本發(fā)明涉及電力工程技術領域，具體涉及一種高壓直流閥內冷系統的模擬試驗系統。

背景技術：

高壓直流輸電(hvdc)以其輸電走廊窄、輸電效率高、功率損耗小等特點，成為資源優(yōu)化配置和西電東送戰(zhàn)略實施的首選，有效緩解了我國能源資源分布不均勻且用電負荷不均衡的矛盾，在國內得到了快速發(fā)展。其中，換流閥是高壓直流輸電系統的核心設備，其實現交直流電的轉換。晶閘管是換流器的基本構成單元，在正常換相過程中，會產生大量的熱量，且隨著高壓直流輸電系統的發(fā)展，輸送容量的提升，晶閘管產生的熱量更大，這就需要換流閥的輔助系統閥冷系統(鋁制散熱器)來維持其溫度在合理范圍內，以保障換流閥的正常工作。但在實際生產中，鋁質散熱器會與水和水中的溶解氧發(fā)生相互作用發(fā)生腐蝕與沉積而形成水垢，閥冷內冷水系統運行一定周期后，腐蝕產生的水垢就會堆積，阻塞冷卻水回路導致元件散熱不暢，影響高壓直流系統的正常運行，嚴重時甚至導致閉鎖，產生巨大的經濟損失和社會影響?？梢婁X制散熱器的腐蝕在高壓直流輸電系統中是致命的，如果不能解決鋁質散熱器的腐蝕問題，高壓直流輸電系統的正常運行就不能保證。因此，鋁質散熱器的腐蝕與結垢問題，已經成為影響整個高壓直流輸電系統的安全穩(wěn)定運行的因素，需對其開展研究。

對于內冷水系統的腐蝕結垢問題，其主要表現形式之一就是均壓電極的結垢。結垢致使均壓電極與內冷水之間接觸電阻大增而產生電壓降，進而弱化平衡電位的作用。另外，電極表面的結垢物脫落進入水管，導致水管變窄甚至堵塞過濾網，進而影響水流量以及晶閘管的散熱效果，成為影響高壓直流輸電系統運行的主要不穩(wěn)定因素之一。

上述均壓電極問題的發(fā)生，對均壓電極結垢的研究提出了迫切需求，近幾年來，超高壓輸電公司針對換流閥內冷水系統腐蝕，開展了不少研究工作。解決了一些問題，如減少了水管內結垢物的量，但仍存在堵塞的危險，檢修時均壓電極的結垢物仍是層出無窮。研究大多著眼于加強閥冷系統的控制和管理，已取得不小的生產改進效果，同時結合直流輸電工程停電檢修期間開展的均壓電極除垢工作，基本上避免了由于結垢導致的生產事故的發(fā)生，但結垢的情況仍未徹底解決?？梢?，我們沒有弄清楚閥塔內冷水系統電化學腐蝕的機理，所以也就未抓住材料腐蝕進而結垢的“牛鼻子”。如要徹底解決閥塔內冷水系統腐蝕的問題，有必要深入研究其腐蝕的基礎問題，從其根本點來抑制腐蝕的發(fā)生。

技術實現要素：

本發(fā)明目的在于提供一種高壓直流閥內冷系統的模擬試驗系統，可用于對高壓直流閥內冷系統進行試驗研究，并能對內冷水電導率、ph值、二氧化碳及氧氣濃度、流量、壓力、溫度、散熱片材質等影響因素進行對比分析研究。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種高壓直流閥內冷系統的模擬試驗系統，其包括過濾模塊、檢測裝置和循環(huán)模塊；

循環(huán)模塊包括離子交換器、主循環(huán)泵、加熱水箱、鋁散熱器、膨脹水箱以及冷凍機，主循環(huán)泵輸出口通過管道依次經加熱水箱、鋁散熱器、膨脹水箱后與冷凍機入口連接，冷凍機出口通過管道與主循環(huán)泵輸入口連接從而組成主循環(huán)回路，離子交換器出口經出水管與位于冷凍機出口與主循環(huán)泵輸入口之間的管道連通，出水管上設有進水閥；檢測裝置設置在鋁散熱器與膨脹水箱之間管道上、且用于檢測水中的溶解氧濃度、離子濃度、電導率及ph值；過濾模塊出口與離子交換器入口相連接。

所述過濾模塊包括：預處理過濾器、一級反滲透裝置、二級反滲透裝置、edi除鹽裝置和純水箱，所述預處理過濾器出口通過管道依次經一級反滲透裝置、二級反滲透裝置、edi除鹽裝置和純水箱后與離子交換器入口連接。

進一步地，所述離子交換器為陰陽離子交換器。

作為本發(fā)明的一種改進，所述模擬試驗系統包括補水裝置，補水裝置包括補水箱和補水泵，補水箱出口與補水泵入口連接，補水泵出口與純水箱入口連接，補水泵出口與純水箱入口之間連接有冷凍機和edi除鹽裝置，補水泵出口與純水箱入口之間設有水閥。

進一步地，所述檢測裝置包括溶解氧傳感器、離子濃度測量儀、電導率測量儀及ph值測量儀。

作為本發(fā)明的一種改進，所述主循環(huán)回路上設有自動排氣閥。

作為本發(fā)明的一種改進，所述主循環(huán)回路上設有co2和o2調節(jié)模塊，co2和o2調節(jié)模塊包括co2儲罐和o2儲罐，co2儲罐和o2儲罐的出口分別經閥門與主循環(huán)回路連通。

作為本發(fā)明的一種改進，所述膨脹水箱上設有氮氣罐，氮氣罐的出口經電磁閥與膨脹水箱相連通，膨脹水箱頂部設有安全閥。

所述鋁散熱器為兩組鋁散熱器，每組鋁散熱器包括有若干個鋁散熱器，其中一組鋁散熱器的表面鍍有抗腐蝕性材料。

所述離子交換器與主循環(huán)泵之間設有壓力表，所述主循環(huán)泵與加熱水箱之間設有水溫計，所述加熱水箱與鋁散熱器之間設有流量計。

與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明可用于對高壓直流閥內冷系統進行試驗研究，對閥內冷系統鋁散熱器腐蝕及均壓電極結垢現狀進行試驗；另一方面可以從內冷水電導率、ph值、二氧化碳及氧氣濃度、流量、壓力、溫度、散熱片材質等方面對于散熱片腐蝕及均壓電極結垢的影響做定性定量分析，根據試驗結果，可以對閥內冷系統進行改造優(yōu)化，并能夠據此提出閥內冷系統腐蝕結垢問題整治方案，從根本上解決直流工程閥內冷系統散熱器及均壓電極密封圈腐蝕、均壓電極結垢問題，大大提高閥冷系統運行可靠性，降低因結垢問題導致的閉鎖風險，提高電網的安全穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的示意圖；

圖2為本發(fā)明模擬試驗時的電路連接圖；

圖3為本發(fā)明模擬試驗時鋁散熱器串聯連接的示意圖；

圖4為本發(fā)明模擬試驗時鋁散熱器并聯連接的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部內容。

實施例

如圖1所示，一種高壓直流閥內冷系統的模擬試驗系統，其包括過濾模塊20、檢測裝置30和循環(huán)模塊10。

循環(huán)模塊10包括離子交換器16、主循環(huán)泵11、加熱水箱12、鋁散熱器13、膨脹水箱14以及冷凍機15，主循環(huán)泵11輸出口通過管道依次經加熱水箱12、鋁散熱器13、膨脹水箱14后與冷凍機15入口連接，冷凍機15出口通過管道與主循環(huán)泵11輸入口連接從而組成主循環(huán)回路，離子交換器16出口經出水管與位于冷凍機15出口與主循環(huán)泵11輸入口之間的管道連通，出水管上設有進水閥。為了保證實驗裝置正常運轉，主循環(huán)泵11設有兩臺，互為備用，正常情況下，僅有一臺循環(huán)泵運行，兩臺泵按一定的時間周期進行切換，主循環(huán)泵11主要用于給內冷水系統提供循環(huán)動力。

檢測裝置30設置在鋁散熱器13與膨脹水箱14之間管道上、且用于檢測水中的溶解氧濃度、離子濃度、電導率及ph值。具體地，檢測裝置30包括溶解氧傳感器、31離子濃度測量儀32、電導率測量儀33及ph值測量儀34。

過濾模塊20出口與離子交換器16入口相連接；其中，過濾模塊20包括預處理過濾器21、一級反滲透裝置22、二級反滲透裝置23、edi除鹽裝置24和純水箱25，所述預處理過濾器21出口通過管道依次經一級反滲透裝置22、二級反滲透裝置23、edi除鹽裝置24和純水箱25后與離子交換器16入口連接。在使用時，以自來水作為介質，由于自來水并不是純水，因此必須使用過濾模塊進行過濾處理，自來水首先經過預處理過濾器后過濾掉雜質，然后再經一級反滲透裝置和二級反滲透裝置后獲得純度較高的水，最后經過edi除鹽裝置進行處理后獲得超純水，保證了水介質的質量。而且，純水箱25出口與離子交換器16入口之間設有水閥，以便于控制循環(huán)過程。

在本實施例中，所述離子交換器16為陰陽離子交換器，陰陽離子交換器的陰樹脂161和陽樹脂162分別依次與電導率傳感器163、流量觀測孔164及過濾器165連接后并聯，用于進行內冷水的離子交換，確保內冷水電導率處于較低水平，其中陰樹脂和陽樹脂的比例是可調節(jié)的。

如圖2所示，在使用本發(fā)明對高壓直流閥內冷系統進行模擬試驗時，鋁散熱器13環(huán)繞在換流閥的晶閘管200上，鋁散熱器13進水管131和出水管132的兩端分別安裝有正均壓電極400和負均壓電極500，當鋁散熱器的數量為多個時，多個鋁散熱器13通過均勻電阻300相互連接，然后將ac220kv直流電源100連接在晶閘管200的陰極和陽極，正均壓電極400和負均壓電極500分別與ac220kv直流電源100的正負極連接。對于內冷水電導率因素，一般直流換流站內冷水電導率控制在0.05～0.15μs/cm，離子交換器出水電導率控制在0.03～0.11μs/cm，調整離子交換器中的離子樹脂的含量濃度，可以調整內冷水的電導率，可以分別設置離子樹脂的含量濃度為1g/l、5g/l、10g/l、15g/l、20g/l、25g/l、30g/l，保證其他因素不變，研究在不同離子樹脂濃度下鋁散熱器腐蝕及均壓電極結垢的情況。

對于溫度因素，通過加熱水箱進行設置，可以研究內冷水在進入散熱器時溫度分別為40℃、45℃、50℃、55℃時鋁散熱器腐蝕及均壓電極結垢的情況。

對于流量因素，可以設置內冷水的流速即調整主循環(huán)泵的轉速，可以研究主循環(huán)泵轉速分別為1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min情況下鋁散熱器腐蝕及均壓電極結垢的情況。

在本實施例中，所述主循環(huán)回路上設有自動排氣閥70。自動排氣閥主要作用是自動排掉循環(huán)回路內的氣體。另外，離子交換器16與主循環(huán)泵11之間設有壓力表17，主循環(huán)泵11與加熱水箱12之間設有水溫計18，加熱水箱12與鋁散熱器13之間設有流量計19。

在本實施例中，所述膨脹水箱14上設有氮氣罐141，氮氣罐141的出口經電磁閥142與膨脹水箱14相連通，膨脹水箱14頂部設有安全閥。膨脹水箱采用密封式膨脹水箱，并與氮氣罐連接，使用不易發(fā)生化學反應的氮氣穩(wěn)壓，也可實現內水冷系統穩(wěn)壓的作用。膨脹水箱內恒定壓力的氮氣可維持換流閥水冷系統中的壓力和容納閥冷系統中冷卻介質因溫度變化而引起的體積膨脹。內部氮氣壓力比大氣壓力高0.3～0.5個大氣壓力，并通過控制系統維持氣壓差穩(wěn)定，如果將膨脹水箱移至地面，則需再加上閥塔高度的具有的壓力，即原膨脹水箱距地面高度具有的壓力。當膨脹罐內壓力低于一定值時，打開氮氣源出口的電磁閥向膨脹罐內輸入壓力，維持膨脹罐內壓力恒定；當膨脹罐內壓力超高時，安全閥自動打開排氣，維持膨脹罐內壓力恒定。對于壓力因素，通過氮氣罐調節(jié)壓力，可以研究其壓力為5、5.5、6、6.5、7bar時，鋁散熱器的腐蝕及均壓電極結垢的情況。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述模擬試驗系統包括補水裝置40，補水裝置40包括補水箱42和補水泵41，補水箱42出口與補水泵41入口連接，補水泵41出口與純水箱25入口連接，補水泵41出口與純水箱25入口之間連接有冷凍機43和edi除鹽裝置44，補水泵41出口與純水箱25入口之間設有水閥；另外補水泵41出口也通過水閥與主循環(huán)回路相連通。當內冷水不足即膨脹箱水位低于30％時啟動補水泵給內冷水系統進行補水，補水通過冷卻和除鹽后進入純水箱或主循環(huán)回路。其中，補水泵41有兩臺，互為備用，正常情況下，僅有一臺補水泵運行，兩臺泵按一定的時間周期進行切換，補水泵41主要用于將補水輸送至主循環(huán)回路或純水箱中。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述主循環(huán)回路上設有co2和o2調節(jié)模塊50，co2和o2調節(jié)模塊50包括co2儲罐51和o2儲罐52，co2儲罐51和o2儲罐52的出口分別經閥門與主循環(huán)回路連通。對于二氧化碳及氧氣的濃度，可以通過co2和o2調節(jié)模塊中的co2罐和o2罐進行調節(jié)，根據電化學反應原理，氧氣直接參與原電池反應，與水和鋁反應形成氫氧化鋁，因此內冷水含氧量多少直接影響原電池反應進程，進而影響腐蝕速率，設置溶解氧的濃度分別為1.5mg/l、2mg/l、2.5mg/l、3mg/l、3.5mg/l、4mg/l、4.5mg/l，研究在不同氧氣濃度下鋁散熱器腐蝕及均壓電極結垢的情況。

同樣，在內冷水中加入co2可以抑制換流閥冷卻液中的al(oh)3含量，從而阻止電極結垢的生成。原理如下：h2o+co2＝h2co3

al(oh)3+h2co3＝halo2+2h2o+co2

同樣設置不同的co2濃度研究在不同co2濃度下鋁散熱器腐蝕及均壓電極結垢的情況。然而內冷水中加入co2會使內冷水偏酸性，雖然能抑制均壓電極結垢但卻會加速鋁散熱器腐蝕，通過模擬試驗可以找出最優(yōu)濃度。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述鋁散熱器13為兩組鋁散熱器，每組鋁散熱器包括有若干個鋁散熱器13，其中一組鋁散熱器的表面鍍有抗腐蝕性材料。對于散熱器材質，在實施例中提供鍍膜和未鍍膜兩組鋁散熱器，不僅可以對比實驗鍍膜和未鍍膜情況下散熱器的腐蝕情況，也可以進一步的對鋁散熱器鍍不同的膜，研究其不同鍍膜下的情況。如圖3和圖4所示，若干個鋁散熱器的進出水方式可以是若干個鋁散熱器并聯進出水的方式；也可以是兩組的若干個鋁散熱器各自串聯進出水后，再相互并聯，從而可以研究其在不同水路情況下的鋁散熱器腐蝕及均壓電極結垢的情況。

本發(fā)明可以設置電化學工作站60，電化學工作站60用于顯示監(jiān)測試驗裝置運行中的參數和控制試驗裝置運行的過程，電化學工作站60可以用于顯示溶解氧、離子濃度、電導率、ph值、壓力、流量、溫度和液位等數值，同時可以控制主循環(huán)泵、補水泵、加熱水箱、冷卻機、閥門以及電壓源。電化學工作站60直觀顯示檢測儀器監(jiān)測的溶解氧、離子濃度、電導率及ph值，壓力表監(jiān)測的壓力值，流量計監(jiān)測的流量值，溫度計監(jiān)測的溫度值，膨脹水箱的液位值。

綜上所述，本發(fā)明通過主循環(huán)泵輸出口通過管道依次經加熱水箱、鋁散熱器、膨脹水箱后與冷凍機入口連接，冷凍機出口通過管道與主循環(huán)泵輸入口連接從而組成主循環(huán)回路，從而構成摸你試驗裝置，本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明可用于對高壓直流閥內冷系統進行試驗研究，對閥內冷系統鋁散熱器腐蝕及均壓電極結垢現狀進行試驗；

2、可以從內冷水電導率、ph值、二氧化碳及氧氣濃度、流量、壓力、溫度、散熱片材質等方面對于散熱片腐蝕及均壓電極結垢的影響做定性定量分析，；

3、根據試驗結果，可以對閥內冷系統進行改造優(yōu)化，并能夠據此提出閥內冷系統腐蝕結垢問題整治方案，從根本上解決直流工程閥內冷系統散熱器及均壓電極密封圈腐蝕、均壓電極結垢問題，大大提高閥冷系統運行可靠性，降低因結垢問題導致的閉鎖風險，提高電網的安全穩(wěn)定性。

上列詳細說明是針對本發(fā)明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。