，而且直流换流阀内部的冷却水管大多为非金属水管，散热器是铝制品，直流换流阀电流不是恒定值，电流的变化导致水温变化。虽然，水冷系统可以根据阀进水温度进行调节，但是正常工况下阀冷却水温度还有一些波动，而且直流换流阀还有启动和停止阶段，此时冷却水温度发生巨大的变化。由于冷却水管与散热器材料不同，膨胀系数不同，在运行中水温变化可能使直流换流阀冷却水管漏水，将可能导致直流换流阀过热，影响直流换流阀安全，甚至导致直流换流阀被迫停运。

目前，换流阀阀塔漏水检测方式包括使用漏水检测探头以及积水盘。其中，使用漏水检测探头的方式是直接在阀塔底部屏蔽罩的一侧放置漏水检测探头，探头的一端固定平面镜，探头另一端连接光缆，通过光缆发光，再经平面镜反射来检测阀塔是否漏水。但是，此种检测方式会存在两个问题：由于探头长期暴露在空气中，探头易聚集灰尘遮住反光平面镜，使得探头光缆发出的光无法反射，很容易造成误报漏水情况；并且，只要出现漏水情况，不管漏水情况是否严重，检测结果只有一种，即不能随着漏水情况报告不同的信号，造成后台控制对阀塔漏水情况不能很准确的监控。

现有技术中，还存在使用积水盘进行漏水检测的方式，具体地，如图1所示，每个阀塔通过一个V字型的积水盘40来积攒一定的漏水，V字型积水盘的底部有一个泻流口41，漏水通过泻流口41流入漏水检测容器30，中间放置有浮子10，底部通过塞子32堵塞，通过浮子的高低反映漏水情况。如图2所示，浮子上部钢板开有一长一短两个条形孔，正常情况时阀基电子设备通过光发射装置20发送的I段、Ⅱ段检测光路信号23穿过该两个条形孔21、22正常返回，表明阀塔无漏水。

当发生漏水故障时，水滴将落至最底层的屏蔽罩内并流入上述漏水检测容器30。漏水检测容器30内的浮子10随水位上升到一定程度后，将阻断漏水I段检测光发射装置发出的光信号，于是装置发出漏水Ⅰ段的告警信号；如果漏水故障继续发展，水位持续上升，达到溢流孔后便开始溢出并滴落到阀厅地面。由于，溢流孔31的最高排水速度为15升/小时(L/H)，因此漏水速度小于15L/H时，浮子并不会继续上升，漏水Ⅱ段检测信号能正常通过条形孔返回，装置不会发漏水Ⅱ段跳闸信号；只有当漏水速度大于15L/H时，浮子才会继续上升并阻断漏水Ⅱ段检测光纤的光信号，从而发漏水Ⅱ段跳闸信号，停运直流系统。但是，该种检测方式依然存在几个问题：随着检测装置长期运行，光发射装置的光功率会逐渐衰减、光纤发射及接收端表面也容易积灰影响等导致无漏水时误报。溢流孔的孔径大小在实际中难以把握，且随着长期运行也容易因污垢积累而堵塞或者溢流速度减小，导致漏水检测装置误判断。不易实现实现漏水检测装置的双重化或多重化，不能实时监测漏水速度。

因此，现有的换流阀阀塔漏水检测方式，无论是采用漏水检测探头还是包括浮子和积水盘等在内的漏水检测装置，均易出现无漏水时误报的情况，且均不能实时监测漏水速度。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种换流阀阀塔漏水检测装置、系统及方法，以解决现有漏水检测装置易出现无漏水时误报的情况，且不能实时监测漏水速度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种换流阀阀塔漏水检测装置，包括：

积水盘、活动连杆、活动连杆支撑件、集水器以及多个光纤光栅压力传感器，其中，所述积水盘放置于漏水检测点的下方，所述积水盘与所述活动连杆上下间隔设置，所述集水器安装在所述活动连杆的第一端，且放置于所述积水盘的下方，多个所述光纤光栅压力传感器安装在所述活动连杆的第二端，所述活动连杆放置于所述活动连杆支撑件上，且所述集水器与所述活动连杆支撑件之间的距离大于所述光纤光栅压力传感器与所述活动支撑件之间的距离。

优选地，多个所述光纤光栅压力传感器在所述积水盘与所述活动连杆的第二端之间上下间隔设置。

优选地，所述活动连杆的第二端安装有底座，多个所述光纤光栅压力传感器安装在所述底座上。

优选地，所述底座与所述光纤光栅压力传感器之间、相邻的所述光纤光栅压力传感器之间以及顶部的光纤光栅传感器的上表面均设置有缓冲垫。

优选地，所述光纤光栅压力传感器呈圆形片状结构。

优选地，所述光纤光栅压力传感器具有三个。

本发明的第二个方面是提供一种换流阀阀塔漏水检测系统，包括：

设置于漏水检测点的如上所述的换流阀阀塔漏水检测装置；

三台光纤光栅控制器，每台所述光纤光栅控制器均包括多个输出通道，每个输出通道连接一个光纤光栅压力传感器，且各台光纤光栅控制器的同一输出通道分别连接同一漏水检测装置中的各个光纤光栅压力传感器；

一套或两套三取二逻辑装置，每套所述三取二逻辑装置均与三台所述光纤光栅控制器连接，接收所述光纤光栅控制器的检测数据，并根据所述检测数据输出报警信号。

优选地，换流阀每个阀塔的每个阀段的下方均设置有至少一个漏水检测点。

优选地，所述光纤光栅控制器的所述输出通道的数量大于换流阀每个桥臂的漏水检测点的数量。

本发明的第三个方面是提供一种换流阀阀塔漏水检测方法，包括：

在换流阀阀塔的漏水检测点安装如上所述的换流阀阀塔漏水检测装置；

三台光纤光栅控制器分别根据所述漏水检测装置中各个光纤光栅压力传感器的检测数据计算出漏水检测点的漏水量，并判断所述漏水量是否超过预设的报警阈值，将判断结果传输至三取二逻辑装置中；

所述三取二逻辑装置接收三台所述光纤光栅控制器传输的判断结果，当同一漏水检测点有两台及以上光纤光栅控制器检测到的漏水量超过所述报警阈值时，所述三取二逻辑装置发出报警信号。

本发明实施例一种换流阀阀塔漏水检测装置、系统及方法与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例的换流阀阀塔漏水检测装置通过设置的活动连杆，利用杠杆原理将漏水量的重力转化为光纤光栅压力传感器量程内可测量的压力，实现了阀塔漏水的实时检测，可以实时监测漏水速度。

本发明在超过设定数量的光纤光栅控制器对应的漏水量超过报警阈值时，才发出报警信号，提高了检测系统的可靠性，避免了单个传感器、通道和装置故障漏报的可能性。

附图说明

图1是现有技术中的漏水检测装置的结构示意图；

图2是现有技术中的集水装置的结构示意图；

图3是本发明实施例所述换流阀阀塔漏水检测装置的结构示意图；

图4是本发明中光纤光栅压力传感器的结构示意图；

图5是本发明实施例所述换流阀阀塔漏水检测装置的安装位置主视示意图；

图6是本发明实施例所述换流阀阀塔漏水检测装置的安装位置侧视示意图；

图7是本发明实施例中光纤光栅控制器与漏水检测点的连接示意图；

图8是本发明实施例中光纤光栅控制器与三取二逻辑装置的连接示意图；

图中，10、浮子；20、光发射装置；21、条形孔；22、条形孔；23、检测光路信号；30、漏水检测容器；31、溢流孔；32、塞子；40、积水盘；41、泻流口；

100、漏水检测装置；101、积水盘；102、活动连杆；103、活动连杆支撑件；104、集水器；105、光纤光栅压力传感器；106、底座；107、缓冲垫；108、阀塔；109、光纤；

201、第一光纤光栅控制器；202、第二光纤光栅控制器；203、第三光纤光栅控制器；

301、第一套三取二逻辑装置；302、第二套三取二逻辑装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图3所示，本发明实施例优选实施例的一种换流阀阀塔漏水检测装置，包括积水盘101、活动连杆102、活动连杆支撑件103、集水器104以及多个光纤光栅压力传感器105(优选为3个)，其中，所述积水盘101放置于漏水检测点的下方，用于存储阀塔漏水；所述积水盘101与所述活动连杆102上下间隔设置，所述集水器104安装在所述活动连杆102的第一端，且放置于所述积水盘101的下方，与积水盘101连通，用于收集积水盘101中汇集的阀塔漏水，优选地，集水器104为圆柱体，与积水盘101同轴设置；多个所述光纤光栅压力传感器105安装在所述活动连杆102的第二端；所述活动连杆102放置于所述活动连杆支撑件103上，以活动连杆支撑件103作为活动支点，形成一个杠杆；且所述集水器104与所述活动连杆支撑件103之间的距离L₁大于所述光纤光栅压力传感器105与所述活动支撑件之间的距离L₂，需要说明的是，此处的两个距离指的是在活动连杆102上的相应中心点的距离，例如，L₁为集水器104中心与活动支点之间的距离，L₂为光纤光栅压力传感器105的中心与活动支点之间的距离。

本发明通过设置的活动连杆102，利用杠杆原理将漏水量的重力转化为光纤光栅压力传感器105量程内可测量的压力，实现了阀塔漏水的实时检测，可以实时监测漏水速度。

如图4所示，单个所述光纤光栅压力传感器105呈圆形片状结构，可接两根光纤109，光纤光栅压力传感器105的量程不大于0.5MPa。优选地，所述光纤光栅压力传感器105的高度小于直径。

进一步地，如图3所示，积水盘101的底部作为光纤光栅压力传感器105的顶部挡板，多个所述光纤光栅压力传感器105在所述积水盘101与所述活动连杆102的第二端之间上下间隔设置，优选为均匀分布。通过上下间隔设置的层叠分布方式，使得各个光纤光栅压力传感器105受到的压力相同，以减少测量误差。

进一步地，可选地，所述活动连杆102的第二端安装有底座106，多个所述光纤光栅压力传感器105安装在所述底座106上，底座106可以是钢制底座，钢制底座中心与活动连杆102上支点之间的距离为L₂。

进一步地，所述底座106与所述光纤光栅压力传感器105之间、相邻的所述光纤光栅压力传感器105之间以及顶部的光纤光栅传感器的上表面均设置有缓冲垫107。缓冲垫107优选为橡胶垫，以均衡传递压力。

优选地，活动连杆102两侧的长度L₁与L₂的比值k大于或等于10，以便对集水器104侧重力起一个放大作用，提高检测的灵敏度。

需要说明的是，实际工程中，活动连杆102两侧的长度L₁与L₂的比值k及光纤光栅压力传感器105的量程可根据工程实际的漏水量报警阀值灵活设置。

换流阀阀塔108正常时，集水器104中无水，光纤光栅压力传感器105受到的压力是集水器104自身重力的k倍。当阀塔108漏水时，光纤光栅压力传感器105受到的压力则为集水器104和其中漏水的重力之和的k倍。因此，可以根据光纤光栅压力传感器105受到的压力变化检测漏水量及其变化。在阀塔108漏水的过程中，随着漏水量的增多，能够实时根据光纤光栅压力传感器105测得的压力值，得到漏水量，以实时监测阀塔漏水速度；并可根据需要设置不同的报警阈值，以提高警报可靠性。

通过上下间隔设置的多个光纤光栅压力传感器105测量压力信号，每个光纤光栅压力传感器105均对应得到一个漏水量，当多个光纤光栅压力传感器105中超过设定量的光纤光栅压力传感器105对应的漏水量均超过报警阈值时，才发出警报，例如，图3中显示的三个光纤光栅压力传感器105，其中，任何两个或两个以上的测量值对应的漏水量均超过相应的报警阈值时，才发出警报。本发明中的光纤光栅压力传感器105实现多重化布置，提高了检测可靠性。

本发明所述换流阀阀塔漏水检测系统，包括如上所述的换流阀阀塔漏水检测装置100、三台光纤光栅控制器以及一套或两套三取二逻辑装置，其中，换流阀阀塔漏水检测装置100用于测量压力信号，并将测量的压力信号传输至对应的光纤光栅控制器，通过所述光纤光栅控制器将检测数据(即光纤光栅压力传感器105测得的压力信号)传输至三取二逻辑装置处理，通过三取二逻辑装置判断是否发出报警信号。

具体地，换流阀阀塔漏水检测装置100设置于漏水检测点，如图5和图6所示，漏水检测点设置于阀塔108的下方，优选地，换流阀每个阀塔108的每个阀段的下方均设置有至少一个漏水检测点，以收集并检测漏水。

每台所述光纤光栅控制器均包括多个输出通道，每个输出通道连接一个光纤光栅压力传感器105，且各台光纤光栅控制器的同一输出通道分别连接同一漏水检测装置100中的各个光纤光栅压力传感器105，需要指出的是，同一输出通道指的是各台光纤光栅控制中标号相同的输出通道；优选地，所述光纤光栅控制器的所述输出通道的数量大于换流阀每个桥臂的漏水检测点的数量。

每套所述三取二逻辑装置均与三台所述光纤光栅控制器连接，接收所述光纤光栅控制器的检测数据，并根据所述检测数据输出报警信号；当包括一套三取二逻辑装置时，通过该三取二逻辑装置对检测数据进行处理，根据处理结果判断是否发出警报；当包括两套三取二逻辑装置时，每套三取二逻辑装置均对各检测数据进行处理，并根据处理结果判断是否发出警报，当其中任意一套三取二逻辑装置发出警报时，则表示阀塔108漏水。

需要说明的是，本发明中的三取二逻辑装置还可以设置多套，多套中任意一套发出警报，则表示阀塔对应的漏水检测点出现漏水。

本发明所述换流阀阀塔漏水检测方法，包括：

在换流阀阀塔的漏水检测点安装如上所述的换流阀阀塔漏水检测装置100；

三台光纤光栅控制器分别根据所述漏水检测装置100中各个光纤光栅压力传感器105的检测数据计算出所述漏水检测点的漏水量，并判断所述漏水量是否超过预设的报警阈值，将判断结果传输至三取二逻辑装置中；

所述三取二逻辑装置接收三台所述光纤光栅控制器传输的判断结果，当同一漏水检测点有两台及以上光纤光栅控制器检测到的漏水量超过所述报警阈值时，所述三取二逻辑装置发出报警信号。

下面结合图5－图8，以本发明的漏水检测系统在模块化多电平结构(ModularMultilevel Converter，MMC)换流器中的应用为例说明其工作过程。

如图5和图6所示，根据工程规模和设计方案的不同，MMC换流器的每个桥臂均有多个阀塔，每个阀塔有多个阀段，在每个阀段的下方设置至少一个漏水检测点。例如，MMC换流器具有六个桥臂，包括A相上桥臂、A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂。若MMC换流器的每个桥臂有x个阀塔，每个阀塔有y个阀段，且每个阀段设置一个漏水检测点，则每个桥臂的漏水检测点数量为m＝x＊y。

如图7中和图8所示，所述光纤光栅控制器具有三台，分别以第一光纤光栅控制器201、第二光纤光栅控制器202、第三光纤光栅控制器203表示；所述三取二逻辑装置具有两套，分别以第一套三取二逻辑装置301和第二套三取二逻辑装置302表示。

每台光纤光栅控制器均具有n个输出通道(通道1、通道2……通道n)，且输出通道的数量n大于每个桥臂的漏水检测点的数量m。三台光纤光栅控制器的同一通道检测的漏水检测点相同，即任一漏水检测点有三台光纤光栅控制器对其实现检测，任一一台光纤光栅控制器的其中一个通道同时实现对6个桥臂的漏水检测。如图7所示，第一光纤光栅控制器201的通道1、第二光纤光栅控制器202的通道1以及第三光纤光栅控制器203的通道1均用于检测A相上桥臂阀塔第一个漏水检测点a1，具体的三个通道1分别与漏水检测装置100中的一个光纤光栅压力传感器105连接，以检测压力变化，从而获取该漏水检测点a1的漏水量，以判断是否漏水，使得三台光纤光栅压力传感器105各对应得到一个检测结果；类似地，第一光纤光栅控制器201的通道2、第二光纤光栅控制器202的通道2以及第三光纤光栅控制器203的通道2均对应检测A相上桥臂阀塔第二个漏水检测点，并分别对应得到第二个漏水检测点的检测结果。

如图7所示，各个光纤光栅控制器的通道1不仅用于检测A相上桥臂阀塔第一个漏水检测点，还用于检测其他桥臂的第一个漏水检测点，包括A相下桥臂、B相上桥臂、B相下桥臂、C相上桥臂和C相下桥臂的第一个漏水检测点(分别记为a11、b1、b11、c1、c11)，使得一台光纤光栅控制器的其中一个通道同时实现对6个桥臂的漏水检测，节约了光纤光栅控制器的数量及其通道数量。

如图8所示，第一套三取二逻辑装置301和第二套三取二逻辑装置302均分别与三台光纤光栅控制器连接，接收每台光纤光栅控制器的检测数据。以第一套三取二逻辑装置301为例进行说明。第一套三取二逻辑装置301接收三台光纤光栅控制器的检测数据后，分别进行处理。根据第一光纤光栅控制器201的检测数据确定其对应的漏水量是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，则对于该同一漏水检测点的检测，与第一光纤光栅控制器201对应的检测结果为漏水，需要发出报警信号；类似地，依次得到与第二光纤光栅控制器202和第三光纤光栅控制器203对应的检测结果。当三台光纤光栅控制器中，至少两台光纤光栅控制器对应的检测结果为漏水时(即漏水量超过预设的报警阈值)，第一套三取二装置301才发出报警信号，以提醒运行人员采取相应措施。当其中任意一台光纤光栅控制器或者其中任一通道出现故障时，整个检测系统能够正常运行，且不会出现误报警，极大地提高了检测系统的可靠性。

进一步地，设置两套三取二逻辑装置分别对检测数据进行处理(图8中所示)，以与第一套三取二逻辑装置301相同的判断方式，得出第二套三取二逻辑装置302的判断结果。当其中任意一套三取二逻辑装置发出报警信号时，即表示对应的漏水检测点出现漏水。并且，当其中任意一套三取二逻辑装置出现故障时，不会影响整个检测系统的运行，且不会影响其他三取二逻辑装置的运行和处理，不会影响对漏水检测点的漏水检测结果，不会出现误报警。

综上，本发明实施例提供一种换流阀阀塔漏水检测装置100、系统及方法，其通过设置的活动连杆102，利用杠杆原理将漏水量的重力转化为光纤光栅压力传感器105量程内可测量的压力，实现了阀塔漏水的实时检测，可以实时监测漏水速度。并且，本发明在至少有两套光纤光栅控制器对应的漏水量超过报警阈值时，才发出报警信号，提高了检测系统的可靠性，降低了无漏水时误报的可能性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种换流阀阀塔漏水检测装置，其特征在于，包括：

积水盘、活动连杆、活动连杆支撑件、集水器以及多个光纤光栅压力传感器，其中，所述积水盘放置于漏水检测点的下方，所述积水盘与所述活动连杆上下间隔设置，所述集水器安装在所述活动连杆的第一端，且放置于所述积水盘的下方，多个所述光纤光栅压力传感器安装在所述活动连杆的第二端，所述活动连杆放置于所述活动连杆支撑件上，且所述集水器与所述活动连杆支撑件之间的距离大于所述光纤光栅压力传感器与所述活动支撑件之间的距离。

2.根据权利要求1所述的换流阀阀塔漏水检测装置，其特征在于，多个所述光纤光栅压力传感器在所述积水盘与所述活动连杆的第二端之间上下间隔设置。

3.根据权利要求2所述的换流阀阀塔漏水检测装置，其特征在于，所述活动连杆的第二端安装有底座，多个所述光纤光栅压力传感器安装在所述底座上。

4.根据权利要求3所述的换流阀阀塔漏水检测装置，其特征在于，所述底座与所述光纤光栅压力传感器之间、相邻的所述光纤光栅压力传感器之间以及顶部的光纤光栅传感器的上表面均设置有缓冲垫。

5.根据权利要求1所述的换流阀阀塔漏水检测装置，其特征在于，所述光纤光栅压力传感器呈圆形片状结构。

6.根据权利要求1所述的换流阀阀塔漏水检测装置，其特征在于，所述光纤光栅压力传感器具有三个。

7.一种换流阀阀塔漏水检测系统，其特征在于，包括：

设置于漏水检测点的如权利要求1－6任一项所述的换流阀阀塔漏水检测装置；

三台光纤光栅控制器，每台所述光纤光栅控制器均包括多个输出通道，每个输出通道连接一个光纤光栅压力传感器，且各台光纤光栅控制器的同一输出通道分别连接同一漏水检测装置中的各个光纤光栅压力传感器；

一套或两套三取二逻辑装置，每套所述三取二逻辑装置均与三台所述光纤光栅控制器连接，接收所述光纤光栅控制器的检测数据，并根据所述检测数据输出报警信号。

8.根据权利要求7所述的换流阀阀塔漏水检测系统，其特征在于，换流阀每个阀塔的每个阀段的下方均设置有至少一个漏水检测点。

9.根据权利要求7所述的换流阀阀塔漏水检测系统，其特征在于，所述光纤光栅控制器的所述输出通道的数量大于换流阀每个桥臂的漏水检测点的数量。

10.一种换流阀阀塔漏水检测方法，其特征在于，包括：

在换流阀阀塔的漏水检测点安装权利要求1－5任一项所述的换流阀阀塔漏水检测装置；

三台光纤光栅控制器分别根据所述漏水检测装置中各个光纤光栅压力传感器的检测数据计算出漏水检测点的漏水量，并判断所述漏水量是否超过预设的报警阈值，将判断结果传输至三取二逻辑装置中；

所述三取二逻辑装置接收三台所述光纤光栅控制器传输的判断结果，当同一漏水检测点有两台及以上光纤光栅控制器检测到的漏水量超过所述报警阈值时，所述三取二逻辑装置发出报警信号。

Images