CN113960116A - 换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置及方法，其测试装置包括第一容器、产水电导率试验用水进水阀门、产水量试验用水进水阀门、第二容器、交换柱管、产水阀门、计量水箱和电导率监测装置，所述第一容器与交换柱管相连通，且该连通的管路上设有产水电导率试验用水进水阀门，所述第二容器与交换柱管相连通，且该连通的管路上设有产水量试验用水进水阀门，所述交换柱管通过电导率监测装置与计量水箱相连。本发明通过不同试验用水进水阀门的切换，可分别实现产水电导率测试和产水量测试，从产水电导率和产水量的动力学性能分析离子交换树脂性能，可直接用于判定离子交换树脂的工程适用性，也可以用于对比不同类型树脂的性能。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置及方法。
背景技术
换流阀冷却系统作为（特）高压直流换流站的重要设备，用于将换流阀内部晶闸管、IGBT、电阻等电力电子元件所散发的热量传递到外界环境中，防止电力电子元件因过热而发生故障。换流阀冷却系统采用纯水作为冷却介质，其中一部分介质会不断的通过离子交换装置脱除其内部的阳离子和阴离子，从而确保介质始终保持为较低的电导率。
现有标准所提供的离子交换树脂测试，如含水量、湿视密度、湿真密度、粒度范围、下限粒度、均一系数和渗磨圆球率等，仅是从树脂静止的状态对树脂的性能进行评价。上述测试方法关注的为树脂形态和物理化学性能的指标，无法从这些参数判定树脂是否能够应用于工程实际中，具体如下：
1）无法得知树脂的实际产水电导率，但是换流阀对冷却水的电导率提出了明确的要求，即对于换流阀冷却系统来说，其进水电导率值要求应不大于0.5μS/cm，若树脂的实际产水电导率值过高，则会造成在高电压条件被击穿，影响换流阀设备的运行；
2）无法得知该树脂的产水量大小，导致无法指导设计人员设计树脂的用量，以及无法指导运维人员更换树脂的周期，如果更换的周期过短，不仅仅加大运维人员的工作量，也会影响换流阀冷却系统的正常运行。
发明内容
本发明的目的是：提供一种从产水电导率和产水量的动力学性能分析换流阀冷却系统离子交换树脂性能的测试及方法，该测试装置及方法可直接用于判定离子交换树脂的工程适用性，也可以用于对比不同类型树脂的性能。
为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：一种换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置，其创新点在于：包括用来装载产水电导率试验用水的第一容器、产水电导率试验用水进水阀门、产水量试验用水进水阀门、装载产水量试验用水的第二容器、交换柱管、产水阀门、计量水箱和电导率监测装置，所述第一容器与交换柱管相连通，且该连通的管路上设有产水电导率试验用水进水阀门，所述第二容器与交换柱管相连通，且该连通的管路上设有产水量试验用水进水阀门，所述交换柱管通过电导率监测装置与计量水箱相连通。
在上述第一个技术方案中，所述第一容器内装载的产水电导率试验用水的电导率＜0.5μS/cm，所述第二容器内装载的产水量试验用水是浓度为0.001mol/L~1mol/L的盐溶液。
在上述第一个技术方案中，所述交换柱管是直径为1.5cm ~ 5cm的有机玻璃交换柱管，且交换柱管内的底部设有滤网。
在上述第一个技术方案中，所述电导率监测装置是电阻表，或者是电导率表，或者是由变送器和上位机构成，若电导率监测装置是由变送器和上位机构成，则所述交换柱管通过变送器与计量水箱相连通，且变送器与上位机通信连接。
为了达到上述目的，本发明的第二个技术方案是：一种根据上述换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置的测试方法，其创新点在于：包括产水电导率测试方法和/或产水量测试方法，所述产水电导率测试方法的具体步骤是：
步骤a、打开产水电导率试验用水进水阀门，关闭产水量试验用水进水阀门，打开产水阀门，
步骤b、选取150mL~ 300 mL的树脂置于交换柱管中，并且交换柱管中的树脂层上方保持有10 cm~ 30 cm高的水垫层，
步骤c、由第一容器向交换柱管注入电导率＜0.5μS/cm的产水电导率试验用水，且产水电导率试验用水由上而下先穿过交换柱管内的树脂层后，再通过电导率监测装置进入计量水箱，
步骤d、由电导率监测装置每1 min~ 5 min记录产水电导率，记录时间为30min~150 min，若产水量试验用水的产水电导率值不大于0.5μS/cm，则交换柱管内的树脂满足工程性能要求；
所述产水量测试方法的具体步骤是：
步骤一、准备多组不同类型树脂，以及配置浓度为0.001mol/L~1mol/L的产水量试验用水、并备用，所述产水量试验用水是由NaCl、NaHCO3、CaCl2配置而成的盐溶液，
步骤二、关闭产水电导率试验用水进水阀门，打开产水量试验用水进水阀门和产水阀门，
步骤三、选取步骤一中的一组树脂，将100 mL~ 300 mL的该组树脂置于交换柱管中，并且交换柱管中的树脂层上方保持有10 cm~ 30 cm高的水垫层，
步骤四、将步骤一中配置的产水量试验用水用第二容器向交换柱管由上而下注入通过树脂层后，再通过电导率监测装置进入计量水箱，
步骤五、由电导率监测装置每1min~ 5 min记录产水电导率，当产水电导率值大于0.2μS/cm时，则停止产水，并记录产水时间，根据计量水箱内获取该组树脂的产水量，
步骤六、剩余其它类型的树脂的产水量测试则重复执行步骤二~步骤五，即可得到多组不同类型树脂所对应的产水量，根据不同类型树脂对应的产数量可知，产水量越少的树脂，则其离子交换能力越低。
在上述第二个技术方案中，所述产水电导率测试方法还包括步骤e，若要对比不同类型树脂的产水电导率，则预先备用多组不同类型的树脂，并对每种类型的树脂重复步骤a~步骤d，得到每种类型树脂对应的产水电导率，根据不同类型树脂的产水电导率可知，产水电导率越低的树脂，其树脂的离子交换能力越好。
在上述第二个技术方案中，所述产水电导率测试方法和/或产水量测试方法中用到的交换柱管是直径为1.5cm ~ 5cm的有机玻璃交换柱管，且交换柱管内底部设有的滤网可防止树脂随着试验用水流出。
在上述第二个技术方案中，所述产水电导率测试方法的步骤c中产水电导率试验用水由上而下通过树脂层的运行流速为100 mL/min~ 300 mL/min，且步骤d中根据电导率监测装置每1min记录产水电导率，记录时间为60min；所述产水量测试方法的步骤四中产水量试验用水由上而下通过树脂层的运行流速为100 mL/min~ 300 mL/min。
在上述第二个技术方案中，所述产水电导率测试方法的步骤d中电导率监测装置测得的电导率值以及所述产水量测试方法的步骤五中电导率监测装置测得的电导率值可以通过电阻表，或者是电导率表，或者是由变送器将信号传输到上位机，由上位机绘制产水电导率曲线并进行分析。
在上述第二个技术方案中，所述产水量测试方法的步骤一中所述产水量试验用水是由NaCl、NaHCO3、CaCl2 按照浓度比例2:2:1配置而成的盐溶液，所述盐溶液的浓度为0.01mol/L。
本发明所具有的积极效果是：采用本发明的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置及方法后，其测试装置包括用来装载产水电导率试验用水的第一容器、产水电导率试验用水进水阀门、产水量试验用水进水阀门、装载产水量试验用水的第二容器、交换柱管、产水阀门、计量水箱和电导率监测装置，所述第一容器与交换柱管相连通，且该连通的管路上设有产水电导率试验用水进水阀门，所述第二容器与交换柱管相连通，且该连通的管路上设有产水量试验用水进水阀门，所述交换柱管通过电导率监测装置与计量水箱相连通，
本发明的测试方法是通过不同试验用水进水阀门的切换，可分别实现产水电导率测试和产水量测试：
当进行产水电阻率测试时，选取一定量的树脂装入交换柱管中，用电导率小于一定值的水从上向下通过树脂层，记录一定时间内的出水电导率，最后记录的电导率值为树脂的产水电导率值，将测量的产水电导率值与换流阀冷却系统的设计值进行对比，可以判定该树脂能否满足使用要求，或者对比两种或者多种树脂的产水电导率值，判别和分析不同树脂的产水电导率性能差异；
当进行产水量测试时，选取一定量的树脂装入交换柱管中，用一定浓度的盐溶液从上向下通过树脂层，观察产水的电导率值，当产水电导率升高至一定值后结束产水，测量总的产水量，通过产水量可计算出单位体积树脂的交换的离子量，从而计算得到一定体积的离子交换器内树脂的使用时间，或者直接对比两种或者多种树脂的产水量，判别和分析不同树脂的产水量性能差异，间接比较得到不同树脂的使用寿命差异。
采用本发明的测试方法，可以定量和定性地判定树脂的性能，即从动力学性能角度对树脂的性能进行了测试，得到了树脂的实际产水电导率和产水量，进而可以判断出树脂能否达到工程所需的去离子要求，并且根据产水量计算出树脂的使用时间或更换周期，避免运维人员因更换周期过短加大运维人员的工作量，同时，本发明还可有效避免因树脂的实际进水电导率值过高而造成在高电压条件下被击穿，影响换流阀设备的运行。
附图说明
图1是本发明的一种具体实施方式的结构示意图；
图中：1-第一容器，2-产水电导率试验用水进水阀门，3-产水量试验用水进水阀门，4-第二容器，5-交换柱管，6-产水阀门，7-计量水箱，8-电导率监测装置。
具体实施方式
以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1
如图1所示，一种换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置，包括用来装载产水电导率试验用水的第一容器1、产水电导率试验用水进水阀门2、产水量试验用水进水阀门3、装载产水量试验用水的第二容器4、交换柱管5、产水阀门6、计量水箱7和电导率监测装置8，所述第一容器1与交换柱管5相连通，且该连通的管路上设有产水电导率试验用水进水阀门2，所述第二容器4与交换柱管5相连通，且该连通的管路上设有产水量试验用水进水阀门3，所述交换柱管5通过电导率监测装置8与计量水箱7相连通。
进一步地，所述第一容器1内装载的产水电导率试验用水的电导率＜0.5μS/cm，所述第二容器4内装载的产水量试验用水是浓度为0.001mol/L~1mol/L的盐溶液。
如图1所示，为了使得结构更合理，以及防止树脂随着试验用水流出有机玻璃交换柱管，所述交换柱管5是直径为1.5cm ~ 5cm的有机玻璃交换柱管，且交换柱管5内的底部设有滤网。
进一步地，为了方便获取试验用水的电导率，本发明所述电导率监测装置8是电阻表，或者是电导率表，或者是由变送器和上位机构成，若电导率监测装置8是由变送器和上位机构成，则所述交换柱管5通过变送器与计量水箱7相连通，且变送器与上位机通信连接。
实施例2
如图1所示，一种根据上述换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置的测试方法，包括产水电导率测试方法和/或产水量测试方法，所述产水电导率测试方法的具体步骤是：
步骤a、打开产水电导率试验用水进水阀门2，关闭产水量试验用水进水阀门3，打开产水阀门6，
步骤b、选取150mL~ 300 mL的树脂置于交换柱管5中，并且交换柱管5中的树脂层上方保持有10 cm~ 30 cm高的水垫层，
具体地，选取200mL的树脂置于有机玻璃交换柱管5中，
步骤c、由第一容器1向交换柱管5注入电导率＜0.5μS/cm的产水电导率试验用水，且产水电导率试验用水由上而下先穿过交换柱管5内的树脂层后，再通过电导率监测装置8进入计量水箱7，产水电导率试验用水由上而下通过树脂层的运行流速为100 mL/min~ 300mL/min，具体的运行流速为100 mL/min，
步骤d、由电导率监测装置8每1 min~ 5 min记录产水电导率，记录时间为30min~150 min，若产水量试验用水的产水电导率值不大于0.5μS/cm，则交换柱管5内的树脂满足工程性能要求，
具体地，由电导率监测装置8每1min记录产水电导率，记录时间为60min；
若要对比不同类型树脂的产水电导率，所述产水电导率测试方法还包括步骤e，则预先备用多组不同类型的树脂，并对每种类型的树脂重复步骤a~步骤d，得到每种类型树脂对应的产水电导率，根据不同类型树脂的产水电导率可知，产水电导率越低的树脂，其树脂的离子交换能力越好。
所述产水量测试方法的具体步骤是：
步骤一、准备多组不同类型树脂，以及配置浓度为0.001mol/L~1mol/L的产水量试验用水、并备用，所述产水量试验用水是由NaCl、NaHCO3、CaCl2配置而成的盐溶液，
即所述产水量试验用水是由NaCl、NaHCO3、CaCl2 按照浓度比例2:2:1配置而成的盐溶液，所述盐溶液的浓度为0.01mol/L，
步骤二、关闭产水电导率试验用水进水阀门2，打开产水量试验用水进水阀门3和产水阀门6，
步骤三、选取步骤一中的一组树脂，将100 mL~ 300 mL的该组树脂置于交换柱管5中，并且交换柱管5中的树脂层上方保持有10 cm~ 30 cm高的水垫层，
步骤四、将步骤一中配置的产水量试验用水用第二容器4通过运行流速为100 mL/min~ 300 mL/min向交换柱管5由上而下注入通过树脂层后，再通过电导率监测装置8进入计量水箱7，
具体地，所述产水量试验用水的运行流速为200 mL/min，
步骤五、由电导率监测装置8每1min~ 5 min记录产水电导率，当产水电导率值大于0.2μS/cm时，则停止产水，并记录产水时间，根据计量水箱7内获取该组树脂的产水量，
步骤六、剩余其它类型的树脂的产水量测试则重复执行步骤二~步骤五，即可得到多组不同类型树脂所对应的产水量，根据不同类型树脂对应的产数量可知，产水量越少的树脂，则其离子交换能力越低。
进一步地，本发明的测试方法的优化在于，所述产水电导率测试方法和/或产水量测试方法中用到的交换柱管5是直径为1.5cm ~ 5cm的有机玻璃交换柱管，且交换柱管5内底部设有的滤网可防止树脂随着试验用水流出。具体地所述交换柱管5是直径为2.5cm的有机玻璃交换柱管。
进一步地，所述产水电导率测试方法的步骤d中电导率监测装置8测得的电导率值以及所述产水量测试方法的步骤五中电导率监测装置8测得的电导率值可以通过电阻表，或者是电导率表，或者是由变送器将信号传输到上位机，由上位机绘制产水电导率曲线并进行分析。
本发明通过不同试验用水进水阀门的切换，可分别实现产水电导率测试和产水量测试，本发明提出的产水电导率测试是基于分析产水水质来判定树脂是否满足性能要求，或者树脂是否具有更优性能，本发明提出的产水量测试是基于分析交换水量的大小来判定树脂的运行时间，或者判定树脂是否具有更优的交换能力，具体的测试方法为：
当进行产水电阻率测试时，选取一定量的树脂装入交换柱管中，用电导率小于一定值的水从上向下通过树脂层，记录一定时间内的出水电导率，最后记录的电导率值为树脂的产水电导率值，将测量的产水电导率值与换流阀冷却系统的设计值进行对比，可以判定该树脂能否满足使用要求，或者对比两种或者多种树脂的产水电导率值，判别和分析不同树脂的产水电导率性能差异；
当进行产水量测试时，选取一定量的树脂装入交换柱管中，用一定浓度的盐溶液从上向下通过树脂层，观察产水的电导率值，当产水电导率升高至一定值后结束产水，测量总的产水量，通过产水量可计算出单位体积树脂的交换的离子量，从而计算得到一定体积的离子交换器内树脂的使用时间，或者直接对比两种或者多种树脂的产水量，判别和分析不同树脂的产水量性能差异，间接比较得到不同树脂的使用寿命差异。
采用本发明的测试方法，可以定量和定性地判定树脂的性能，即从动力学性能角度对树脂的性能进行了测试，得到了树脂的实际产水电导率和产水量，进而可以判断出树脂能否达到工程所需的去离子要求，并且根据产水量计算出树脂的使用时间或更换周期，避免运维人员因更换周期过短加大运维人员的工作量，同时，本发明还可有效避免因树脂的实际进水电导率值过高而造成在高电压条件下被击穿，影响换流阀设备的运行。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置，其特征在于：包括用来装载产水电导率试验用水的第一容器（1）、产水电导率试验用水进水阀门（2）、产水量试验用水进水阀门（3）、装载产水量试验用水的第二容器（4）、交换柱管（5）、产水阀门（6）、计量水箱（7）和电导率监测装置（8），所述第一容器（1）与交换柱管（5）相连通，且该连通的管路上设有产水电导率试验用水进水阀门（2），所述第二容器（4）与交换柱管（5）相连通，且该连通的管路上设有产水量试验用水进水阀门（3），所述交换柱管（5）通过电导率监测装置（8）与计量水箱（7）相连通。
2.根据权利要求1所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置，其特征在于：所述第一容器（1）内装载的产水电导率试验用水的电导率＜0.5μS/cm，所述第二容器（4）内装载的产水量试验用水是浓度为0.001mol/L~1mol/L的盐溶液。
3.根据权利要求1所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置，其特征在于：所述交换柱管（5）是直径为1.5cm ~ 5cm的有机玻璃交换柱管，且交换柱管（5）内的底部设有滤网。
4.根据权利要求1所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置，其特征在于：所述电导率监测装置（8）是电阻表，或者是电导率表，或者是由变送器和上位机构成，若电导率监测装置（8）是由变送器和上位机构成，则所述交换柱管（5）通过变送器与计量水箱（7）相连通，且变送器与上位机通信连接。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试装置的测试方法，其特征在于：包括产水电导率测试方法和/或产水量测试方法，所述产水电导率测试方法的具体步骤是：
步骤a、打开产水电导率试验用水进水阀门（2），关闭产水量试验用水进水阀门（3），打开产水阀门（6），
步骤b、选取150mL~ 300 mL的树脂置于交换柱管（5）中，并且交换柱管（5）中的树脂层上方保持有10 cm~ 30 cm高的水垫层，
步骤c、由第一容器（1）向交换柱管（5）注入电导率＜0.5μS/cm的产水电导率试验用水，且产水电导率试验用水由上而下先穿过交换柱管（5）内的树脂层后，再通过电导率监测装置（8）进入计量水箱（7），
步骤d、由电导率监测装置（8）每1 min~ 5 min记录产水电导率，记录时间为30min~150 min，若产水量试验用水的产水电导率值不大于0.5μS/cm，则交换柱管（5）内的树脂满足工程性能要求；
所述产水量测试方法的具体步骤是：
步骤一、准备多组不同类型树脂，以及配置浓度为0.001mol/L~1mol/L的产水量试验用水、并备用，所述产水量试验用水是由NaCl、NaHCO3、CaCl2配置而成的盐溶液，
步骤二、关闭产水电导率试验用水进水阀门（2），打开产水量试验用水进水阀门（3）和产水阀门（6），
步骤三、选取步骤一中的一组树脂，将100 mL~ 300 mL的该组树脂置于交换柱管（5）中，并且交换柱管（5）中的树脂层上方保持有10 cm~ 30 cm高的水垫层，
步骤四、将步骤一中配置的产水量试验用水用第二容器（4）向交换柱管（5）由上而下注入通过树脂层后，再通过电导率监测装置（8）进入计量水箱（7），
步骤五、由电导率监测装置（8）每1min~ 5 min记录产水电导率，当产水电导率值大于0.2μS/cm时，则停止产水，并记录产水时间，根据计量水箱（7）内获取该组树脂的产水量，
步骤六、剩余其它类型的树脂的产水量测试则重复执行步骤二~步骤五，即可得到多组不同类型树脂所对应的产水量，根据不同类型树脂对应的产数量可知，产水量越少的树脂，则其离子交换能力越低。
6.根据权利要求5所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试方法，其特征在于：所述产水电导率测试方法还包括步骤e，若要对比不同类型树脂的产水电导率，则预先备用多组不同类型的树脂，并对每种类型的树脂重复步骤a~步骤d，得到每种类型树脂对应的产水电导率，根据不同类型树脂的产水电导率可知，产水电导率越低的树脂，其树脂的离子交换能力越好。
7.根据权利要求5所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试方法，其特征在于：所述产水电导率测试方法和/或产水量测试方法中用到的交换柱管（5）是直径为1.5cm ~ 5cm的有机玻璃交换柱管，且交换柱管（5）内底部设有的滤网可防止树脂随着试验用水流出。
8.根据权利要求5所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试方法，其特征在于：所述产水电导率测试方法的步骤c中产水电导率试验用水由上而下通过树脂层的运行流速为100 mL/min~ 300 mL/min，且步骤d中根据电导率监测装置（8）每1min记录产水电导率，记录时间为60min；所述产水量测试方法的步骤四中产水量试验用水由上而下通过树脂层的运行流速为100 mL/min~ 300 mL/min。
9.根据权利要求5所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试方法，其特征在于：所述产水电导率测试方法的步骤d中电导率监测装置（8）测得的电导率值以及所述产水量测试方法的步骤五中电导率监测装置（8）测得的电导率值可以通过电阻表，或者是电导率表，或者是由变送器将信号传输到上位机，由上位机绘制产水电导率曲线并进行分析。
10.根据权利要求5所述的换流阀冷却系统离子交换树脂动力学性能测试方法，其特征在于：所述产水量测试方法的步骤一中所述产水量试验用水是由NaCl、NaHCO3、CaCl2 按照浓度比例2:2:1配置而成的盐溶液，所述盐溶液的浓度为0.01mol/L。
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