舟山柔直工程閥冷系統(tǒng)的水質(zhì)控制設(shè)計(jì)及技術(shù)要求

王光輝，傅樂偉，汪景婷，程一杰，宋小寧

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江舟山316000；3.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

舟山柔直工程閥冷系統(tǒng)的水質(zhì)控制設(shè)計(jì)及技術(shù)要求

王光輝1，傅樂偉2，汪景婷1，程一杰3，宋小寧3

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司舟山供電公司，浙江舟山316000；3.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

結(jié)合舟山柔直工程5座換流站閥冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況，闡述了內(nèi)冷水系統(tǒng)和外冷水系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)、水質(zhì)控制指標(biāo)和技術(shù)要求。為保證閥冷系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，針對閥冷系統(tǒng)水質(zhì)控制措施，提出相關(guān)建議。

舟山柔直工程；換流站；內(nèi)冷水；外冷水；技術(shù)要求

換流閥是直流輸電工程的核心設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)交直流的轉(zhuǎn)換[1]，運(yùn)行中換流閥會(huì)產(chǎn)生大量熱量。閥冷系統(tǒng)將閥體上各元件因功耗產(chǎn)生的熱量通過水流交換到閥廳外，保證換流閥溫度在正常范圍內(nèi)[2]。為了保證換流閥的安全運(yùn)行，閥冷系統(tǒng)不僅需要控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)（包括流量、溫度、壓力、液位等）[3]，還需要對水質(zhì)控制提出相關(guān)的指標(biāo)和技術(shù)要求。

1 舟山柔直工程閥冷系統(tǒng)

1.1 內(nèi)冷水系統(tǒng)

換流閥內(nèi)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主要是為可控硅閥提供冷卻水，吸收運(yùn)行中的換流閥散發(fā)出的熱量，以維持換流閥的正常工作溫度，確保可控硅閥片可靠運(yùn)行。換流閥內(nèi)冷水系統(tǒng)包括主循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、主過濾器、逆止閥、離子交換器、排氣閥、膨脹水箱、補(bǔ)水箱和穩(wěn)壓裝置等設(shè)備。主循環(huán)水泵將內(nèi)冷水加壓送至換流閥塔頂部的主進(jìn)水管道，內(nèi)冷卻水流入換流閥塔后，分配進(jìn)入晶閘管散熱器、阻尼電阻和阻尼電抗器，將各元器件產(chǎn)生的熱量帶走后，經(jīng)外部冷卻系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換，冷卻后的內(nèi)冷水回到脫氣罐和主循環(huán)水泵入口[4]。內(nèi)冷水系統(tǒng)流程如圖1所示。

1.2 外冷水系統(tǒng)

外冷水系統(tǒng)為敞開式循環(huán)系統(tǒng)，主要由主循環(huán)回路、旁路循環(huán)回路、補(bǔ)水管路等組成，其主要設(shè)備包括冷卻塔、噴淋水泵、冷卻風(fēng)扇、外冷水池及補(bǔ)水系統(tǒng)等。噴淋水泵從室外外冷水池抽水，均勻噴灑到冷卻塔內(nèi)的換熱盤管表面，吸收內(nèi)冷水的熱量，冷卻塔不停地將吸熱后形成的水蒸氣排至大氣，冷凝水回流至噴淋水池，以實(shí)現(xiàn)對內(nèi)冷水連續(xù)降溫的目的。外冷水系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖1 換流閥內(nèi)冷水系統(tǒng)流程

2 內(nèi)冷水水質(zhì)控制指標(biāo)與設(shè)計(jì)要求

2.1 內(nèi)冷水水質(zhì)控制指標(biāo)

為了防止內(nèi)冷水系統(tǒng)的腐蝕，必須對內(nèi)冷水進(jìn)行合理的水質(zhì)調(diào)節(jié)，嚴(yán)格控制內(nèi)冷水水質(zhì)。根據(jù)內(nèi)冷水系統(tǒng)的材質(zhì)以及對冷卻水水質(zhì)的要求，應(yīng)對內(nèi)冷水電導(dǎo)率、溶解氧、pH值等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)督控制，控制指標(biāo)如表1所示，其中，舟山柔直工程定海站、衢山站、岱山站在冷卻水中加入了一定比例的乙二醇防凍液，水質(zhì)要求可以適當(dāng)調(diào)整。

2.2 內(nèi)冷水系統(tǒng)水質(zhì)控制設(shè)計(jì)要求

2.2.1 控制補(bǔ)水水質(zhì)

為了保證冷卻水水質(zhì)，系統(tǒng)補(bǔ)充水采用桶裝純凈水，其電導(dǎo)率不高于5 μm/cm，干凈、無明顯機(jī)械雜質(zhì)，禁止將不合格的水補(bǔ)充至系統(tǒng)中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，補(bǔ)充水經(jīng)過離子交換器100%處理。進(jìn)入離子交換器前補(bǔ)充水經(jīng)過補(bǔ)水過濾器處理，補(bǔ)水過濾器的過濾精度不低于10 μm。

表1 內(nèi)冷卻水水質(zhì)控制指標(biāo)

2.2.2 設(shè)置離子交換器

內(nèi)冷水系統(tǒng)循環(huán)旁路上設(shè)置了離子交換器進(jìn)行除鹽處理，2套離子交換器采用一用一備的工作方式，交換器內(nèi)裝有大交換容量混合離子交換樹脂，正常運(yùn)行時(shí)，內(nèi)冷循環(huán)水約10%經(jīng)過離子交換器處理。對離子交換器出口電導(dǎo)率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出口電導(dǎo)率大于0.5 μm/cm時(shí)，切換至備用離子交換器并更換停用離子交換器內(nèi)樹脂。

2.2.3 設(shè)置過濾器

為防止內(nèi)冷水系統(tǒng)中脫落的顆粒進(jìn)入換流閥體，對換流閥造成損害，在換流閥進(jìn)口設(shè)置主過濾器，過濾精度不低于100 μm。主過濾器采用一用一備的工作方式，當(dāng)主過濾器的壓差達(dá)到20 kPa時(shí)，切換至備用主過濾器運(yùn)行，然后清洗停用的主過濾器或更換濾芯。

圖2 換流閥外冷水系統(tǒng)流程

為防止離子交換器中樹脂泄漏流入系統(tǒng)，在2個(gè)離子交換器出口分別設(shè)置精度不低于10 μm的精密過濾器。在離子交換器運(yùn)行時(shí)，若精密過濾器進(jìn)出口壓差達(dá)到50 kPa，切換至備用離子交換器運(yùn)行，然后對停用離子交換器進(jìn)行檢修，并清洗精密過濾器或更換精密過濾器濾芯。

2.2.4 設(shè)置除氧裝置

為防止溶解氧量過高對系統(tǒng)造成氧腐蝕，在膨脹水箱設(shè)置氮?dú)獬跹b置。用高壓氮?dú)馄繉⒌獨(dú)馔ㄈ肱蛎浰洌瑢⑺腥芙庋踔脫Q出來，通過膨脹水箱頂部的排氣口排出。為了避免雜質(zhì)帶入系統(tǒng)，所使用的氮?dú)獗仨殱M足純度要求，而且在氣體減壓器前端必須配備不低于20 μm精度的過濾裝置。

2.2.5 添加防凍液

為了防止系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)內(nèi)冷水結(jié)冰，一般選擇添加乙二醇防凍液降低內(nèi)冷水冰點(diǎn)，從而達(dá)到防凍的目的。添加乙二醇的濃度根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的最低溫度來確定。舟山柔直工程定海站、衢山站、岱山站3座換流站采用了該設(shè)計(jì)。不同濃度乙二醇溶液的物理性質(zhì)如表2所示。

表2 不同濃度乙二醇溶液的物理性質(zhì)

從表2可以看出，乙二醇的濃度越高，溶液的粘度越大，比熱和導(dǎo)熱系數(shù)越小。因此，添加乙二醇濃度增大時(shí)，為保證冷卻效率，需加大主循環(huán)泵的出力。

3 外冷水水質(zhì)控制指標(biāo)與設(shè)計(jì)要求

3.1 外冷水水質(zhì)控制指標(biāo)

為防止外冷水系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢和微生物滋生，應(yīng)嚴(yán)格控制外冷水水質(zhì)。參考GB 50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]，換流閥外冷水水質(zhì)要求如表3所示。

表3 外冷水水質(zhì)控制指標(biāo)

3.2 外冷水系統(tǒng)水質(zhì)控制設(shè)計(jì)要求

3.2.1 補(bǔ)水軟化處理

為防止外冷水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢，需控制噴淋水的硬度。原水補(bǔ)充至緩沖水池前，經(jīng)過軟化處理，去除原水中的硬度。外冷水補(bǔ)水的處理方式為：活性炭過濾器+自反洗過濾器+軟化裝置。

活性炭過濾器通過其吸附作用去除原水中有機(jī)物，當(dāng)過濾器進(jìn)出口壓差達(dá)到50 kPa或者達(dá)到設(shè)定時(shí)間間隔時(shí)，進(jìn)行反洗。建議反洗時(shí)間為90～120 s，實(shí)際情況根據(jù)水質(zhì)決定。

軟化裝置為鈉型離子交換器，使用樹脂為001×7強(qiáng)酸性鈉型陽離子交換樹脂。含硬度的原水經(jīng)過軟化裝置發(fā)生如下反應(yīng)[5]：

當(dāng)軟化裝置出水硬度達(dá)到0.03 mmol/L時(shí)，判定樹脂已經(jīng)失效，無去硬度能力，需進(jìn)行再生。再生劑采用NaCl溶液，再生時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)[6]：

軟化裝置的再生流程為反洗→再生→置換→小正洗→大正洗，為達(dá)到最佳再生效果，再生過程中需控制反洗流量、置換時(shí)間、置換流速和再生劑濃度等。

3.2.2 設(shè)置砂介質(zhì)過濾器

在外冷水循環(huán)旁路設(shè)置砂介質(zhì)過濾器，濾料為石英砂，用于去除外冷水中的懸浮物。運(yùn)行過程中，當(dāng)砂濾器進(jìn)出口壓差達(dá)到50 kPa或者運(yùn)行時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)間，對砂濾器進(jìn)行反洗。建議反洗時(shí)間為40～90 s，實(shí)際情況根據(jù)水質(zhì)決定。

3.2.3 添加阻垢劑

在外冷水中添加阻垢劑，阻垢劑通過晶格畸變、分散和絡(luò)合等作用能夠有效防止系統(tǒng)結(jié)垢[7]。阻垢劑加藥點(diǎn)設(shè)置在循環(huán)旁路砂濾器出口管或緩沖水池。阻垢劑采用沖擊式加藥方式，投加量根據(jù)緩沖水池中阻垢劑含量進(jìn)行調(diào)整，維持緩沖水池中阻垢劑含量在某個(gè)范圍波動(dòng)。

3.2.4 添加殺生劑

外冷水中的微生物滋生會(huì)產(chǎn)生黏泥和導(dǎo)致微生物腐蝕，嚴(yán)重影響外冷水傳熱效率[8]，通過添加殺生劑能夠有效防止外冷水中的微生物滋生。殺生劑加藥點(diǎn)設(shè)置在循環(huán)旁路砂濾器出口管或緩沖水池，采用沖擊式加藥方式。殺生劑分為氧化性殺生劑和非氧化性殺生劑，采用交替使用方式加入外冷水系統(tǒng)，投加量根據(jù)緩沖水池水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)語

閥冷系統(tǒng)水質(zhì)控制是保證換流站安全運(yùn)行的重要措施之一。為保證換流站安全運(yùn)行，針對舟山柔直工程閥冷系統(tǒng)水質(zhì)控制提出以下建議：

（1）加強(qiáng)換流站運(yùn)維人員關(guān)于水質(zhì)監(jiān)控方面的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，包括加藥方式、樹脂再生過程、過濾器反洗過程、水質(zhì)分析等。

（2）加強(qiáng)電導(dǎo)率表、溶解氧表等化學(xué)儀表的維護(hù)和校準(zhǔn)，充分利用化學(xué)儀表對閥冷系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)督。對相關(guān)的水質(zhì)指標(biāo)應(yīng)進(jìn)行定期檢測分析。

（3）根據(jù)水質(zhì)情況嚴(yán)格控制過濾器、混合離子交換器、軟化裝置的運(yùn)行方式，確保運(yùn)行時(shí)水質(zhì)指標(biāo)符合要求。

[1]趙曉明，華文.換流器閥側(cè)零序電壓保護(hù)異常原因分析及對策[J].浙江電力，2015，34（8）∶1-3.

[2]盧世才，劉蕊.高壓直流輸電系統(tǒng)換流閥熱損耗與冷卻介質(zhì)關(guān)系探討[J].廣西電力，2013，36（2）∶59-61.

[3]吳俊，方芳，趙曉明，等.柔性直流輸電舟洋換流站無源HVDC啟動(dòng)試驗(yàn)中典型故障分析[J].浙江電力，2016，35（1）∶6-9.

[4]張顏真，熊旭，陳海燕，等.閥冷系統(tǒng)在柔性直流輸電工程中的應(yīng)用[J].中外企業(yè)家，2015（8）∶229.

[5]GB 50050-2007工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008.

[6]周柏青，陳志和.熱力發(fā)電廠水處理[M].北京：中國電力出版社，2009.

[7]李培元.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制[M].北京：中國電力出版社，2008.

[8]劉凱.±500 kV換流站閥冷系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)督與結(jié)垢分析[J].湖南電力，2015，35（4）∶41-43.

（本文編輯：徐晗）

Design and Technology for Water Quality Control of Converter Valve Cooling System in Zhoushan Flexible HVDC Project

WANG Guanghui1，F(xiàn)U Lewei2，WANG Jingting1，CHENG Yijie3，SONG Xiaoning3
（1．E.Energy Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China；2．State Grid Zhoushan Power Supply Company，Zhoushan Zhejiang 316000，China；3.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

According to design and operation of valve cooling systems in five converter stations of Zhoushan flexible HVDC project，this paper describes the typical design，water quality control index and technical requirements of internal cooling water system and external cooling water system.To ensure operation safety and stability of valve cooling system，this paper puts forward related suggestions for water quality control measures of valve cooling system.

Zhoushan flexible HVDC project；converter station；internal cooling water；external cooling water；technical requirement

10.19585/j.zjdl.201706016

1007-1881（2017）06-0068-04

X703

B

2017-03-10

王光輝（1982），男，助理工程師，從事電力化學(xué)環(huán)保專業(yè)工作。