王光輝，傅樂偉，汪景婷，程一杰，宋小寧

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

舟山柔直工程閥冷系統(tǒng)的水質控制設計及技術要求

王光輝1，傅樂偉2，汪景婷1，程一杰3，宋小寧3

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

結合舟山柔直工程5座換流站閥冷系統(tǒng)的設計和運行情況，闡述了內冷水系統(tǒng)和外冷水系統(tǒng)的典型設計、水質控制指標和技術要求。為保證閥冷系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，針對閥冷系統(tǒng)水質控制措施，提出相關建議。

舟山柔直工程；換流站；內冷水；外冷水；技術要求

換流閥是直流輸電工程的核心設備，用于實現(xiàn)交直流的轉換[1]，運行中換流閥會產生大量熱量。閥冷系統(tǒng)將閥體上各元件因功耗產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[2]。為了保證換流閥的安全運行，閥冷系統(tǒng)不僅需要控制系統(tǒng)的設計參數（包括流量、溫度、壓力、液位等）[3]，還需要對水質控制提出相關的指標和技術要求。

1 舟山柔直工程閥冷系統(tǒng)

1.1 內冷水系統(tǒng)

換流閥內冷卻循環(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?？煽毓栝y片可靠運行。換流閥內冷水系統(tǒng)包括主循環(huán)水泵、補水泵、主過濾器、逆止閥、離子交換器、排氣閥、膨脹水箱、補水箱和穩(wěn)壓裝置等設備。主循環(huán)水泵將內冷水加壓送至換流閥塔頂部的主進水管道，內冷卻水流入換流閥塔后，分配進入晶閘管散熱器、阻尼電阻和阻尼電抗器，將各元器件產生的熱量帶走后，經外部冷卻系統(tǒng)進行熱量交換，冷卻后的內冷水回到脫氣罐和主循環(huán)水泵入口[4]。內冷水系統(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、補水管路等組成，其主要設備包括冷卻塔、噴淋水泵、冷卻風扇、外冷水池及補水系統(tǒng)等。噴淋水泵從室外外冷水池抽水，均勻噴灑到冷卻塔內的換熱盤管表面，吸收內冷水的熱量，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，以實現(xiàn)對內冷水連續(xù)降溫的目的。外冷水系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖1 換流閥內冷水系統(tǒng)流程

2 內冷水水質控制指標與設計要求

2.1 內冷水水質控制指標

為了防止內冷水系統(tǒng)的腐蝕，必須對內冷水進行合理的水質調節(jié)，嚴格控制內冷水水質。根據內冷水系統(tǒng)的材質以及對冷卻水水質的要求，應對內冷水電導率、溶解氧、pH值等水質指標進行監(jiān)督控制，控制指標如表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，水質要求可以適當調整。

2.2 內冷水系統(tǒng)水質控制設計要求

2.2.1 控制補水水質

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

表1 內冷卻水水質控制指標

2.2.2 設置離子交換器

內冷水系統(tǒng)循環(huán)旁路上設置了離子交換器進行除鹽處理，2套離子交換器采用一用一備的工作方式，交換器內裝有大交換容量混合離子交換樹脂，正常運行時，內冷循環(huán)水約10%經過離子交換器處理。對離子交換器出口電導率進行實時監(jiān)控，當出口電導率大于0.5 μm/cm時，切換至備用離子交換器并更換停用離子交換器內樹脂。

2.2.3 設置過濾器

為防止內冷水系統(tǒng)中脫落的顆粒進入換流閥體，對換流閥造成損害，在換流閥進口設置主過濾器，過濾精度不低于100 μm。主過濾器采用一用一備的工作方式，當主過濾器的壓差達到20 kPa時，切換至備用主過濾器運行，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個離子交換器出口分別設置精度不低于10 μm的精密過濾器。在離子交換器運行時，若精密過濾器進出口壓差達到50 kPa，切換至備用離子交換器運行，然后對停用離子交換器進行檢修，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，在膨脹水箱設置氮氣除氧裝置。用高壓氮氣瓶將氮氣通入膨脹水箱，將水中溶解氧置換出來，通過膨脹水箱頂部的排氣口排出。為了避免雜質帶入系統(tǒng)，所使用的氮氣必須滿足純度要求，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)停運時內冷水結冰，一般選擇添加乙二醇防凍液降低內冷水冰點，從而達到防凍的目的。添加乙二醇的濃度根據當地環(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計。不同濃度乙二醇溶液的物理性質如表2所示。

表2 不同濃度乙二醇溶液的物理性質

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

3 外冷水水質控制指標與設計要求

3.1 外冷水水質控制指標

為防止外冷水系統(tǒng)的腐蝕、結垢和微生物滋生，應嚴格控制外冷水水質。參考GB 50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》[5]，換流閥外冷水水質要求如表3所示。

表3 外冷水水質控制指標

3.2 外冷水系統(tǒng)水質控制設計要求

3.2.1 補水軟化處理

為防止外冷水系統(tǒng)腐蝕結垢，需控制噴淋水的硬度。原水補充至緩沖水池前，經過軟化處理，去除原水中的硬度。外冷水補水的處理方式為：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物，當過濾器進出口壓差達到50 kPa或者達到設定時間間隔時，進行反洗。建議反洗時間為90～120 s，實際情況根據水質決定。

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

當軟化裝置出水硬度達到0.03 mmol/L時，判定樹脂已經失效，無去硬度能力，需進行再生。再生劑采用NaCl溶液，再生時發(fā)生如下反應[6]：

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

3.2.2 設置砂介質過濾器

在外冷水循環(huán)旁路設置砂介質過濾器，濾料為石英砂，用于去除外冷水中的懸浮物。運行過程中，當砂濾器進出口壓差達到50 kPa或者運行時間達到設定時間，對砂濾器進行反洗。建議反洗時間為40～90 s，實際情況根據水質決定。

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、分散和絡合等作用能夠有效防止系統(tǒng)結垢[7]。阻垢劑加藥點設置在循環(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，投加量根據緩沖水池中阻垢劑含量進行調整，維持緩沖水池中阻垢劑含量在某個范圍波動。

3.2.4 添加殺生劑

外冷水中的微生物滋生會產生黏泥和導致微生物腐蝕，嚴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。殺生劑加藥點設置在循環(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)，投加量根據緩沖水池水質進行調整。

4 結語

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

（1）加強換流站運維人員關于水質監(jiān)控方面的專業(yè)技術培訓，包括加藥方式、樹脂再生過程、過濾器反洗過程、水質分析等。

（2）加強電導率表、溶解氧表等化學儀表的維護和校準，充分利用化學儀表對閥冷系統(tǒng)運行狀況進行監(jiān)督。對相關的水質指標應進行定期檢測分析。

（3）根據水質情況嚴格控制過濾器、混合離子交換器、軟化裝置的運行方式，確保運行時水質指標符合要求。

[1]趙曉明，華文.換流器閥側零序電壓保護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關系探討[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啟動試驗中典型故障分析[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)冷卻水處理設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，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)水質監(jiān)督與結垢分析[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，從事電力化學環(huán)保專業(yè)工作。