一種用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種直流輸電系統(tǒng)的裝置及其方法，具體講涉及一種用于直流換流閥 冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 換流閥是直流輸電工程的核必設(shè)備，通過(guò)依次將Η相交流電壓連接到直流端得到 期望的直流電壓和實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的控制，其價(jià)值約占換流站成套設(shè)備總價(jià)的22~25%。
[0003] 換流閥的設(shè)計(jì)應(yīng)用了電力電子技術(shù)、光控轉(zhuǎn)換技術(shù)、高壓技術(shù)、控制技術(shù)和均壓技 術(shù)、冷卻技術(shù)、高壓用絕緣材料的最新技術(shù)和研究成果，主要的技術(shù)難點(diǎn)在于：換流閥暫態(tài) 仿真模型的建立；換流閥高電位整體屏蔽和屏蔽性能的研究；換流閥絕緣配合、局部放電 水平的控制與抑制技術(shù)；換流閥關(guān)鍵器件的開(kāi)發(fā)研制；換流閥閥冷卻、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、控制 和均壓技術(shù)的集成；換流閥型式試驗(yàn)方法的研究。
[0004] 換流閥由晶間管、阻尼電容、均壓電容、阻尼電阻、均壓電阻、飽和電抗器、晶間管 控制單元等零部件組成。其中，晶間管是換流閥的核必部件，它決定了換流閥的通流能力 (目前國(guó)內(nèi)已研制出6英寸晶間管，額定通流能力4000安培），通過(guò)將多個(gè)晶間管元件串聯(lián) 可得到希望的系統(tǒng)電壓。晶間管的觸發(fā)方式分為電觸發(fā)和光觸發(fā)，ABB和西口子、阿海巧分 別是其中的代表。
[0005] 換流閥的核必部件晶間管所需的水冷散熱器，既要給晶間管散熱，又要充當(dāng)結(jié)構(gòu) 件承壓，還需導(dǎo)電，和終身的質(zhì)保，其嚴(yán)格的質(zhì)量要求使得送種水冷散熱器成為了電力電子 行業(yè)內(nèi)水冷散熱器的頂級(jí)產(chǎn)品。
[0006] 在換流閥領(lǐng)域內(nèi)，目前針對(duì)直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括： 電導(dǎo)率、pH(只有少部分換流站監(jiān)測(cè)）、溶解氧、溫度，送些數(shù)據(jù)指標(biāo)較少，并且為定期檢測(cè)， 導(dǎo)致目前諸多國(guó)內(nèi)換流站均出現(xiàn)冷卻培盤(pán)管結(jié)垢的問(wèn)題。冷卻培盤(pán)管結(jié)垢將會(huì)大大降低冷 卻培的換熱效率，導(dǎo)致內(nèi)冷水溫度偏高，若冷卻培的裕量不足，極易導(dǎo)致閥體溫度過(guò)高而跳 間，造成嚴(yán)重后果。
[0007] 在水處理行業(yè)，已出現(xiàn)過(guò)小型的電化學(xué)除垢儀器，然而，主要是采用圓管型結(jié)構(gòu)， 且除垢量較小，清洗不方便，難W應(yīng)用于水量較大的換流閥冷卻系統(tǒng)的外冷水除垢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水 除垢裝置及其方法，本發(fā)明提供的裝置安裝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；除垢效果明顯；對(duì)環(huán)境友好， 無(wú)污染，垢渣可用于建筑材料；耗電少，除垢效率高，解決了換流站內(nèi)的冷卻培結(jié)垢問(wèn)題。
[0009] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 本發(fā)明提供一種用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置，該裝置并聯(lián)于外冷系 統(tǒng)主循環(huán)回路上，其改進(jìn)之處在于，所述裝置包括除垢槽、直流電源、電極、超聲波發(fā)生裝置 和垢渣采集槽；所述電極的陰極和陽(yáng)極與直流電源的負(fù)極和正極對(duì)應(yīng)連接；且電極固定安 裝在所述除垢槽內(nèi)；所述超聲波發(fā)生裝置安裝在除垢槽上；所述垢渣采集槽安裝在除垢槽 底部，所述除垢槽底部為開(kāi)式。
[0011] 進(jìn)一步地，所述電極為板式電極，用于產(chǎn)生等頻率的平板式電極束，其陽(yáng)極采用鐵 釘電極，陰極采用316不鎊鋼板；所述電極的選用面積用如下式1)表示：

[0012] 1);
[001引式中；C。，C分別為進(jìn)水和出水硬度值，V為水流體積，A為電極陰極面積，t為反應(yīng) 時(shí)間，k為反應(yīng)速率常數(shù)；
[0014] 電能的消耗功率用如下式2)表示：

[001 引 。、 2);
[0016] 式中；P為消耗功率，Iz為電流，k為反應(yīng)速率常數(shù)，A為電極陰極面積，d為電極間 距。
[0017] 進(jìn)一步地，所述直流電源的電壓為6~12V，電流根據(jù)除垢現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整；所述除 垢槽和垢渣采集槽均采用不鎊鋼材質(zhì)。
[0018] 進(jìn)一步地，標(biāo)準(zhǔn)超聲波發(fā)生裝置包括超聲波電源、換能器及輔助系統(tǒng)；超聲波電源 將工頻電源轉(zhuǎn)變成高頻電信號(hào)，通過(guò)電纜輸送到換能器上；當(dāng)換能器被加上高頻電壓后，其 壓電陶瓷元件在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生縱向振動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)電極震動(dòng)；所述超聲波發(fā)生裝置用于 將其自身的振動(dòng)頻率調(diào)整至與污垢附著電極相同的振動(dòng)頻率，產(chǎn)生共振，使污垢由電極上 脫落下來(lái)落至垢渣采集槽內(nèi)。
[0019] 進(jìn)一步地，所述換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水的污垢生成速率用如下式3)表示：

[0020] 勺 3)；
[0021] 式中；m為斜率，試驗(yàn)測(cè)定值為（7. 50 + 0. 03)mA-min/cm3;k(I -為電流密度 I趨近于無(wú)窮大時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)，其值為（0. 357 + 0. 005) cm/min ;1為電流密度。
[0022] 進(jìn)一步地，將所述裝置的進(jìn)水口與噴淋泉出水口連接，其出水口引入噴淋水池，形 成循環(huán)式除垢的裝置。
[0023] 本發(fā)明還提供一種用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置的除垢方法，其改進(jìn) 之處在于，所述方法包括下述步驟：
[0024] (1)將電極與除垢槽固定安裝，并對(duì)電極施加低電壓；
[00巧](2)噴淋水的巧、鎮(zhèn)離子在電極的陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生污垢；
[002引 做通過(guò)超聲波發(fā)生裝置首先對(duì)電極施加15KHZ基準(zhǔn)頻率的振動(dòng)，然后將超聲波 發(fā)生裝置振動(dòng)頻率調(diào)整至與污垢附著電極相同的振動(dòng)頻率，產(chǎn)生共振后致使污垢脫落至垢 渣采集槽內(nèi)。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：
[0028] 本發(fā)明提供的裝置在設(shè)計(jì)的電極為板式，固定在專(zhuān)口的除垢槽內(nèi)，形成等頻率的 電極束，不僅可W增加污垢析出數(shù)量，增大除垢率，而且可W通過(guò)超聲波發(fā)生裝置，將振動(dòng) 頻率調(diào)整至與污垢附著電極相同的振動(dòng)頻率，使其產(chǎn)生共振，從而由電極上脫落下來(lái)，落至 垢渣采集槽內(nèi)統(tǒng)一處理，大大降低了清洗成本。
[0029] 本發(fā)明提供的裝置可將進(jìn)水口引至噴淋泉出水口，出水口直接引入噴淋水池，通 過(guò)循環(huán)式除垢，逐漸降低噴淋水中的硬度離子，從而在一定程度上提高噴淋水的濃縮倍率， 減少棄水量，節(jié)約水資源。
[0030] 本發(fā)明解決了換流站內(nèi)的冷卻培結(jié)垢問(wèn)題。
[0031] 本發(fā)明的裝置安裝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；除垢效果明顯；對(duì)環(huán)境友好，無(wú)污染，垢渣可 用于建筑材料；耗電少，除垢效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是本發(fā)明提供的用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0034] 直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)，包括主循環(huán)水泉、加熱罐、空氣散熱器、主過(guò)濾器、換流 閥及脫氣罐；所述主循環(huán)水泉出口、加熱罐、空氣散熱器、主過(guò)濾器、換流閥、脫氣罐及主循 環(huán)水泉進(jìn)口通過(guò)管道依次連接起來(lái)形成循環(huán)回路。
[0035] 所述直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)包括水處理回路，所述水處理回路包括離子交換器 及精密過(guò)濾器，所述水處理回路與換流閥并聯(lián)，所述離子交換器與精密過(guò)濾器串聯(lián)，所述離 子交換器及精密過(guò)濾器均設(shè)有備用。
[0036] 所述直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)包括氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)，所述氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)包括膨脹罐 及氮?dú)馄?，膨脹罐與精密過(guò)濾器串聯(lián)，氮?dú)馄颗蛎浌捱B接，所述膨脹罐為兩個(gè)串聯(lián)，氮?dú)馄?設(shè)有備用。直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)包括自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)，所述自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)包括依次連接 的原水泉、補(bǔ)水過(guò)濾器、原水罐、補(bǔ)水泉及補(bǔ)水電動(dòng)閥，補(bǔ)水電動(dòng)閥與離子交換器連接，所述 補(bǔ)水泉設(shè)有備用。加熱罐包括至少一個(gè)電加熱器。脫氣罐包括至少一個(gè)電加熱器。
[0037] 直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)包括電動(dòng)Η通閥、蝶閥及球閥，電動(dòng)Η通閥與蝶閥串聯(lián) 后于球閥并聯(lián)，連接在加熱罐與主循環(huán)水泉之間，電動(dòng)Η通閥第Η端與主過(guò)濾器進(jìn)口連接， 所述蝶閥及電動(dòng)Η通閥均設(shè)有備用。
[0038] 主循環(huán)水泉、加熱罐及主過(guò)濾器均設(shè)有備用。換流閥及脫氣罐設(shè)有芳路。水處理 回路與電導(dǎo)率測(cè)量支路并聯(lián)。
[0039] 本發(fā)明提供的用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所 示，該裝置包括除垢槽、直流電源、電極、超聲波發(fā)生裝置和垢渣采集槽；所述電極的陰極和 陽(yáng)極與直流電源的負(fù)極和正極對(duì)應(yīng)連接；且電極固定安裝在所述除垢槽內(nèi)；所述超聲波發(fā) 生裝置安裝在除垢槽上；所述垢渣采集槽安裝在除垢槽底部，所述除垢槽底部為開(kāi)式。
[0040] 直流電源；電壓6~12V，電流可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行調(diào)整。
[0041] 除垢槽：采用不鎊鋼制作，并且可固定電極。
[0042] 電極為板式電極，用于產(chǎn)生等頻率的平板式電極束，其陽(yáng)極采用鐵釘電極，陰極采 用316不鎊鋼板。所述電極的選用面積用如下式1)表示：

[0043] 1/t
[0044] 式中；c。，c分別為進(jìn)水和出水硬度值，V為水流體積，A為電極陰極面積，t為反應(yīng) 時(shí)間，k為反應(yīng)速率常數(shù)；
[0045] 電能的消耗功率用如下式2)表示：

[0046] 2)';
[0047] 式中；P為消耗功率，Iz為電流，k為反應(yīng)速率常數(shù)，A為電極陰極面積，d為電極間 距。
[0048] 超聲波發(fā)生裝置；可安裝在除垢槽上，引起槽體及電極振動(dòng)，帶動(dòng)水垢發(fā)生共振， 從而由電極上脫落。
[0049] 垢渣采集槽；可將除垢槽底部設(shè)為開(kāi)式，便于垢渣采集槽拆裝，該槽亦為不鎊鋼材 質(zhì)。
[0050] 換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水的污垢生成速率用如下式3)表示：

[0051] 3);
[005引式中；m為斜率，試驗(yàn)測(cè)定值為（7. 50±0.03)mA-min/cm3;k(I -為電流密度 I趨近于無(wú)窮大時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)，其值為（0. 357 + 0. 005) cm/min ;1為電流密度 [005引式中；m為斜率，試驗(yàn)測(cè)定值約為（7. 50 + 0. 0：3)mA.min/cm3，k(I 一c?)為電流密 度I趨近于無(wú)窮大時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)，通過(guò)外推法得到的值約為（0. 357 ± 0. 005) cm/min，I 為電流密度。
[0054] 本發(fā)明提供的裝置可將進(jìn)水口引至噴淋泉出水口，出水口直接引入噴淋水池，通 過(guò)循環(huán)式除垢，逐漸降低噴淋水中的硬度離子，從而在一定程度上提高噴淋水的濃縮倍率， 減少棄水量，節(jié)約水資源。
[00巧]本發(fā)明還提供一種用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置的除垢方法，所述方 法包括下述步驟：
[005引 （1)在除垢槽中固定安裝中放置2組電極，一組為陰極，一組為陽(yáng)極，施加6~12V 的低電壓
[0057] (2)噴淋水的巧、鎮(zhèn)離子在電極的陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生污垢；陰極發(fā)生如下反 應(yīng)：
[0058] 2H2〇+2e 一 &巧0H
[0059] 送樣，陰極附近的PH值就會(huì)升高，繼而發(fā)生反應(yīng)：
[0060] 肥〇3 +0H- 一 CO32 +肥0
[0061] Mg2++0H - Mg(0H)2 i
[0062] Ca2++C〇32 一 CaC〇3 i
[0063] 在陰極表面就會(huì)有污垢沉積。
[0064] (3)通過(guò)超聲波發(fā)生裝置首先對(duì)電極施加15KHZ基準(zhǔn)頻率的振動(dòng)，然后將超聲波 發(fā)生裝置振動(dòng)頻率調(diào)整至與污垢附著電極相同的振動(dòng)頻率，產(chǎn)生共振后致使污垢脫落至垢 渣采集槽內(nèi)，定期對(duì)污垢進(jìn)行清理即可。
[0065] 本發(fā)明提供的用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置及其除垢方法，主要用于 直流輸電換流站及其相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的外冷卻水水質(zhì)除垢，W免出現(xiàn)因結(jié)垢導(dǎo)致冷卻培換熱能 力下降的問(wèn)題。通過(guò)該裝置，可對(duì)噴淋水中致垢離子進(jìn)行去除，解決了換流站內(nèi)的冷卻培結(jié) 垢問(wèn)題。
[0066] 最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是；W上實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡 管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可W對(duì)本發(fā) 明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，送些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者 等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置，該裝置并聯(lián)于外冷系統(tǒng)主循環(huán)回 路上，其特征在于，所述裝置包括除垢槽、直流電源、電極、超聲波發(fā)生裝置和垢渣采集槽； 所述電極的陰極和陽(yáng)極與直流電源的負(fù)極和正極對(duì)應(yīng)連接；且電極固定安裝在所述除垢槽 內(nèi)；所述超聲波發(fā)生裝置安裝在除垢槽上；所述垢渣采集槽安裝在除垢槽底部，所述除垢 槽底部為開(kāi)式。2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電極為板式電極，用于產(chǎn)生等頻率的平 板式電極束，其陽(yáng)極采用鈦釕電極，陰極采用316不銹鋼板；所述電極的選用面積用如下式 1)旁示：1)； 式中：C(J,C分別為進(jìn)水和出水硬度值,V為水流體積,A為電極陰極面積,t為反應(yīng)時(shí)間， k為反應(yīng)速率常數(shù)； 電能的消耗功率用如下式2)表示：2)； 式中：P為消耗功率，Iz為電流，k為反應(yīng)速率常數(shù)，A為電極陰極面積，d為電極間距。3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述直流電源的電壓為6~12V，電流根據(jù) 除垢現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整；所述除垢槽和垢渣采集槽均采用不銹鋼材質(zhì)。4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，標(biāo)準(zhǔn)超聲波發(fā)生裝置包括超聲波電源、換 能器及輔助系統(tǒng)；超聲波電源將工頻電源轉(zhuǎn)變成高頻電信號(hào)，通過(guò)電纜輸送到換能器上； 當(dāng)換能器被加上高頻電壓后，其壓電陶瓷元件在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生縱向振動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)電極 震動(dòng)；所述超聲波發(fā)生裝置用于將其自身的振動(dòng)頻率調(diào)整至與污垢附著電極相同的振動(dòng)頻 率，產(chǎn)生共振，使污垢由電極上脫落下來(lái)落至垢渣采集槽內(nèi)。5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水的污垢生成速 率用如下式3)表示：3)； 式中：m為斜率，試驗(yàn)測(cè)定值為（7. 50±0.03)mA*min/Cm3;k(I -為電流密度1趨 近于無(wú)窮大時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)，其值為（〇. 357±0. 005)cm/min ;1為電流密度。6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，將所述裝置的進(jìn)水口與噴淋泵出水口連接， 其出水口引入噴淋水池，形成循環(huán)式除垢的裝置。7. -種如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置的 除垢方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟： (1) 將電極與除垢槽固定安裝，并對(duì)電極施加低電壓； (2) 噴淋水的鈣、鎂離子在電極的陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生污垢； (3) 通過(guò)超聲波發(fā)生裝置首先對(duì)電極施加15KHz基準(zhǔn)頻率的振動(dòng)，然后將超聲波發(fā)生 裝置振動(dòng)頻率調(diào)整至與污垢附著電極相同的振動(dòng)頻率，產(chǎn)生共振后致使污垢脫落至垢渣采 集槽內(nèi)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于直流換流閥冷卻系統(tǒng)外冷水除垢裝置及其方法，裝置包括除垢槽、直流電源、電極、超聲波發(fā)生裝置和垢渣采集槽；電極的陰極和陽(yáng)極與直流電源的負(fù)極和正極對(duì)應(yīng)連接；且電極固定安裝在所述除垢槽內(nèi)；超聲波發(fā)生裝置安裝在除垢槽上；所述垢渣采集槽安裝在除垢槽底部，除垢槽底部為開(kāi)式。將電極與除垢槽固定安裝，并對(duì)電極施加低電壓；噴淋水的鈣、鎂離子在電極的陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生污垢；對(duì)電極施加一定頻率的振動(dòng)，超聲波發(fā)生裝置將其自身的振動(dòng)頻率調(diào)整至與污垢附著電極相同的振動(dòng)頻率，致使污垢脫落至垢渣采集槽內(nèi)。通過(guò)本發(fā)明提供的除垢裝置及其方法，可對(duì)噴淋水中致垢離子進(jìn)行去除，解決了換流站內(nèi)的冷卻塔結(jié)垢問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】C02F5/00, C02F1/46, C02F1/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105712500
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410738377
【發(fā)明人】湯廣福, 王航, 周建輝, 查鯤鵬, 文玉良, 楊少軍, 盧志敏
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院