王光辉，傅乐伟，汪景婷，程一杰，宋小宁

（1.杭州意能电力技术有限公司，杭州310014；2.国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江舟山316000；3.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

舟山柔直工程阀冷系统的水质控制设计及技术要求

王光辉1，傅乐伟2，汪景婷1，程一杰3，宋小宁3

（1.杭州意能电力技术有限公司，杭州310014；2.国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江舟山316000；3.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

结合舟山柔直工程5座换流站阀冷系统的设计和运行情况，阐述了内冷水系统和外冷水系统的典型设计、水质控制指标和技术要求。为保证阀冷系统的安全稳定运行，针对阀冷系统水质控制措施，提出相关建议。

舟山柔直工程；换流站；内冷水；外冷水；技术要求

换流阀是直流输电工程的核心设备，用于实现交直流的转换[1]，运行中换流阀会产生大量热量。阀冷系统将阀体上各元件因功耗产生的热量通过水流交换到阀厅外，保证换流阀温度在正常范围内[2]。为了保证换流阀的安全运行，阀冷系统不仅需要控制系统的设计参数（包括流量、温度、压力、液位等）[3]，还需要对水质控制提出相关的指标和技术要求。

1 舟山柔直工程阀冷系统

1.1 内冷水系统

换流阀内冷却循环水系统主要是为可控硅阀提供冷却水，吸收运行中的换流阀散发出的热量，以维持换流阀的正常工作温度，确保可控硅阀片可靠运行。换流阀内冷水系统包括主循环水泵、补水泵、主过滤器、逆止阀、离子交换器、排气阀、膨胀水箱、补水箱和稳压装置等设备。主循环水泵将内冷水加压送至换流阀塔顶部的主进水管道，内冷却水流入换流阀塔后，分配进入晶闸管散热器、阻尼电阻和阻尼电抗器，将各元器件产生的热量带走后，经外部冷却系统进行热量交换，冷却后的内冷水回到脱气罐和主循环水泵入口[4]。内冷水系统流程如图1所示。

1.2 外冷水系统

外冷水系统为敞开式循环系统，主要由主循环回路、旁路循环回路、补水管路等组成，其主要设备包括冷却塔、喷淋水泵、冷却风扇、外冷水池及补水系统等。喷淋水泵从室外外冷水池抽水，均匀喷洒到冷却塔内的换热盘管表面，吸收内冷水的热量，冷却塔不停地将吸热后形成的水蒸气排至大气，冷凝水回流至喷淋水池，以实现对内冷水连续降温的目的。外冷水系统流程如图2所示。

图1 换流阀内冷水系统流程

2 内冷水水质控制指标与设计要求

2.1 内冷水水质控制指标

为了防止内冷水系统的腐蚀，必须对内冷水进行合理的水质调节，严格控制内冷水水质。根据内冷水系统的材质以及对冷却水水质的要求，应对内冷水电导率、溶解氧、pH值等水质指标进行监督控制，控制指标如表1所示，其中，舟山柔直工程定海站、衢山站、岱山站在冷却水中加入了一定比例的乙二醇防冻液，水质要求可以适当调整。

2.2 内冷水系统水质控制设计要求

2.2.1 控制补水水质

为了保证冷却水水质，系统补充水采用桶装纯净水，其电导率不高于5 μm/cm，干净、无明显机械杂质，禁止将不合格的水补充至系统中。系统运行时，补充水经过离子交换器100%处理。进入离子交换器前补充水经过补水过滤器处理，补水过滤器的过滤精度不低于10 μm。

表1 内冷却水水质控制指标

2.2.2 设置离子交换器

内冷水系统循环旁路上设置了离子交换器进行除盐处理，2套离子交换器采用一用一备的工作方式，交换器内装有大交换容量混合离子交换树脂，正常运行时，内冷循环水约10%经过离子交换器处理。对离子交换器出口电导率进行实时监控，当出口电导率大于0.5 μm/cm时，切换至备用离子交换器并更换停用离子交换器内树脂。

2.2.3 设置过滤器

为防止内冷水系统中脱落的颗粒进入换流阀体，对换流阀造成损害，在换流阀进口设置主过滤器，过滤精度不低于100 μm。主过滤器采用一用一备的工作方式，当主过滤器的压差达到20 kPa时，切换至备用主过滤器运行，然后清洗停用的主过滤器或更换滤芯。

图2 换流阀外冷水系统流程

为防止离子交换器中树脂泄漏流入系统，在2个离子交换器出口分别设置精度不低于10 μm的精密过滤器。在离子交换器运行时，若精密过滤器进出口压差达到50 kPa，切换至备用离子交换器运行，然后对停用离子交换器进行检修，并清洗精密过滤器或更换精密过滤器滤芯。

2.2.4 设置除氧装置

为防止溶解氧量过高对系统造成氧腐蚀，在膨胀水箱设置氮气除氧装置。用高压氮气瓶将氮气通入膨胀水箱，将水中溶解氧置换出来，通过膨胀水箱顶部的排气口排出。为了避免杂质带入系统，所使用的氮气必须满足纯度要求，而且在气体减压器前端必须配备不低于20 μm精度的过滤装置。

2.2.5 添加防冻液

为了防止系统停运时内冷水结冰，一般选择添加乙二醇防冻液降低内冷水冰点，从而达到防冻的目的。添加乙二醇的浓度根据当地环境的最低温度来确定。舟山柔直工程定海站、衢山站、岱山站3座换流站采用了该设计。不同浓度乙二醇溶液的物理性质如表2所示。

表2 不同浓度乙二醇溶液的物理性质

从表2可以看出，乙二醇的浓度越高，溶液的粘度越大，比热和导热系数越小。因此，添加乙二醇浓度增大时，为保证冷却效率，需加大主循环泵的出力。

3 外冷水水质控制指标与设计要求

3.1 外冷水水质控制指标

为防止外冷水系统的腐蚀、结垢和微生物滋生，应严格控制外冷水水质。参考GB 50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》[5]，换流阀外冷水水质要求如表3所示。

表3 外冷水水质控制指标

3.2 外冷水系统水质控制设计要求

3.2.1 补水软化处理

为防止外冷水系统腐蚀结垢，需控制喷淋水的硬度。原水补充至缓冲水池前，经过软化处理，去除原水中的硬度。外冷水补水的处理方式为：活性炭过滤器+自反洗过滤器+软化装置。

活性炭过滤器通过其吸附作用去除原水中有机物，当过滤器进出口压差达到50 kPa或者达到设定时间间隔时，进行反洗。建议反洗时间为90～120 s，实际情况根据水质决定。

软化装置为钠型离子交换器，使用树脂为001×7强酸性钠型阳离子交换树脂。含硬度的原水经过软化装置发生如下反应[5]：

当软化装置出水硬度达到0.03 mmol/L时，判定树脂已经失效，无去硬度能力，需进行再生。再生剂采用NaCl溶液，再生时发生如下反应[6]：

软化装置的再生流程为反洗→再生→置换→小正洗→大正洗，为达到最佳再生效果，再生过程中需控制反洗流量、置换时间、置换流速和再生剂浓度等。

3.2.2 设置砂介质过滤器

在外冷水循环旁路设置砂介质过滤器，滤料为石英砂，用于去除外冷水中的悬浮物。运行过程中，当砂滤器进出口压差达到50 kPa或者运行时间达到设定时间，对砂滤器进行反洗。建议反洗时间为40～90 s，实际情况根据水质决定。

3.2.3 添加阻垢剂

在外冷水中添加阻垢剂，阻垢剂通过晶格畸变、分散和络合等作用能够有效防止系统结垢[7]。阻垢剂加药点设置在循环旁路砂滤器出口管或缓冲水池。阻垢剂采用冲击式加药方式，投加量根据缓冲水池中阻垢剂含量进行调整，维持缓冲水池中阻垢剂含量在某个范围波动。

3.2.4 添加杀生剂

外冷水中的微生物滋生会产生黏泥和导致微生物腐蚀，严重影响外冷水传热效率[8]，通过添加杀生剂能够有效防止外冷水中的微生物滋生。杀生剂加药点设置在循环旁路砂滤器出口管或缓冲水池，采用冲击式加药方式。杀生剂分为氧化性杀生剂和非氧化性杀生剂，采用交替使用方式加入外冷水系统，投加量根据缓冲水池水质进行调整。

4 结语

阀冷系统水质控制是保证换流站安全运行的重要措施之一。为保证换流站安全运行，针对舟山柔直工程阀冷系统水质控制提出以下建议：

（1）加强换流站运维人员关于水质监控方面的专业技术培训，包括加药方式、树脂再生过程、过滤器反洗过程、水质分析等。

（2）加强电导率表、溶解氧表等化学仪表的维护和校准，充分利用化学仪表对阀冷系统运行状况进行监督。对相关的水质指标应进行定期检测分析。

（3）根据水质情况严格控制过滤器、混合离子交换器、软化装置的运行方式，确保运行时水质指标符合要求。

[1]赵晓明，华文.换流器阀侧零序电压保护异常原因分析及对策[J].浙江电力，2015，34（8）∶1-3.

[2]卢世才，刘蕊.高压直流输电系统换流阀热损耗与冷却介质关系探讨[J].广西电力，2013，36（2）∶59-61.

[3]吴俊，方芳，赵晓明，等.柔性直流输电舟洋换流站无源HVDC启动试验中典型故障分析[J].浙江电力，2016，35（1）∶6-9.

[4]张颜真，熊旭，陈海燕，等.阀冷系统在柔性直流输电工程中的应用[J].中外企业家，2015（8）∶229.

[5]GB 50050-2007工业循环冷却水处理设计规范[S].北京：中国计划出版社，2008.

[6]周柏青，陈志和.热力发电厂水处理[M].北京：中国电力出版社，2009.

[7]李培元.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京：中国电力出版社，2008.

[8]刘凯.±500 kV换流站阀冷系统水质监督与结垢分析[J].湖南电力，2015，35（4）∶41-43.

（本文编辑：徐晗）

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

WANG Guanghui1，FU 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

王光辉（1982），男，助理工程师，从事电力化学环保专业工作。