本發(fā)明涉及換流閥內(nèi)冷水防腐蝕結(jié)垢技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳裝置及方法。

背景技術(shù)：

高壓直流輸電技術(shù)是現(xiàn)今世界上最先進(jìn)最節(jié)能的輸變電技術(shù)之一，也是中國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)裝備領(lǐng)域。其中，換流閥是直流輸電系統(tǒng)中最核心的設(shè)備之一，通常采用空氣絕緣、水冷卻的戶內(nèi)懸吊式結(jié)構(gòu)。晶閘管導(dǎo)通時(shí)通過(guò)大電流，產(chǎn)生高熱量，導(dǎo)致晶閘管溫度急劇上升，如果不對(duì)晶閘管進(jìn)行有效冷卻，晶閘管將被燒壞，因此，通過(guò)內(nèi)冷水冷卻與晶閘管緊密接觸的鋁合金散熱器實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管散熱。為了避免換流閥內(nèi)冷水主管路內(nèi)外壁電壓分布不均發(fā)生放電，及閥組件內(nèi)金屬設(shè)備與水路接觸產(chǎn)生泄漏電流，在閥塔主內(nèi)冷水管上及閥組件內(nèi)的配水、匯水管上安裝了鉑電極，以實(shí)現(xiàn)主水冷管路內(nèi)外壁電壓均勻及釋放泄漏電流，使泄漏電流從金屬轉(zhuǎn)移到惰性的鉑電極上，避免了金屬設(shè)備的腐蝕。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，均壓電極易發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，一般存在如下危害：一是在閥塔振動(dòng)及水流擾動(dòng)情況下容易導(dǎo)致結(jié)垢脫落堵塞內(nèi)冷水管路，換流閥散熱不良造成閥塔設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)直接經(jīng)濟(jì)損失將以億元人民幣計(jì)；二是電極結(jié)垢后有效放電面積縮小，導(dǎo)致其密封圈腐蝕漏水，引發(fā)直流閉鎖，造成直流輸電工程長(zhǎng)期停運(yùn)，影響跨區(qū)電力交易，經(jīng)濟(jì)損失將以千萬(wàn)元人民幣計(jì)；三是均壓電極結(jié)垢沒(méi)有及時(shí)處理或者處理工藝控制不當(dāng)，也可能造成導(dǎo)致結(jié)垢脫落堵塞內(nèi)冷水管路，進(jìn)而損壞閥塔設(shè)備。

均壓電極結(jié)垢是表面現(xiàn)象，更深層次的原因是鋁合金散熱器的電解腐蝕。研究發(fā)現(xiàn)：首先，在水溶液中，即使二氧化碳濃度很高，對(duì)鋁合金的腐蝕作用微乎其微。其次，酸性介質(zhì)的加入，將會(huì)溶解均壓電極表面初期沉積的鋁基化合物。

為解決這一問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)一種換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳裝置及方法，從而解決換流站閥冷系統(tǒng)中均壓電極結(jié)垢及晶閘管散熱器腐蝕問(wèn)題，保障其穩(wěn)定、安全運(yùn)行，是目前急待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳裝置及方法，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)自動(dòng)化控制，向內(nèi)冷水系統(tǒng)中注入二氧化碳，調(diào)節(jié)水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)阻垢防腐的功能，具有阻垢防腐效果優(yōu)良、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳裝置，包括二氧化碳存儲(chǔ)裝置、控制裝置、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、氣體質(zhì)量控制器、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第一電導(dǎo)率傳感器、第二電導(dǎo)率傳感器和止回閥；

二氧化碳存儲(chǔ)裝置通過(guò)主氣體管道連接加氣旁路，加氣旁路連接換流閥內(nèi)冷水管道；

主氣體管道從二氧化碳存儲(chǔ)裝置出口至加氣旁路依次設(shè)置有第一壓力傳感器、氣體質(zhì)量控制器、第一電磁閥和止回閥；加氣旁路包括入水口、出水口和加氣口，加氣旁路的入水口和出水口均連接換流閥內(nèi)冷水管道，加氣旁路的加氣口連接主氣體管道的出口；

第二電磁閥和第一電導(dǎo)率傳感器安裝于加氣旁路的加氣口與出水口之間的管路上，第三電磁閥安裝于加氣旁路的入水口與出水口之間的換流閥內(nèi)冷水管路上，第四電磁閥和第二電導(dǎo)率傳感器安裝于加氣旁路的加氣口與入水口之間的管路上；

第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、氣體質(zhì)量控制器、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第一電導(dǎo)率傳感器、第二電導(dǎo)率傳感器均連接控制裝置。

進(jìn)一步的，所述二氧化碳存儲(chǔ)裝置提供二氧化碳?xì)庠?，選用儲(chǔ)罐或鋼瓶，一用一備或一用多備；所述二氧化碳存儲(chǔ)裝置的出口帶有減壓閥。

進(jìn)一步的，所述控制裝置為帶觸摸屏的PLC控制模塊。

進(jìn)一步的，當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅?、第二壓力傳感器、第一電?dǎo)率傳感器、第二電導(dǎo)率傳感器的監(jiān)測(cè)參數(shù)滿足控制裝置設(shè)定的加碳條件時(shí)，控制裝置發(fā)出動(dòng)作指令，氣體質(zhì)量控制器、第一電磁閥、第二電磁閥、第四電磁閥及止回閥打開(kāi)，第三電磁閥關(guān)閉，開(kāi)啟加碳模式；二氧化碳存儲(chǔ)裝置通過(guò)加氣旁路將二氧化碳?xì)怏w注入換流閥內(nèi)冷水管道中，提高換流閥內(nèi)冷水中的二氧化碳濃度；

當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅?、第二壓力傳感器、第一電?dǎo)率傳感器、第二電導(dǎo)率傳感器的監(jiān)測(cè)參數(shù)不滿足PLC控制模塊設(shè)定的加碳條件時(shí)，則氣體質(zhì)量控制器、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥及止回閥反向動(dòng)作，關(guān)閉加碳模式。

進(jìn)一步的，控制裝置通過(guò)氣體質(zhì)量控制器向換流閥內(nèi)冷水精確添加二氧化碳，二氧化碳溶于高純水中，與水分子結(jié)合成碳酸，碳酸經(jīng)二級(jí)電離成H⁺、HCO₃^-，H⁺中和內(nèi)冷水的[Al(OH)₄]-離子及{[Al(OH)₃]_x(OH)_y}^-膠體離子生成非極性的Al(OH)₃膠體顆粒，非極性的Al(OH)₃膠體顆粒難以在電極表面沉積結(jié)垢，同時(shí)電離出的HCO₃^-在電場(chǎng)作用力下吸附于電極表面，電離出二氧化碳，二氧化碳溶于水重復(fù)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)電極結(jié)垢抑制。

一種換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳方法，包括以下步驟：

首先，在控制裝置中設(shè)定二氧化碳濃度目標(biāo)值C0；程序啟動(dòng)后，開(kāi)啟第二電磁閥和第四電磁閥，關(guān)閉第三電磁閥，通過(guò)第一電導(dǎo)率傳感器讀取內(nèi)冷水電導(dǎo)率值D81，計(jì)算此時(shí)內(nèi)冷水中二氧化碳濃度值C81；如果C81大于設(shè)定的目標(biāo)值C0，提示更換內(nèi)冷水凈化設(shè)備中的失效樹(shù)脂；如果C81小于設(shè)定的目標(biāo)值C0，開(kāi)啟第一電磁閥，開(kāi)始輸出控制信號(hào)調(diào)整氣體質(zhì)量控制器，進(jìn)行加碳；控制裝置的觸摸屏顯示內(nèi)冷水加碳前后的電導(dǎo)率值D81及D82，并實(shí)時(shí)計(jì)算內(nèi)冷水中二氧化碳濃度C81、C82及pH值，如果C81、C82值逐漸接近，并且C81大于或等于目標(biāo)值C0，關(guān)閉第一電磁閥和氣體質(zhì)量控制器，停止加碳。

進(jìn)一步的，當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅鲄?shù)＜第二壓力傳感器參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，提示更換二氧化碳存儲(chǔ)裝置。

進(jìn)一步的，內(nèi)冷水中二氧化碳濃度的計(jì)算公式為：

C＝293.27·κ-16.06 公式(1)

C為CO₂濃度，μg/L；κ為電導(dǎo)率，μs/cm。

進(jìn)一步的，pH值計(jì)算：采用公式(2)計(jì)算，計(jì)算公式為：

κ＝(349.82*10^(-pH)+1.98*10^(-12)/10^(-pH)+(1.97936*10^(-5)*10^(-pH)+1.502676*10^(-15))*2.96697*10^(-6)/(10^(-2*pH)+4.45*10^(-7)*10^(-pH)+2.08705*10^(-17))*1000 公式(2)

進(jìn)一步的，PLC控制模塊及觸摸屏主要通過(guò)設(shè)定的計(jì)算程序及目標(biāo)值對(duì)各儀器儀表采集的數(shù)據(jù)的進(jìn)行處理、儲(chǔ)存，并反饋動(dòng)作信號(hào)至各電控儀器；觸摸屏提供數(shù)據(jù)輸入與讀取功能。

進(jìn)一步的，所述PLC控制模塊設(shè)置PID調(diào)節(jié)模塊：內(nèi)冷水加碳后電導(dǎo)率值反饋至PID控制氣體質(zhì)量控制器。

進(jìn)一步的，減壓閥負(fù)責(zé)二氧化碳存儲(chǔ)裝置出氣口的“開(kāi)/關(guān)”動(dòng)作及壓力控制。

進(jìn)一步的，壓力傳感器采集二氧化碳出口壓力和內(nèi)冷水管道內(nèi)壓力參數(shù)，并將采集的壓力信息反饋至PLC控制模塊和觸摸屏進(jìn)行計(jì)算和讀取。

進(jìn)一步的，氣體質(zhì)量控制器負(fù)責(zé)二氧化碳存儲(chǔ)裝置氣體流量的控制。

進(jìn)一步的，電磁閥負(fù)責(zé)二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入內(nèi)冷水管路的“啟/?！眲?dòng)作。

進(jìn)一步的，止回閥防止內(nèi)冷水流至存儲(chǔ)裝置，與電磁閥聯(lián)合使用，起到雙重保護(hù)作用。

進(jìn)一步的，電導(dǎo)率傳感器采集換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳前后水中的電導(dǎo)率參數(shù)，并將采集的電導(dǎo)率反饋至PLC控制模塊和觸摸屏進(jìn)行計(jì)算和讀取。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過(guò)氣體質(zhì)量控制器向換流閥內(nèi)冷水精確添加微量二氧化碳，二氧化碳溶于高純水中，與水分子結(jié)合成碳酸，碳酸經(jīng)二級(jí)電離成H⁺、HCO₃^-，H⁺中和內(nèi)冷水的[Al(OH)₄]-離子及{[Al(OH)₃]_x(OH)_y}^-膠體離子生成非極性的Al(OH)₃膠體顆粒，非極性的Al(OH)₃膠體顆粒難以在電極表面沉積結(jié)垢，同時(shí)電離出的HCO₃^-在電場(chǎng)作用力下吸附于電極表面，電離出二氧化碳，二氧化碳溶于水重復(fù)上述過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)電極結(jié)垢抑制。

通過(guò)自動(dòng)化控制，可以在換流閥啟動(dòng)、正常運(yùn)行、停運(yùn)、檢修等運(yùn)行條件下監(jiān)測(cè)、控制內(nèi)冷水中二氧化碳的含量，調(diào)節(jié)水質(zhì)，解決換流站閥冷系統(tǒng)中換流站閥冷系統(tǒng)中均壓電極結(jié)垢及晶閘管散熱器腐蝕問(wèn)題，保障其穩(wěn)定、安全運(yùn)行，具有阻垢防腐效果優(yōu)良，自動(dòng)化程度高，精密性更高，運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是PLC控制模塊原理圖。

其中：1、二氧化碳存儲(chǔ)裝置；2、PLC控制模塊及觸摸屏；3、減壓閥；41、第一壓力傳感器；42、第二壓力傳感器；5、氣體質(zhì)量控制器；61、第一電磁閥；62、第二電磁閥；63、第三電磁閥、64、第四電磁閥；7、止回閥；81、第一電導(dǎo)率傳感器；82、第二電導(dǎo)率傳感器。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

由圖1、圖2所示，換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳裝置，包括二氧化碳存儲(chǔ)裝置1、PLC控制模塊及觸摸屏2、氣體質(zhì)量控制器5和止回閥7。

二氧化碳存儲(chǔ)裝置1，規(guī)格自選，此處標(biāo)示為一用一備，也可一用多備，通過(guò)三通與主氣體管道連接；主氣體管道從二氧化碳存儲(chǔ)裝置出口至加氣旁路依次設(shè)置有第一壓力傳感器41、氣體質(zhì)量控制器5、第一電磁閥61和止回閥7；加氣旁路包括入水口、出水口和加氣口，加氣旁路的入水口和出水口均連接換流閥內(nèi)冷水管道，加氣旁路的加氣口連接主氣體管道的出口。

在二氧化碳存儲(chǔ)裝置出口端安裝的減壓閥3，進(jìn)行人工開(kāi)啟或關(guān)閉或切換的操作；第一壓力傳感器41安裝于減壓閥之后管路上，采集二氧化碳出口壓力并反饋至PLC控制模塊和觸摸屏2；第二壓力傳感器42安裝于加氣旁路水路中，負(fù)責(zé)采集內(nèi)冷水管道內(nèi)壓力參數(shù)并反饋至PLC控制模塊和觸摸屏2；氣體質(zhì)量控制器5安裝于第一壓力傳感器41之后管路上，主要通過(guò)PLC控制模塊指令進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w流量的控制及其參數(shù)反饋；第二電磁閥62和第一電導(dǎo)率傳感器81安裝于加氣旁路的加氣口與出水口之間的管路上，第三電磁閥63安裝于加氣旁路的入水口與出水口之間的換流閥內(nèi)冷水管路上，第四電磁閥64和第二電導(dǎo)率傳感器82安裝于加氣旁路的加氣口與入水口之間的管路上；四個(gè)電磁閥，根據(jù)PLC控制模塊指令進(jìn)行“啟/停”動(dòng)作；止回閥7安裝于第一電磁閥61后端管路上，防止內(nèi)冷水倒流至存儲(chǔ)裝置；第一電導(dǎo)率傳感器81、第二電導(dǎo)率傳感器82安裝于二氧化碳?xì)怏w接入端的內(nèi)冷水管路上游和下游段，采集換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳前后水中的電導(dǎo)率參數(shù)，并將采集的電導(dǎo)率反饋至PLC控制模塊和觸摸屏進(jìn)行計(jì)算和讀??；PLC控制模塊主要通過(guò)設(shè)定的計(jì)算程序及目標(biāo)值對(duì)各儀器儀表采集的數(shù)據(jù)的進(jìn)行處理、儲(chǔ)存，并反饋動(dòng)作信號(hào)至各電控儀器，從而控制開(kāi)啟或關(guān)閉加碳模式。觸摸屏提供數(shù)據(jù)輸入與讀取功能。

基于換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳裝置的加碳方法，包括以下步驟：

首先，設(shè)定二氧化碳濃度目標(biāo)值C0。程序啟動(dòng)后，開(kāi)啟第二電磁閥62和第四電磁閥64，關(guān)閉第三電磁閥63，通過(guò)第一電導(dǎo)率傳感器81讀取內(nèi)冷水電導(dǎo)率值D81，經(jīng)程序計(jì)算此時(shí)內(nèi)冷水中二氧化碳濃度值C81。如果C81大于設(shè)定的目標(biāo)值C0，提示更換內(nèi)冷水凈化設(shè)備中的失效樹(shù)脂；如果C81小于設(shè)定的目標(biāo)值C0，開(kāi)啟第一電磁閥61，開(kāi)始輸出控制信號(hào)調(diào)整氣體質(zhì)量控制器，進(jìn)行加碳。觸摸屏顯示內(nèi)冷水加碳后電導(dǎo)率值D81及D82，并實(shí)時(shí)計(jì)算內(nèi)冷水中二氧化碳濃度C81、C82及pH值，如果C81、C82值逐漸接近，并且C81大于或等于目標(biāo)值，關(guān)閉第一電磁閥61和氣體質(zhì)量控制器5，停止加碳。整個(gè)系統(tǒng)的邏輯圖見(jiàn)圖2。

基于換流閥內(nèi)冷水加二氧化碳裝置的加碳方法，具體還包括至少一種以下步驟，見(jiàn)圖2：

氣瓶選擇：根據(jù)氣瓶壓力值選取氣源，并提示更換壓力低氣瓶。具體當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅?1參數(shù)＜第二壓力傳感器42參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，提示更換低壓氣瓶即二氧化碳存儲(chǔ)裝置；

旁路控制：根據(jù)檢測(cè)裝置反饋參數(shù)和設(shè)定的加碳許可條件，決定開(kāi)啟或關(guān)閉加碳旁路。具體為當(dāng)檢測(cè)裝置如壓力傳感器、電導(dǎo)率傳感器的監(jiān)測(cè)參數(shù)滿足PLC控制模塊設(shè)定的加碳條件時(shí)，PLC控制模塊發(fā)出動(dòng)作指令，氣體質(zhì)量控制器5、第一電磁閥61、第二電磁閥62、第四電磁閥64及止回閥7打開(kāi)、第三電磁閥63關(guān)閉，開(kāi)啟加碳模式；當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)不滿足PLC控制模塊設(shè)定的加碳條件時(shí)，則相關(guān)電控儀器反向動(dòng)作，關(guān)閉加碳模式；

加碳超限緊急閉鎖：根據(jù)內(nèi)冷水碳值超限、流量降低、壓力降低等緊急關(guān)閉加碳系統(tǒng)；

碳值計(jì)算：根據(jù)公式(1)計(jì)算。

碳值計(jì)算：C＝293.27·κ-16.06 公式(1)

C為CO₂濃度(μg/L)；κ為電導(dǎo)率(μs/cm)，不作溫度補(bǔ)償。

碳含量調(diào)節(jié)：內(nèi)冷水加碳后電導(dǎo)率值反饋至PLC反向計(jì)算二氧化碳含量，并與設(shè)定值比較，輸出控制信號(hào)調(diào)制氣體質(zhì)量控制器。

pH值計(jì)算：計(jì)算方法按公式2進(jìn)行。

pH值計(jì)算：采用公式(2)計(jì)算，計(jì)算公式為：

κ＝(349.82*10^(-pH)+1.98*10^(-12)/10^(-pH)+(1.97936*10^(-5)*10^(-pH)+1.502676*10^(-15))*2.96697*10^(-6)/(10^(-2*pH)+4.45*10^(-7)*10^(-pH)+2.08705*10^(-17)) *1000 公式(2)

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。