廈門柔直工程空氣處理組合機濾網清洗裝置的設計與研制

陳金文 林漢龍 董偉峰

摘? 要：廈門柔直換流站內組合式空氣處理機組有ZK30、ZK40、ZK160三種型號，其每臺機組每年的濾網更換及定期對濾網拆卸清洗的成本較高。以ZK30為對象，研制一套也適用于ZK40、ZK160型號組合式空氣處理機組的濾網清洗裝置，實現在機組停運狀態下實現免拆卸方式對濾網進行清洗，以降低濾網更換及濾網清洗的成本，延長機組濾網的使用壽命;實現一清洗裝置對多機組的過濾器清洗，提升清洗裝置的利用率，實現實時免拆卸清洗，提升換流站內設備運行的可靠性。

關鍵詞：變電站;空氣處理;組合機;板式過濾器;清洗裝置;利用率

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）05-0095-03

Abstract： There are three types of combined air handling units in Xiamen VSC-HVDC Station： ZK30， ZK40 and ZK160. The annual cost of each unit's filter replacement and regular removal and cleaning of the filter is high. Develop a set of filter cleaning devices for ZK30， ZK40， ZK160 combined air handling units to achieve clean-free cleaning of the filter screen in the case of unit shutdown to reduce the cost of filter replacement and filter cleaning， extend the service life of the filter unit of the unit; realize a cleaning device to clean the filter of the multi-unit， improve the utilization rate of the cleaning device， realize real-time disassembly-free cleaning， and improve the reliability of equipment operation in the converter station.

Keywords： substation; air treatment; combination machine; plate filter; cleaning device; utilization rate

1 概述

廈門柔直換流站的橋臂電抗器室設備、閥廳內設備、直流場內設備均為戶內設置，各個設備運行功耗發熱量需要被帶走，以滿足夏季運行環境空氣不超過40℃;為此需設置通風設備帶走一次設備產生的熱量，并保持室內設備微正壓。

橋臂電抗器設備區每極設置2臺ZK160機組（每小時最大通風量約為1.6萬m3）機械進風，利用橋臂電抗器室內的地下通道送風，屋頂低噪聲離心風機機械排風，其中組合機組設初中效過濾器，機組一備一用，滿足排風溫度不超過40℃，維持橋臂電抗器室設備區對外部空氣5-10Pa的微正壓。

閥廳設備區每極設置2臺ZK40機組（每小時最大通風量約為0.4萬m3）機械進風，其中組合機組設初中高效過濾器，機組一備一用，滿足閥廳溫度不超過45℃，維持閥廳對外部空氣5-10Pa的微正壓。

直流場設備區每極設置2臺Z30機組（每小時最大通風量約為0.3萬m3）機械進風，利用直流場頂部通道送風，屋頂低噪聲離心風機機械排風，其中組合機組設初中效過濾器，機組一備一用，滿足排風溫度不超過40℃，維持直流場設備區對外部空氣5-10Pa的微正壓。

外部空氣通過組合機組進入設備區，再通過頂部排風機排風帶走一次設備運行產生的熱量，而設置初中高效過濾器是為了過濾被吸入的外部空氣中的大部分灰塵，以避免一次設備發生污閃故障。

2 存在問題與空氣處理機組板式過濾器的清洗裝置現狀分析

2017年9月5日，在對直流場一次設備進行紫外測試時，檢測到直流場極線平波電抗器的支撐絕緣子有異常放電現象。

經停電檢查發現在直流場平波電抗器的支撐瓷瓶上吸附了灰塵過多而導致的異常放電現象。

經檢查分析，直流場所設置的ZK30組合機的初中效過濾網為每季度清洗一次，濾網上灰塵過多，灰塵部分會較多的進入直流場內，增加直流場的灰塵量，而且由于是直流設備，其絕緣表面會受靜電影響更容易積灰，附著在絕緣子表面的污穢物可溶物質部分會發生潮解，形成一層可導電的薄膜，大大增加了絕緣表面的泄露電流[1]。

目前，換流站內的ZK30、ZK40、ZK160均采取每季度清洗一次、每半年更換一次的維護策略，以維持濾網的清潔度，從而提升進入設備區空氣的潔凈度。但根據實際的運行維護情況來看，需要縮短濾網清洗的時間間隔。濾網清洗工作開展順序為：把每極輪洗的運行機組停運，切換到備用機組;把停運機組的濾網從空氣處理組合機的初效過濾段內拆卸下來，再用高壓水槍對板式過濾器進行沖洗，沖洗完再對濾網進行裝設，再把當前運行的機組停下，把清洗完濾網的機組投入運行，以此類推。

實際中，如為增加濾網的潔凈度增加濾網清洗的頻次，勢必會大大增加運行維護的人工成本，同時也讓一備一用的機組處于無備用運行狀態，降低設備運行的可靠性。

3 空氣處理機組濾網清洗裝置的研究現狀

王文賓[3]所研制的濾網清洗裝置只試用于通風管道，不適用于組合式空氣處理機組的多片濾網清洗。

現有的空氣處理組合機板式過濾器清洗裝置一般采用只對單塊的板式過濾器清洗的方式，通過裝置的傳動機構，將板式過濾器傳送至清洗槽內，利用超聲波清洗及噴淋進行清洗，清洗完成后，再利用傳動機構恢復至原安裝位置。

現有的清洗裝置存在以下問題：（1）對于單塊的板式過濾器在線自動清洗較為簡單，但對于多塊的板式過濾器清洗來說較難實現。（2）需要較多的傳動機構，因組合式空氣處理機組在使用一個階段后，機組內部積灰多，且有清洗裝置噴淋，內部潮氣多，傳動機構機械容易生銹、卡澀，導致故障頻發。（3）需要設計一個專用的清洗槽及超聲波清洗機，所需的安裝空間大，成本高，不適用于對現有的空氣處理機組板式過濾器加裝清洗裝置的情況，因機組底部大部分已用水泥澆筑，無法安裝清洗槽及超聲波清洗機。（4）基本都是一個板式過濾器對應于一套清洗裝置設計，裝置的利用率低。

4 板式過濾器濾網清洗裝置的設計與研制

4.1 板式過濾器濾網清洗裝置的意義

研制板式過濾器濾網清洗裝置的目的在于實現不拆卸清洗，最大限度的實現設備不停電清洗，降低運維成本，提升設備運行的可靠性。

4.2 板式過濾器濾網清洗裝置的結構及工作原理

所設計的板式過濾器濾網清洗裝置結構原理如圖1所示。

1-緩沖水池;2-水過濾器;3-增壓泵;4-清洗劑儲罐;5-控制閥門;6-噴淋支管;7-空氣處理機組;8-噴淋頭;9-排污管道;10-板式過濾器;11-電機;12-風機;13-送風閥;14-兩臺機組共用的送風管;15-壓差傳感器;16-泄壓安全閥;17-輸水主管。

由于電力行業所用的空氣處理機組對可靠性要求都比較高，都設置一備一用兩臺機組，在本設計裝置中，可應用于兩個電力設備區域內的兩套送風系統的四臺空氣處理機組或更多的機組，以四臺機組為例：電力設備區域1設置一套送風系統，含Ⅰ、Ⅱ機組;電力設備區域2設置一套送風系統，含Ⅲ、Ⅳ機組。本裝置可以實現一臺清洗裝置對四臺空氣處理機組的板式過濾器進行在線不拆卸清洗。

在本裝置中，所述輸水主管17在增壓泵3的上游設有水過濾器2，以對增壓泵進水進行過濾，所述輸水主管17在增壓泵3的上游連接有清洗劑儲罐4，以便在清洗濾網的水中利用負壓原理添加清洗劑。

如圖1所示，為了實現一備一用，所述輸水主管17包括兩條出水接管和匯流管，所述水池1設有兩個出水口，所述兩條出水接管的前端分別連接水池1的兩個出水口，兩條出水接管的后端連接匯流管的前端，匯流管的后端連接所述噴淋支管6。各出水接管上分別設有一個所述水過濾器2和一臺所述增壓泵3，所述清洗劑儲罐4設于增壓泵上游，即設置于水泵的負壓區內。

為了進行超壓保護，與所述噴淋支管6連通的輸水主管17上設有泄壓安全閥16，以在控制閥門5或噴淋頭8堵塞或故障時進行及時泄壓。

各送風系統中設有一備一用的兩臺空氣處理機組7，兩臺機組的送風管14相連通，送風閥13雖處于關閉狀態，但并未可達100%密封關閉，故可使正在運行的機組對正在進行清洗的機組濾網進行反吹風風干，在正在清洗的機組電機段內形成正風壓，以在清洗時能有效阻擋水霧飄入電機段內，保護電機11，在濾網清洗后可加速板式過濾器風干。

本裝置還包括控制裝置，各壓差傳感器分別與控制裝置的輸入端連接，控制裝置的輸出端分別與增壓泵以及各控制閥門的控制端連接，以控制各部件工作。

所設計裝置的工作過程為：清洗裝置實時讀取空氣處理機組Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的狀態信息，當檢測到一臺空氣處理機組的濾網前后壓差大于等于設定值，而該空氣處理機組處于停機狀態且室外空氣濕度低于設定值（低于70%，以確保在晴天時開啟進行清洗，可靈活設置）時，則啟動噴淋清洗：啟動該空氣處理機組對應的電動閥門5，然后開啟增壓泵3，從緩沖水池1抽水，對濾網進行免拆卸的噴淋清洗10min。利用輸水主管和噴淋支管6內流體流動及泵前端形成負壓的原理，從清洗劑儲罐4上吸入一定量的清洗劑，通過噴淋管道6及噴淋頭8，對板式過濾器10進行高壓噴淋清洗，污水會順著濾網往下流到板式換熱器的邊沿擋水板18，沿著往進風口傾斜的沿往下排，產生的污水通過排污管9排走。如果電動閥門5或噴淋頭8堵塞或損壞，管道內形成高壓，會通過泄壓安全閥16進行泄壓，并把信號發送給清洗裝置進行停機操作，確保裝置安全運行。當噴淋清洗完成后，關閉增壓泵3，關閉空氣處理機組對應的電動閥門5。如有多臺機組滿足條件，則依次排隊，按順序依次進行噴淋清洗，如某個機組的進水管的電動閥門損壞則跳過，以此類推。

4.3 板式過濾器濾網清洗裝置的噴頭設計及噴淋泵功率的選擇

組合式空氣處理機組ZK30所采用的是9個400mm*400mm的板式過濾器，噴頭安裝的位置設計于濾網的正中間，因組合式空氣處理機組初效過濾段內的空間有限，噴淋頭離濾網的垂直距離設計為400mm，以便于濾網的定期更換，不妨礙機組內部損壞部件的檢修。

其噴淋頭型號為1/4-6530，在3公斤壓力下噴射角度65度流量11.8L/min。

對于ZK30系列機組，其初效過濾段內有9塊濾網，在3公斤壓力下，其每分鐘的流量為11.8*9=106.2L/min，即106.2/60=1.77L/S。

對于ZK40系列機組，其初效過濾段內有12塊濾網，在3公斤壓力下，其每分鐘的流量為11.8*12=106.2L/min，即141.6/60=2.36L/S。

對于ZK160系列機組，其初效過濾段內有24塊濾網，在3公斤壓力下，其每分鐘的流量為11.8*12=212.4L/min，即212.4/60=4.72L/S。

因此噴淋泵可選擇4公斤（考慮管道壓力損失），每秒的流量4.72L的泵，也可選擇8公斤，每秒的流量10L的泵來作為裝置的噴淋泵，可外加設計一個變頻器，通過設置頻率的大小來靈活調節噴淋泵輸出壓力的大小。

4.4 板式過濾器濾網清洗裝置的改造效果

樣機完成研制后，對板式過濾器濾網清洗裝置的穩定性和清洗效果進行了現場應用測試。

（1）板式過濾器濾網清洗裝置在啟動后，能穩定的對ZK30機組的板式過濾網進行持續可靠的噴淋清洗。

（2）每周對濾網每臺ZK30機組進行一次濾網清洗，大大降低了濾網的結垢情況的發生，使濾網清洗效果更好。

（3）設計的排污口可及時排出濾網清洗裝置所產生的污水，未發生堵塞。

（4）樣機裝置實現了一對多的清洗，提高了清洗裝置利用率。

（5）濾網清洗后，利用另外一臺機組的反送風風干，潮濕的濾網在10個小時內基本可風干，其中一備一用機組每48小時輪換一次。

（6）裝置相對于傳統的拆卸清洗，用水量大大減少。

（7）濾網裝置運行可靠，未發生過故障。

（8）傳統清洗方法未使用清潔劑，樣機裝置設計添加清潔劑部件，可提高清洗效果，提高濾網的潔凈度，達到利用盡可能少的清洗劑來提高清洗效果。

（9）室內設備區內的積灰程度明顯減少。

（10）由人工清洗改為自動清洗，人工成本大大降低和更換成本，減少濾網清洗時臟污粉塵對人體的傷害。

（11）增加裝置后，濾網清洗時間由1個月清洗1次，加裝濾網清洗裝置后2個月清洗1次;每月清洗及安裝一臺ZK30組合機組濾網需0.5天/人，一年共節省6*0.5天/人=3天/人;延長了濾網的使用壽命，濾網更換時間由3個月更換一次，加裝濾網清洗裝置后4個月更換1次;更換一臺ZK30組合機組濾網需12片初效過濾網，一年共節省12片初效過濾網。

5 結束語

相較于現有技術，本文設計了一種適用于電力行業的空氣處理組合機板式過濾器的清洗裝置，該清洗裝置可以通過一臺裝置對多臺組合式空氣處理機組的板式過濾器進行清洗，克服了現有濾網清洗裝置無法一對多進行清洗的問題，同時也大大降低了空氣處理機組濾網的維護和更換成本，降低了室內設備區一次設備發生污閃的風險。此外，該裝置結構簡單，易于在現有未裝設濾網清洗裝置的機組上加裝，具有很強的實用性及應用前景。

參考文獻：

[1]蒲正波.自動反沖洗濾網的應用[J].科技創新與應用，2015（33）：62.

[2]王劍坤.±500kV換流站直流場設備外絕緣故障原因及對策分析[J].低碳世界，2016（8）：32-33.

[3]王文賓，李志峰.通風管中過濾網自動清洗裝置的設計與研制[J].煤礦機械，2016，37（03）：38-40.

[4]許志紅.電器理論基礎[M].北京：機械工業出版社，2014：75-94.

[5]張文軍，余冬梅，楊麗紅.SJ1513型梗絲加料機熱風濾網內部清洗系統的研制[J].價值工程，2017，36（07）：145-147.

[6]閆東波，何北海，朱先軍.超聲波濾網清洗裝置[Z].

[7]王曉.一種造紙過濾網用的清理裝置[Z].