HVDC 換流閥冷卻水系統(tǒng)在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)與維護(hù)

楊 傳

（河北冀研能源科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

高壓直流輸電換流閥冷卻水系統(tǒng)在線化學(xué)儀表可實(shí)現(xiàn)冷卻水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)反饋、超額報(bào)警、自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。然而，由于在線化學(xué)儀表受“純水”“在線”干擾因素影響，會(huì)產(chǎn)生較大測(cè)量誤差［1-2］，準(zhǔn)確率大大降低，使換流閥冷卻水水質(zhì)監(jiān)督和控制出現(xiàn)盲區(qū)，從而導(dǎo)致冷卻水水質(zhì)表象上合格，但換流閥設(shè)備本體結(jié)垢、腐蝕問(wèn)題依然嚴(yán)重，致使換流閥換熱效率大大降低，甚至導(dǎo)致?lián)Q流閥本體泄漏、直流系統(tǒng)閉鎖命令觸發(fā)、跳閘停電等事故發(fā)生［3-9］。為確保在線化學(xué)儀表的準(zhǔn)確性，須對(duì)其定期實(shí)施檢驗(yàn)、維護(hù)，然而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)溶液離線式檢驗(yàn)法，僅僅能檢驗(yàn)儀表在標(biāo)準(zhǔn)溶液中的誤差，無(wú)法規(guī)避在“純水”“在線”干擾因素條件下的實(shí)際工作測(cè)量誤差。按照DL／T 677—2018 《發(fā)電廠在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱為“規(guī)程”）要求，需定期采用在線式檢驗(yàn)和校準(zhǔn)法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)在線化學(xué)儀表的在線式檢驗(yàn)、誤差來(lái)源診斷及誤差消除等一系列工作。可見，采取科學(xué)的儀表檢驗(yàn)與維護(hù)方法，不僅大大提高在線化學(xué)儀表準(zhǔn)確性，還為提升換流閥設(shè)備本體換熱效率，促進(jìn)整個(gè)直流輸電工程安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

鑒于我國(guó)高壓直流輸電工程技術(shù)起步相對(duì)較晚，相配套的換流閥冷卻水系統(tǒng)在線化學(xué)儀表與常規(guī)化學(xué)儀表有相同之處，也具有電氣技術(shù)所要求的“絕緣”“冷卻”等特有要求。其次，化學(xué)儀表存在國(guó)家、品牌、技術(shù)性能等均不統(tǒng)一的特殊性，導(dǎo)致我國(guó)目前換流閥冷卻水系統(tǒng)在線化學(xué)儀表日常運(yùn)維、管理尚不成熟，甚至得不到技術(shù)人員重視，仍處于空白階段［10-12］。基于此，對(duì)換流閥冷卻水系統(tǒng)在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)與維護(hù)做出進(jìn)一步研究。

1 檢驗(yàn)項(xiàng)目與誤差要求

換流閥冷卻水系統(tǒng)分為內(nèi)冷卻水、外冷卻水系統(tǒng)，一般配備電導(dǎo)率表、pH 表和溶解氧表3 種在線化學(xué)儀表。依據(jù)“規(guī)程”對(duì)在線電導(dǎo)率表、在線pH 表和在線溶解氧表實(shí)施在線式檢驗(yàn)時(shí)，具體的檢驗(yàn)條件、檢驗(yàn)項(xiàng)目及誤差要求如表1、表2 及表3 所示。

表1 在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)條件

表2 在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)項(xiàng)目

2 在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)與維護(hù)

以±800 kV 高壓直流輸電換流站為例，換流站設(shè)置為2 極換流閥，每極各配置一套獨(dú)立的換流閥冷卻水系統(tǒng)，通過(guò)冷卻水不斷循環(huán)帶走換流閥產(chǎn)生的熱量，再通過(guò)室外風(fēng)冷設(shè)備對(duì)冷卻水進(jìn)行冷卻，以保證換流閥長(zhǎng)期穩(wěn)定工作在恒定溫度范圍內(nèi)。結(jié)合直流輸電工程可靠性要求，對(duì)該換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)電導(dǎo)率表、pH 表和溶解氧表誤差來(lái)源因素進(jìn)行分析，并對(duì)其實(shí)施在線式儀表檢驗(yàn)，依據(jù)檢驗(yàn)結(jié)論，對(duì)優(yōu)化性建議與維護(hù)方法進(jìn)行歸納與總結(jié)。

表3 在線化學(xué)儀表檢驗(yàn)誤差要求

2.1 在線電導(dǎo)率表檢驗(yàn)與維護(hù)

2.1.1 在線電導(dǎo)率表檢驗(yàn)

換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)在線電導(dǎo)率表測(cè)量中產(chǎn)生誤差因素較多，常見的誤差來(lái)源主要包括溶解性氣體、測(cè)量系統(tǒng)污染、電極常數(shù)錯(cuò)誤、溫度補(bǔ)償附加誤差、導(dǎo)線電容干擾等因素，影響在線電導(dǎo)率準(zhǔn)確性的因素如圖1 所示。

圖1 影響在線電導(dǎo)率表準(zhǔn)確性因素

該直流輸電換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)配備在線電導(dǎo)率表6 臺(tái)，依據(jù)“規(guī)程”要求，在線電導(dǎo)率表整機(jī)工作誤差應(yīng)不超過(guò)±1.0%。經(jīng)檢驗(yàn)，極Ⅰ換流閥內(nèi)冷水回水電導(dǎo)率表、極Ⅱ換流閥內(nèi)冷水回水電導(dǎo)率表整機(jī)工作誤差初檢超標(biāo)，經(jīng)過(guò)對(duì)電導(dǎo)電極、流通池清洗后，該電導(dǎo)率表整機(jī)工作誤差復(fù)檢合格。檢驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表4 換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)在線電導(dǎo)率表檢驗(yàn)結(jié)果

2.1.2 在線電導(dǎo)率表維護(hù)

溫度控制和溫度補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定。當(dāng)待測(cè)水樣流量等其他條件恒定時(shí)，水樣溫度的變化對(duì)電導(dǎo)率測(cè)量值影響較大，一般水樣控制至（25±1）℃范圍，并保持恒溫。純水電導(dǎo)率測(cè)定時(shí)，溫度補(bǔ)償系數(shù)呈非線性，隨水樣溫度和電導(dǎo)率變化而變化。如果恒溫系統(tǒng)暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣恒溫控制，可采取必要的二次儀表溫度補(bǔ)償系數(shù)設(shè)定的措施，以減小溫度補(bǔ)償附加誤差對(duì)純水電導(dǎo)率測(cè)定的影響。

電導(dǎo)電極定期檢查與清洗。電導(dǎo)電極污染會(huì)影響電極本體電容分布，直接大大影響了電導(dǎo)率示值，可采用對(duì)電極定期檢查與清洗的方法加以改善。將電極從流通池外套中取出，檢查內(nèi)外電極中是否夾雜異物，并使用軟質(zhì)毛刷將其清除。如果電極污染較嚴(yán)重，可用毛刷蘸洗滌劑（稀酸液）清洗，然后用除鹽水沖洗干凈。

電極常數(shù)的修正與標(biāo)定。電極常數(shù)是電極本身所特有一種常數(shù)量值，對(duì)電導(dǎo)率示值具有基礎(chǔ)性影響。隨著電極投運(yùn)時(shí)間延長(zhǎng)，待測(cè)介質(zhì)會(huì)對(duì)電極本身造成腐蝕，從而改變了電極實(shí)際的常數(shù)，從而大大影響了準(zhǔn)確性，所以需要定期對(duì)電極常數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。但鑒于標(biāo)準(zhǔn)溶液法存在“純水”干擾因素，故一般采用標(biāo)準(zhǔn)電極法進(jìn)行常數(shù)標(biāo)定，如果電極常數(shù)偏差較大，應(yīng)更換電極。

2.2 在線pH 表檢驗(yàn)與維護(hù)

2.2.1 在線pH 表檢驗(yàn)

換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)在線pH 表測(cè)量中誤差因素同樣比較繁雜，常見的誤差來(lái)源主要包括流動(dòng)電位、靜電荷、測(cè)量系統(tǒng)污染、液接電位、溫度誤差、電極校正誤差等方面，影響在線pH 表準(zhǔn)確性因素如圖2 所示。

圖2 影響在線pH 表準(zhǔn)確性因素

該直流輸電換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)配備在線pH表4 臺(tái)，依據(jù)“規(guī)程”要求，在線pH 表整機(jī)工作誤差應(yīng)不超過(guò)±0.05。經(jīng)檢驗(yàn)，極Ⅰ換流閥內(nèi)冷水供水pH表、極Ⅱ換流閥內(nèi)冷水回水pH 表整機(jī)工作誤差初檢超標(biāo)，經(jīng)過(guò)對(duì)pH 電極、流通池清洗、標(biāo)準(zhǔn)溶液兩點(diǎn)標(biāo)定等維護(hù)后，該pH 表整機(jī)工作誤差復(fù)檢仍然超標(biāo)。具體檢驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。經(jīng)查詢，該pH 電極使用年限達(dá)3～4 年，已經(jīng)超出電極使用壽命，建議更換電極。

表5 換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)在線pH 表整機(jī)工作誤差檢驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 在線pH 表維護(hù)方法

電極定期清洗與檢查。pH 表電極投入運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后，測(cè)量電極敏感膜會(huì)發(fā)生污染，不僅導(dǎo)致電極靈敏度降低，甚至造成pH 表示值失真。建議定期對(duì)電極進(jìn)行清洗，做好停用期電極保護(hù)措施。pH 表電極使用壽命一般為12 個(gè)月，新購(gòu)置的電極存放時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng)，在更換新電極時(shí)，應(yīng)將電極浸泡在除鹽水中活化24 h 后方可使用。

pH 表電極標(biāo)準(zhǔn)溶液兩點(diǎn)標(biāo)定。為確保pH 表示值持續(xù)準(zhǔn)確性，規(guī)避“在線”誤差因素干擾，需定期采用pH 表為9.18 及6.86 標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行電極兩點(diǎn)法標(biāo)定維護(hù)，標(biāo)定過(guò)程中如果兩點(diǎn)校驗(yàn)示值偏差較大，應(yīng)檢查測(cè)量電極是否老化、污染及溫度校準(zhǔn)及溫度補(bǔ)償附加誤差是否正確，進(jìn)一步對(duì)誤差因素進(jìn)行排查。

2.3 在線溶解氧表檢驗(yàn)與維護(hù)

2.3.1 在線溶解氧表檢驗(yàn)

換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)在線溶解氧表測(cè)量中產(chǎn)生誤差因素較多，常見的誤差來(lái)源主要包括水樣流速、電極污染、電極老化、殘存氣泡、管路泄漏附加誤差等方面，影響在線溶解氧表準(zhǔn)確性因素如圖3 所示。

圖3 影響在線溶解氧表準(zhǔn)確性影響因素

該直流輸電換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)配備在線溶解氧表2 臺(tái)，依據(jù)“規(guī)程”要求，在線溶解氧表整機(jī)引用誤差應(yīng)不超過(guò)±10.0%。經(jīng)檢驗(yàn)，極Ⅰ換流閥內(nèi)冷水供水、極Ⅱ換流閥內(nèi)冷水供水溶解氧表整機(jī)引用誤差初檢均合格，而且該2 臺(tái)在線溶解氧表與標(biāo)準(zhǔn)表增量校正曲線線性較好，如表6、圖4 所示。但是這2臺(tái)在線溶解氧表在檢驗(yàn)過(guò)程中示值變化較慢，靈敏度大大降低，建議定期更換電極滲透膜、電解液，并進(jìn)行空氣校準(zhǔn)，加強(qiáng)維護(hù)。

2.3.2 在線溶解氧表維護(hù)方法

定期更換氧滲透膜并充填電解液。由于水樣溶解氧電極不斷發(fā)生污染與老化，同時(shí)導(dǎo)致滲透膜與電解液失效，故須定期更換滲透膜并填充電解液，更換滲透膜和電解液時(shí)應(yīng)注意電極應(yīng)無(wú)灰塵或污染物，必要時(shí)用軟紙巾擦凈。滴一兩滴電解液將電極表面潤(rùn)濕，并把電解液瓶尖端或注射器插入注液孔，擠壓電解液使溶液緩慢注入并溢流，注入過(guò)程中應(yīng)輕輕拍打電極，利于排出電極內(nèi)氣泡。最后緩慢擰上注液孔螺絲，將過(guò)量的電解液溢出，并徹底清潔電極，用軟紙巾擦干滲氧膜。

表6 換流閥內(nèi)冷卻水系統(tǒng)在線溶解氧表整機(jī)引用誤差檢驗(yàn)結(jié)果

圖4 溶解氧表增量隨標(biāo)準(zhǔn)表增量變化

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)±800 kV 高壓直流輸電換流站換流閥冷卻水系統(tǒng)在線電導(dǎo)率表、pH 表和溶解氧表實(shí)施在線式檢驗(yàn)，繼而對(duì)各化學(xué)儀表誤差來(lái)源進(jìn)行了診斷分析，消除了“純水”和“在線”干擾因素誤差。建議改進(jìn)在線化學(xué)儀表管理工作，應(yīng)使儀表測(cè)量結(jié)果具有溯源性，使管理工作標(biāo)準(zhǔn)化和制度化，使儀表的設(shè)計(jì)規(guī)范化，構(gòu)造模塊化和檢測(cè)智能化，最終有效提高換流閥冷卻水系統(tǒng)在線化學(xué)儀表的準(zhǔn)確性，降低甚至消除換流閥系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕問(wèn)題，大大提高該直流輸電工程安全、穩(wěn)定運(yùn)行水平。