CN115354334B - 一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法。该方法包括：获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系；基于获取得到的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值；基于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的溶解氧含量，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值；基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值进行换流阀内冷水水质控制。

Description

一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法

技术领域

本发明涉及一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法。

背景技术

现存大量特高压直流换流站，换流阀是特高压直流输电工程的核心设备，通过将三相交流电压连接到直流端得到期望的直流电压实现对功率的控制。晶闸管组件是组成换流阀的基本单元，晶闸管是晶闸管组件的核心设备在运行工作时会产生热，当晶闸管的温度超过晶闸管的结温值时晶闸管就会失效，因此需要对晶闸管进行冷却。

以某晶闸管组件冷却水路为例进行说明，如图1所示，晶闸管组件由两个阀段(阀段1和阀段2)串联组成，每个阀段包括13个晶闸管及相应的配件。该晶闸管组件采用并联水路方式的冷却系统，每个晶闸管阴、阳极侧和铝散热器(如图2A-图2B所示)紧密接触，各铝散热器进水管路均与进水汇流管连接、各铝散热器出水管路均与出水汇流管连接；进水汇流管、出水汇流管均设有用于控制冷却水路中的电位分布的均压电极，进水汇流管、出水汇流管中设置的均压电极通过等电位线与铝散热器连接。内冷水自进水汇流管进入铝散热器，在铝散热器中进行热交换把晶闸管工作时产生的热量带走，然后经出水汇流管排出，达到冷却晶闸管的目的。

直流输电工程中，换流阀冷却直接影响直流输电系统的安全稳定运行。近年来，换流阀冷却水路系统故障频发，截至2019年，其产生的总经济损失超过了4000亿元。经检查后发现，换流阀内冷水系统中的均压电极结垢是导致换流阀冷却水路系统故障产生的主要原因之一。经过对垢的化验分析，研究者发现结垢物成分主要为铝的氧化物。

换流阀内冷水系统环境中的铝的来源存在两种可能：一是来自外部的补水，二是铝散热器的腐蚀。然而换流阀补水通常选用几乎不含铝离子的二级除盐水，因此大多数铝的来源应当为内冷水系统中的铝散热器的腐蚀。基于此，铝散热器腐蚀是引起均压电极结垢主要原因。

综上所述，如何避免铝散热器腐蚀成为避免事故的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法，从而实现抑制压电极结垢。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案。

第一方面，本发明提供了一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法，该方法包括：

基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定换流阀内冷水的pH值的下限值；

获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系；

基于所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值以及溶解氧含量的上限值；

基于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的溶解氧含量，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值；

基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值进行换流阀内冷水水质控制。

其中，所述电子集中释放发生在晶闸管转相时期；具体而言，晶闸管运行是以2π为周期循环工作，在晶闸管转相时期，即2π/3时段导通结束和4π/3时段截止开始时，晶闸管负电容形成的过量电子不在受到束缚，过量电子通过相连的铝散热器形成电子集中释放。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，所述获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系包括：

分别确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量；

利用确定得到的晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量，确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的关系曲线，完成获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系；

更优选地，分别确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量包括：

确定能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值；

基于能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值、不同pH值的换流阀内冷水的PH值，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量；

再优选地，基于能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值、不同pH值的换流阀内冷水的PH值，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量包括：

确定能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值对应的OH^-浓度即为OH^-浓度阀值；

确定不同pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度；

利用所述OH^-浓度阀值结合不同pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量；

进一步优选地，利用所述OH^-浓度阀值结合某pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定该pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量通过下述方式实现：

基于OH^-浓度阀值，确定OH^-全部由溶解氧吸电子反应产生时产生该OH^-浓度阀值需要的溶解氧浓度，即为溶解氧第一浓度；

基于某pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定OH^-全部由溶解氧吸电子反应产生时产生该OH^-浓度需要的溶解氧浓度，即为溶解氧第二浓度；

基于溶解氧第一浓度和溶解氧第二浓度，确定溶解氧第一浓度与溶解氧第二浓度差值作为该pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，所述晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系为：

D_O＝8×K_w×(10^N–10^x)

式中，D_O为内冷水的最大溶解氧含量含量，单位g/L；K_w为内冷水温度下水的离子积常数；N为能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值；x为内冷水的pH值。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值为8.0-8.3。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，在所述基于获取得到的所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值以及溶解氧含量的上限值步骤中，

确定得到的能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值对应的最大溶解氧含量大于等于确定得到的能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的上限值。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值不超过7，溶解氧含量的上限值不超过140μg/L。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定换流阀内冷水的pH值的下限值通过下述方式进行：

基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定能够使换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件均不发生酸性腐蚀的pH值作为换流阀内冷水的pH值的下限值。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，确定得到的换流阀内冷水的pH值的下限值不低于5.6；更优选地，确定得到的换流阀内冷水的pH值的下限值不低于6。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值不低于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的最低溶解氧含量。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值为25-50μg/L。

在第一方面的具体实施方式中，优选地，所述基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值进行换流阀内冷水水质控制通过下述方式进行：

基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值，控制换流阀内冷水的pH值不超过确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值且不低于确定得到的换流阀内冷水的pH值的下限值，同时控制换流阀内冷水的溶解氧含量不超过确定得到的换流阀内冷水的溶解氧含量的上限值且不低于确定得到的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值。

本发明提供的第一方面的技术方案利用换流阀内冷水pH和铝散热器内最大溶解氧形成的pH对应关系确定防止铝散热器腐蚀的pH值的上限值以及最大溶解氧含量，同时设定最低溶解氧含量和pH值的下限值，基于此进行换流阀内冷水水质控制能够更好的实现防止铝散热器腐蚀，从而很好的抑制均压电极发生结垢反应。

第二方面，本发明提供了一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法，该方法包括：

对换流阀内冷水水质进行控制，控制换流阀内冷水的pH值为5.6-7、溶解氧含量为25μg/L-140μg/L。

在第二方面的具体实施方式中，优选地，控制换流阀内冷水的pH值为5.6-7、溶解氧含量为50μg/L-140μg/L。

在第二方面的具体实施方式中，优选地，控制换流阀内冷水的pH值为6-7、溶解氧含量为25μg/L-140μg/L。

在第二方面的具体实施方式中，优选地，控制换流阀内冷水的pH值为6-7、溶解氧含量为50μg/L-140μg/L。

本发明提供的技术方案为防止铝散热器腐蚀，在pH值6-7范围内控制溶解氧含量处于25μg/L-140μg/L范围内，能够更好的防止铝散热器内高碱性溶出腐蚀，并且能够防止氧过低造成水和铝的氧化还原反应，从而很好的抑制均压电极发生结垢反应。

附图说明

图1为晶闸管组件冷却水系统示意图。

图2A为铝散热器结构示意图。

图2B为铝散热器平面示意图。

图3A为铝散热器内部高电位侧水路解剖图。

图3B为铝散热器内部低电位侧水路解剖图。

图4为4π/3时段铝散热器内水路通道内腐蚀过程示意图。

图5为本发明一实施例提供的抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法流程图。

图6为本发明实施例1中换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系图。

图7为不同pH值、溶解氧含量的换流阀内冷水条件下在晶闸管发生电子集中释放时铝散热器局部高碱环境的pH值图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明为了实现有效抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀、从而抑制压电极结垢，如图5所示，本发明一实施例提供了一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法，该方法包括：

S1：基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定换流阀内冷水的pH值的下限值；

S2：获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系；

S3：基于所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值以及溶解氧含量的上限值；

S4：基于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的溶解氧含量，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值；

S5：基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值进行换流阀内冷水水质控制。

内冷水的pH值过高会导致铝散热器发生Al₂O₃碱性溶出腐蚀，现有技术通常认为控制内冷水的整体pH值即可避免铝散热器因为pH值过高发生Al₂O₃碱性溶出腐蚀，基于此通常控制内冷水的整体pH值在6.5-8.0范围内；同时现有技术认为溶解氧过高会导致发生耗氧腐蚀，基于此通常控制溶解氧含量≦200μg/L。简言之，现有技术通常认为溶解氧与pH值单独导致铝散热器发生腐蚀，从未有现有技术认为pH值与最大溶解氧含量之间存在对应关系。发明人经过大量的研究发现铝散热器局部会出现高碱环境，铝散热器局部高碱环境的pH值是由内冷水的pH值和溶解氧含量决定的，只有同时控制内冷水的pH值和溶解氧含量使铝散热器局部高碱环境的pH值维持在较低水平才能更抑制铝散热器发生Al₂O₃碱性溶出腐蚀。具体而言，晶闸管运行是以2π为周期循环工作，在2π/3时段晶闸管导通时，晶闸管PN结产生负电容；在晶闸管转相时期，也就是在2π/3时段导通结束和4π/3时段截止开始时，脉动直流电流停止，晶闸管负电容形成的过量电子不在受到束缚，过量电子通过相连的铝散热器形成电子集中释放；电子一部分通过均压电极释放到汇流水管位置，一部分通过铝散热器内水路通道释放到水路通道内，释放的电子被水中的溶解O₂捕捉形成氧吸电子反应O₂+4e^-+2H₂O＝4OH^-，水中的溶解O₂得到电子变成O^2-，但O^2-在水中不能独立存在，会和水生成OH^-，因为此反应是过量电子造成的，所以形成了OH^-的增量，均压电极周围水环境和铝散热器水路通道内形成的OH^-随着水流进入内冷水系统中；另一方面，在2π/3时段导通结束和4π/3时段截止开始时，2π/3时段产生的过量电子在铝散热器水路通道集中释放，造成释放区电子数量集中变大，显著增加了溶解氧和电子的反应量，并且铝散热器水路通道弯曲细长的空间环境显著增强了电子和溶解氧的反应率，从而造成OH^-大量增加；由此，形成铝散热器水路通道内局部高碱性环境。铝散热器水路通道内局部高碱性环境的出现导致铝散热器水路通道内Al₂O₃碱性溶出腐蚀(参见图3A、图3B、图4)。基于此，发明人提出了本发明的技术方案，该技术方案中基于晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值以及溶解氧含量的上限值。

另外，发明人经过研究发现铝散热器中形成氧化膜，一个是在晶闸管导通时期由Al³⁺和O^2-反应形成，另一个是在晶闸管截止时溶解氧对导通时期阴极端面的修复形成的；基于此，溶解氧含量不能过低，若溶解氧含量过低则在晶闸管截止时无法实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃，从而导致晶闸管截止时容易发生Al+2OH^-+3H₂O＝Al(OH)₄ ^-+2H₂或2Al+6H₂O＝2Al(OH)₃+3H₂反应，增加铝散热器腐蚀。基于此，发明人提出了本发明的技术方案，该技术方案中基于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的溶解氧含量确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值。

进一步地，所述晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系为：

D_O＝8×K_w×(10^N–10^x)

式中，D_O为内冷水的最大溶解氧含量含量，单位g/L；K_w为内冷水温度下水的离子积常数；N为能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值；x为内冷水的pH值。

进一步地，所述获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系包括：

分别确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量；

利用确定得到的晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量，确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的关系曲线，完成获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系；

更进一步地，分别确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量包括：

确定能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值；

基于能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值、不同pH值的换流阀内冷水的PH值，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量；

再进一步地，基于能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值、不同pH值的换流阀内冷水的PH值，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量包括：

确定能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值对应的OH^-浓度即为OH^-浓度阀值；

确定不同pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度；

利用所述OH^-浓度阀值结合不同pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量；

在一具体实施方式中，利用所述OH^-浓度阀值结合某pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定该pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量通过下述方式实现：

基于OH^-浓度阀值，确定OH^-全部由溶解氧吸电子反应产生时产生该OH^-浓度阀值需要的溶解氧浓度，即为溶解氧第一浓度；

基于某pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定OH^-全部由溶解氧吸电子反应产生时产生该OH^-浓度需要的溶解氧浓度，即为溶解氧第二浓度；

基于溶解氧第一浓度和溶解氧第二浓度，确定溶解氧第一浓度与溶解氧第二浓度差值作为该pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量。

进一步地，所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值为8.0-8.3；

例如，根据布拜的25℃的铝-水电位-pH关系，pH大于8.3时碱性溶出反应会显著增大，选择8.3作为能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值。

进一步地，在所述基于获取得到的所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值以及溶解氧含量的上限值步骤中，

确定得到的能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值对应的最大溶解氧含量大于等于确定得到的能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的上限值。

进一步地，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值不超过7、溶解氧含量的上限值不超过140μg/L。

进一步地，基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定换流阀内冷水的pH值的下限值通过下述方式进行：

基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定能够使换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件均不发生酸性腐蚀的pH值作为换流阀内冷水的pH值的下限值。

进一步地，确定得到的换流阀内冷水的pH值的下限值不低于5.6；更进一步地，换流阀内冷水的pH值的下限值不低于6；

在换流阀冷却系统中，不但有铝散热器系统还有其他辅助连接设备，包括不锈钢管道及相连的循环水泵，压力、温度、流量等测量在线测量表记，换流阀冷却系统中与内冷水直接接触的部件主要是不绣钢和铝材，这两种材质最低耐pH腐蚀都可以接近4，鉴于能够更好的避免酸腐蚀的发生换流阀内冷水的pH值的下限值可以取5.6。

进一步地，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值不低于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的最低溶解氧含量。

进一步地，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值为25-50μg/L。

进一步地，所述基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值进行换流阀内冷水水质控制通过下述方式进行：

基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值，控制换流阀内冷水的pH值不超过确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值且不低于确定得到的换流阀内冷水的pH值的下限值，同时控制换流阀内冷水的溶解氧含量不超过确定得到的换流阀内冷水的溶解氧含量的上限值且不低于确定得到的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值。

本发明还提供了一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法，该方法包括：

对换流阀内冷水水质进行控制，控制换流阀内冷水的pH值为5.6-7、溶解氧含量为25μg/L-140μg/L。

进一步地，控制换流阀内冷水的pH值为5.6-7、溶解氧含量为50μg/L-140μg/L。

进一步地，控制换流阀内冷水的pH值为6-7、溶解氧含量为25μg/L-140μg/L。

进一步地，控制换流阀内冷水的pH值为6-7、溶解氧含量为50μg/L-140μg/L。

本发明提供的技术方案为防止铝散热器腐蚀，在pH值5.6-7范围内控制溶解氧含量处于25μg/L-140μg/L范围内，能够更好的防止铝散热器内高碱性溶出腐蚀，并且能够防止氧过低造成水和铝的氧化还原反应，从而很好的抑制均压电极发生结垢反应。

实施例1

本实施例提供了一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法，该方法包括：

1、基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定换流阀内冷水的pH值的下限值；

具体而言，换流阀冷却系统中与内冷水直接接触的部件主要是不绣钢和铝材，这两种材质最低耐pH腐蚀都可以接近4，鉴于能够更好的避免酸腐蚀的发生换流阀内冷水的pH值的下限值可以取5.6。

2、获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系；具体而言：

2.1、确定能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值；具体而言，本实施例中根据布拜的铝-水电位-pH关系，pH大于8.3时碱性溶出反应会显著增大，因此能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值确定为8.3；

利用下述公式确定能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值对应的OH^-浓度即为OH^-浓度阀值：pH＝-log₁₀K_w+log₁₀COH^-，式中，pH为pH值；K_w为内冷水温度下水的离子积常数(取值水在60℃的离子积常数9.55×10^-14)；COH^-为OH^-浓度，单位mol/L；

基于OH-浓度阀值，确定OH^-全部由溶解氧吸电子反应产生时产生该OH^-浓度阀值需要的溶解氧浓度，即为溶解氧第一浓度；具体而言，将OH^-浓度阀值结合O₂+4e^-+2H₂O＝4OH^-确定出此pH需要溶解O₂浓度为152.4μg/L，即溶解氧第一浓度为152.4μg/L，溶解氧第一浓度包含换流阀内冷水的pH值对应的OH^-浓度折算的溶解O₂含量和换流阀内冷水的溶解氧含量。

2.2、利用下述公式确定不同pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度：pH＝-log₁₀K_w+log₁₀COH^-，式中，pH为pH值；K_w为内冷水温度下水的离子积常数(取值水在60℃的离子积常数9.55×10^-14)；COH^-为OH^-浓度，单位mol/L；具体而言，分别确定pH值为5.6、6、6.5、7、7.5、8、8.1、8.2、8.3的换流阀内冷水中OH^-浓度；

基于不同pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定OH^-全部由溶解氧吸电子反应产生时产生各OH^-浓度需要的溶解氧浓度，即为溶解氧第二浓度；具体而言，分别将各OH^-浓度结合O₂+4e^-+2H₂O＝4OH^-确定出此pH需要溶解O₂浓度即溶解氧第二浓度。

2.3、基于溶解氧第一浓度与溶解氧第二浓度差值确定各pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量；具体而言，分别利用溶解氧第一浓度减去各pH值的换流阀内冷水的溶解氧第二浓度即可确定得到各pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量，结果如表1所示。

表1

2.4、利用确定得到的晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量，确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的关系曲线，实现获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系；

结果如图6所示，晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系的关系式为：

D_O＝8×K_w×(10^N–10^x)

式中，D_O为内冷水的最大溶解氧含量含量，单位g/L；K_w为内冷水温度下水的离子积常数；N为能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值；x为内冷水的pH值。

3、基于获取得到的所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值以及溶解氧含量的上限值；

具体而言，参见图6，可见pH在5.6-7范围时曲线非常接近，铝散热器内受溶解氧影响形成的pH变化较小，水质容易控制，并且内冷水pH大于7.0的时候对应的溶解氧值下降的很快，内冷水pH增大到8.3时要求溶解氧为零，而溶解氧含量是不能为零的；由此确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值为7，进而根据确定得到的能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值对应的最大溶解氧含量确定得到能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的上限值为140μg/L，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值对应的最大溶解氧含量大于等于能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的上限值。

4、基于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的溶解氧含量，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值；

铝形成氧化膜一个是晶闸管导通时期Al³⁺和O^2-反应形成的，另一个是晶闸管截止时溶解氧对导通时期阴极端面的修复形成的，所以溶解氧不能为零，否则晶闸管截止时容易发生Al+2OH^-+3H₂O＝Al(OH)₄ ^-+2H₂或2Al+6H₂O＝2Al(OH)₃+3H₂反应，增加铝散热器腐蚀，所以需要设定溶解氧最小值，本实施例以25μg/L为溶解氧最小值。

5、基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值进行换流阀内冷水水质控制。

为了说明控制换流阀内冷水pH值在5.6-7范围内、溶解氧含量在25μg/L-140μg/L范围内的合理性进行如下验证，具体而言，

分别获取不同pH值、不同溶解氧含量的换流阀内冷水条件下，在晶闸管发生电子集中释放时铝散热器局部高碱环境的pH值，结果如表2、图7所示所示。

表2不同pH值、溶解氧含量的换流阀内冷水对应的铝散热器局部高碱环境的pH值

由表2、图7可以看出，当换流阀内冷水pH值在5.6-7范围内、溶解氧含量在25μg/L-140μg/L范围内，在晶闸管发生电子集中释放时铝散热器局部高碱环境的pH值均小于8.3，能够很好的防止铝散热器内高碱性溶出腐蚀。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

Claims (15)

1.一种抑制直流换流站换流阀内冷水系统铝散热器腐蚀的方法，该方法包括：

基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定换流阀内冷水的pH值的下限值；

获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系；

基于所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值以及溶解氧含量的上限值；

基于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的溶解氧含量，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值；

基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值进行换流阀内冷水水质控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系包括：

分别确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量；

利用确定得到的晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量，确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的关系曲线，完成获取晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，分别确定晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量包括：

确定能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值；

基于能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值、不同pH值的换流阀内冷水的PH值，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，基于能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值、不同pH值的换流阀内冷水的pH值，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量包括：

确定能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值对应的OH^-浓度即为OH^-浓度阀值；

确定不同pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度；

利用所述OH^-浓度阀值结合不同pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定不同pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，利用所述OH^-浓度阀值结合某pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定该pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量通过下述方式实现：

基于OH^-浓度阀值，确定OH^-全部由溶解氧吸电子反应产生时产生该OH^-浓度阀值需要的溶解氧浓度，即为溶解氧第一浓度；

基于某pH值的换流阀内冷水中OH^-浓度，确定OH^-全部由溶解氧吸电子反应产生时产生该OH^-浓度需要的溶解氧浓度，即为溶解氧第二浓度；

基于溶解氧第一浓度和溶解氧第二浓度，确定溶解氧第一浓度与溶解氧第二浓度差值作为该pH值的换流阀内冷水的最大溶解氧含量。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述晶闸管发生电子集中释放时能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系为：

D_O＝8×K_w×(10^N–10^x)

式中，D_O为内冷水的最大溶解氧含量含量，单位g/L；K_w为内冷水温度下水的离子积常数；N为能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值；x为内冷水的pH值。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值为8.0-8.3。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的最小pH值为8.0-8.3。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述基于获取得到的所述能够抑制Al₂O₃碱性溶出腐蚀的换流阀内冷水的pH值与最大溶解氧含量的对应关系，确定能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的下限值以及溶解氧含量的上限值步骤中，

确定得到的能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值对应的最大溶解氧含量大于等于确定得到的能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的上限值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的pH值的上限值不超过140μg/L。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定换流阀内冷水的pH值的下限值通过下述方式进行：

基于换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件的耐酸腐蚀性，确定能够使换流阀内冷水系统中与内冷水接触的各个部件均不发生酸性腐蚀的pH值作为换流阀内冷水的pH值的下限值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，确定得到的换流阀内冷水的pH值的下限值不低于5.6。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值不低于晶闸管截止时能够实现铝散热器内发生利用溶解氧形成Al₂O₃的换流阀内冷水的最低溶解氧含量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，能够抑制铝散热器腐蚀的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值为25-50μg/L。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值进行换流阀内冷水水质控制通过下述方式进行：

基于确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值和下限值以及溶解氧含量的上限值和下限值，控制换流阀内冷水的pH值不超过确定得到的换流阀内冷水的pH值的上限值且不低于确定得到的换流阀内冷水的pH值的下限值，同时控制换流阀内冷水的溶解氧含量不超过确定得到的换流阀内冷水的溶解氧含量的上限值且不低于确定得到的换流阀内冷水的溶解氧含量的下限值。