CN115791584A - 一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法、系统，所述均压电极表面阻抗测量及失效判定方法包括：采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值，获得电极对间的阻抗测量值；其中，所述电极对由正电位侧电极和负电位侧电极构成；将所述电极对间的阻抗测量值与预获取的标准标定值进行比对，获得比对结果；基于所述比对结果，实现均压电极失效判定。本发明提供的技术方案具体是一种快捷、方便、无损的均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，在保证电极抽检质量的同时，可缩短检修时间，能够解决均压电极结垢程度测量作业工序繁琐、工期长、风险大的痛点问题。

Description

一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法、系统

技术领域

本发明属于均压电极腐蚀结垢技术领域，特别涉及一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法、系统。

背景技术

换流阀是直流输电系统中最核心的设备之一，换流阀正常运行时，晶闸管通过大电流的同时产生高热量，晶闸温度急剧上升；因此，必须对晶闸管进行有效冷却，否则晶闸管会被烧坏；现有解决方案中，一般通过内冷水冷却与晶闸管紧密接触的铝合金散热器实现晶闸管散热。上述现有解决方案中，为了避免换流阀内冷水主管路内外壁电压分布不均发生放电，以及阀组件内金属设备与水路接触产生泄漏电流，在阀塔主内冷水管上及阀组件内的配水、汇水管上安装有铂电极，以实现主水冷管路内外壁电压均匀及释放泄漏电流，使泄漏电流从金属转移到惰性的铂电极上，从而避免金属设备的腐蚀。

根据电吸附除盐、电晕放电的形成机制、电化学双电层理论，均压电极表面应该形成12脉冲双电层，即电极表面双电层是阴、阳极性反复交替建立的，其电化学反应也应该是交替进行的，即电极表面交替出现酸、碱性微环境和正负强电场。由于均压电极的形状为圆柱体接半球顶端，在电极附近等电位线分布较密集，距离电极较远时，等电位线逐渐变疏。等电位线的疏密反应了电场强度的强弱，半球头电极表面电场强度最大；另外，电极半球头顶端轴向方向的电场强度较其他非轴向以及圆柱径向空间的电场强度大。电极结垢也主要集中在电极半球头顶端，该形貌特征说明电极结垢厚度与电场强度正相关；同时，电极表面也发生电沉积反应，电极表面也可能存在物理吸附反应，即Al(OH)₃在电场静电力作用下吸附于电极表面。调研及试验均发现电极正电位处较负电位处结垢严重且也更为致密的规律，垢层呈现为坚硬的黑色毛刺状，XRD检测分析表明其主要成分为β-Al(OH)₃(96％～98％)，次要成分为α-Al(OH)₃(2％～3％)。

均压电极结垢一般存在如下危害：一是在阀塔振动及水流扰动情况下容易导致结垢脱落堵塞内冷水管路，换流阀散热不良造成阀塔设备损坏，严重时直接经济损失将以亿元人民币计；二是电极结垢后有效放电面积缩小，导致其密封圈腐蚀漏水，引发直流闭锁，造成直流输电工程长期停运，影响跨区电力交易；三是均压电极结垢没有及时处理或者处理工艺控制不当，也可能造成导致结垢脱落堵塞内冷水管路，进而损坏阀塔设备。因此，及时准确地掌握均压电极表面结垢情况可防患于未然，是换流阀设备的安全稳定运行的有力保障。

目前，现有传统的电极结垢抽检工作，需要至少5～7人和7个关键步骤，大致包括：1)确定抽检位置；2)放水；3)拆卸电极；4)电极检测；5)电极清理；6)电极复位安装；7)注水、排气、压力试验；上述这些关键步骤基本都是高空作业，不仅工作量大且费时费力，还容易损伤阀组件；因此，亟需一种新的均压电极表面阻抗测量及失效判定方法、系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法、系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案具体是一种快捷、方便、无损的均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，在保证电极抽检质量的同时，可缩短检修时间，能够解决均压电极结垢程度测量作业工序繁琐、工期长、风险大的痛点问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，包括以下步骤：

采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值，获得电极对间的阻抗测量值；其中，所述电极对由正电位侧电极和负电位侧电极构成；

将所述电极对间的阻抗测量值与预获取的标准标定值进行比对，获得比对结果；基于所述比对结果，实现均压电极失效判定。

本发明的进一步改进在于，所述采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值的步骤中，采用测试频率为1kHz～10kHz的阻抗测试仪进行采集。

本发明的进一步改进在于，所述采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值的步骤中，所述均压电极两端为安装于阀组件配水管上的相邻的均压电极的两端。

本发明的进一步改进在于，获取所述电极对的步骤包括：

在不知正电位侧电极和负电位侧电极的前提下，获取多对电极对之间的阻抗测量值；

根据所述多对电极对之间的阻抗测量值分析确定正电位侧电极和负电位侧电极；其中，正电位侧电极之间的阻抗值最大，负电位侧电极之间的阻抗值最小，正电位侧电极和负电位侧电极之间的阻抗值居中。

本发明的进一步改进在于，所述预获取的标准标定值为预先获取的均压电极失效时的回路阻抗均值。

本发明的进一步改进在于，所述基于所述比对结果，实现均压电极失效判定的步骤包括：

若所述电极对间的阻抗测量值小于所述预获取的标准标定值，则判定均压电极未失效；若所述电极对间的阻抗测量值大于等于所述预获取的标准标定值，则判定均压电极失效。

本发明提供的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定系统，包括：

数据采集获取模块，用于采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值，获得电极对间的阻抗测量值；其中，所述电极对由正电位侧电极和负电位侧电极构成；

数据比对判定模块，用于将所述电极对间的阻抗测量值与预获取的标准标定值进行比对，获得比对结果；基于所述比对结果，实现均压电极失效判定。

本发明的进一步改进在于，所述采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值的步骤中，采用测试频率为1kHz～10kHz的阻抗测试仪进行采集。

本发明的进一步改进在于，获取所述电极对的步骤包括：

在不知正电位侧电极和负电位侧电极的前提下，获取多对电极对之间的阻抗测量值；

根据所述多对电极对之间的阻抗测量值分析确定正电位侧电极和负电位侧电极；其中，正电位侧电极之间的阻抗值最大，负电位侧电极之间的阻抗值最小，正电位侧电极和负电位侧电极之间的阻抗值居中。

本发明的进一步改进在于，所述基于所述比对结果，实现均压电极失效判定的步骤包括：

若所述电极对间的阻抗测量值小于所述预获取的标准标定值，则判定均压电极未失效；若所述电极对间的阻抗测量值大于等于所述预获取的标准标定值，则判定均压电极失效。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，包括测量阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值的数据测量步骤和将阻抗测量值与标准标定值进行比对的比对判定步骤，基于比对结果可实现均压电极失效判定的数据分析。本发明提供的方法可实现均压电极表面阻抗的原位测量，不需要拆除均压电极，无需排水及后续压力试验等作业工序，具有操作简单、测量准确等优点，在保证电极抽检质量的同时，可缩短检修时间，为提高换流站直流能量可用率指标和保证大电网安全提供了技术保障；可解决换流站阀冷系统中均压电极结垢程度测量作业工序繁琐、工期长、风险大的痛点，具备可复制、可推广性，提高工作效率，为进一步保障换流阀安全稳定提供了一种简单易行的技术方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中，测量示意图；

图中，1、阻抗测试装置；2、均压电极；3、阀组件配水管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1，本发明实施例提供的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，具体包括以下步骤：

步骤1，数据测量，包括：采用阻抗测试装置测量换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值，获得电极对之间的阻抗测量值；其中，电极对由正电位侧电极和负电位侧电极构成；均压电极两端优选的为相邻的均压电极两端；

步骤2，数据分析及失效判定，包括：将所述阻抗测量值与预获取的标准标定值进行比对，获得比对结果；基于所述比对结果，最终实现均压电极失效判定。

本发明实施例具体解释性的，换流阀阀塔同一阀段上相邻的均压电极为安装于阀组件配水管上的均压电极。

本发明实施例中，步骤1具体示例性的可包括以下步骤：将阻抗测试装置1测量导线夹持在换流阀阀塔同一阀段上相邻的均压电极2顶端，触发测量按钮，待数据稳定后记录该阻抗值；其中，阻抗测试装置1为测试频率为1kHz～10kHz的阻抗测试仪。

本发明实施例中，正电位侧电极和负电位侧电极的确定步骤包括：在不知正电位侧电极和负电位侧电极的前提下，获取多对电极对之间的阻抗测量值；根据电极对之间的阻抗测量值分析确定正电位侧电极和负电位侧电极；其中，正电位侧电极之间阻抗值最大，负电位侧电极之间的阻抗值最小，正电位侧和负电位侧均压电极之间的阻抗值居中。

本发明实施例具体解释性的，所述数据分析及失效判定步骤中的标准标定值为预先获取的均压电极未结垢前的回路阻抗均值(最小标准标定值)，或均压电极失效后的回路阻抗均值(最大标准标定值)；其中，均压电极失效是指电极结垢后垢层覆盖其铂金部分100％，需要根据抽检检查确定，并测量内冷水水质参数下的电极对之间的阻抗值，以此作为标准标定值。

本发明实施例中，步骤2中数据分析及失效判定步骤中的失效判定方法具体包括：若实际测量的最大均压电极阻抗值小于标准标定值，则判定均压电极未失效，无需除垢；若实际测量的任何一次均压电极阻抗值大于等于标准标定值，则判定均压电极失效，需及时进行除垢作业。

本发明实施例提供的技术方案的技术原理表述为：基于结垢致密性结构、覆盖程度和化学性质，均压电极垢层表现了极高的电荷传输电阻；垢层与均压电极之间的结合可简化为多孔介质包覆与金属电极上，电荷从垢层的孔隙中与溶液、裸露的金属表面与溶液进行转移，随着垢层的逐渐增厚，裸露的金属面被结垢逐渐全覆盖，孔隙逐渐变小或变少，电荷转移电阻则逐渐增大(这种电荷转移电阻由金属与结垢层、结垢内部空隙、结垢层与内冷水之间、金属与内冷水之间的电容、电感、电阻串并联组成)；垢层未完全覆盖电极金属部分时，电流通过未覆盖的金属部分流入内冷水，此时阻抗较小，当垢层完全覆盖电极金属部分时，电流穿过垢层孔隙流入内冷水，此时阻抗较大；通过阻抗测量，可量化该电荷转移电阻的具体数值；通过与电极失效时的阻抗值(即垢层完全覆盖电极金属部分时的阻抗值)进行比对，从而判断均压电极是否失效，垢层的厚度是否达到需及时除垢的状态，进而获得均压电极除垢节点。本发明提供的技术方案可实现均压电极表面阻抗的原位测量，不需要拆除均压电极，无需排水及后续压力试验等作业工序，具有操作简单、测量准确等优点。

请参阅图2，本发明实施例的多次测量中，将阻抗测试装置1的测量导线夹持在阀组件配水管3上安装的相邻的均压电极2的E6与E4顶端，触发测量按钮，待数据稳定后记录该阻抗值；将阻抗测试装置1的测量导线夹持在阀组件配水管3安装的相邻的均压电极2的E7与E8顶端，触发测量按钮，待数据稳定后记录该阻抗值；将阻抗测试装置1的测量导线夹持在阀组件配水管3上安装的相邻的均压电极2的E8与E10顶端，触发测量按钮，待数据稳定后记录该阻抗值；其中，关于均压电极具体解释性的，E5、E6、E7、E8为晶闸管正电位侧均压电极，E3、E4、E9、E10为晶闸管负电位侧均压电极。

基于上述多次测量所测得的阻抗测量值，与均压电极失效时的表面阻抗均值(也即标准标定值)进行比对，若实际测量的最大均压电极阻抗值小于标准标定值，则判定均压电极未失效，无需除垢；若实际测量的任何一项均压电极阻抗值大于等于标准标定值，则判定均压电极失效，需及时进行除垢作业。

本发明实施例中，以某换流站均压电极失效时的平均表面阻抗值为例；某年检停运期间，内冷水电导率为0.2μS/cm；采用阻抗测试仪测得换流阀阀塔A相第一层、B相第一层、C相第一层，共三处配水管均压电极2的E5和E3两端阻抗值，最大值为0.35MΩ，根据表1的判定参数表，可得出本次年检暂不需除垢。

表1.均压电极表面阻抗判定参数表

下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。

本发明实施例中，提供一种均压电极表面阻抗测量及失效判定系统，包括：

数据采集获取模块，用于采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值，获得电极对间的阻抗测量值；其中，所述电极对由正电位侧电极和负电位侧电极构成；

数据比对判定模块，用于将所述电极对间的阻抗测量值与预获取的标准标定值进行比对，获得比对结果；基于所述比对结果，实现均压电极失效判定。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值，获得电极对间的阻抗测量值；其中，所述电极对由正电位侧电极和负电位侧电极构成；

将所述电极对间的阻抗测量值与预获取的标准标定值进行比对，获得比对结果；基于所述比对结果，实现均压电极失效判定。

2.根据权利要求1所述的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，其特征在于，所述采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值的步骤中，采用测试频率为1kHz～10kHz的阻抗测试仪进行采集。

3.根据权利要求1所述的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，其特征在于，所述采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值的步骤中，所述均压电极两端为安装于阀组件配水管上的相邻的均压电极的两端。

4.根据权利要求1所述的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，其特征在于，获取所述电极对的步骤包括：

在不知正电位侧电极和负电位侧电极的前提下，获取多对电极对之间的阻抗测量值；

根据所述多对电极对之间的阻抗测量值分析确定正电位侧电极和负电位侧电极；其中，正电位侧电极之间的阻抗值最大，负电位侧电极之间的阻抗值最小，正电位侧电极和负电位侧电极之间的阻抗值居中。

5.根据权利要求1所述的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，其特征在于，所述预获取的标准标定值为预先获取的均压电极失效时的回路阻抗均值。

6.根据权利要求1所述的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定方法，其特征在于，所述基于所述比对结果，实现均压电极失效判定的步骤包括：

若所述电极对间的阻抗测量值小于所述预获取的标准标定值，则判定均压电极未失效；若所述电极对间的阻抗测量值大于等于所述预获取的标准标定值，则判定均压电极失效。

7.一种均压电极表面阻抗测量及失效判定系统，其特征在于，包括：

数据采集获取模块，用于采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值，获得电极对间的阻抗测量值；其中，所述电极对由正电位侧电极和负电位侧电极构成；

数据比对判定模块，用于将所述电极对间的阻抗测量值与预获取的标准标定值进行比对，获得比对结果；基于所述比对结果，实现均压电极失效判定。

8.根据权利要求7所述的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定系统，其特征在于，所述采集获取换流阀阀塔同一阀段上均压电极两端的阻抗值的步骤中，采用测试频率为1kHz～10kHz的阻抗测试仪进行采集。

9.根据权利要求7所述的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定系统，其特征在于，获取所述电极对的步骤包括：

在不知正电位侧电极和负电位侧电极的前提下，获取多对电极对之间的阻抗测量值；

根据所述多对电极对之间的阻抗测量值分析确定正电位侧电极和负电位侧电极；其中，正电位侧电极之间的阻抗值最大，负电位侧电极之间的阻抗值最小，正电位侧电极和负电位侧电极之间的阻抗值居中。

10.根据权利要求7所述的一种均压电极表面阻抗测量及失效判定系统，其特征在于，所述基于所述比对结果，实现均压电极失效判定的步骤包括：

若所述电极对间的阻抗测量值小于所述预获取的标准标定值，则判定均压电极未失效；若所述电极对间的阻抗测量值大于等于所述预获取的标准标定值，则判定均压电极失效。

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