垢层动态膜阻对换流阀冷却系统内均压电极动态沉积特性影响机理研究

换流阀内冷却系统发生的故障绝大多数直接或间接由内部均压电极沉积结垢导致，占比在70%以上，均压电极沉积结垢问题已成为影响整个直流输电系统的安全稳定运行的重要因素。该文建立了换流阀单个阀段内冷却系统的电场、流场、传质场三维仿真模型，引入垢层动态膜阻模型，与实际换流站的均压电极垢层厚度对比，确定了等效电导率，验证了方法的准确性。分析了垢层的动态生长规律、垢质沉积质量、垢层厚度和沉积速率，给出了相应拟合公式，确定了沉积质量、垢层平均厚度和沉积速率时间常数。沉积质量和垢层平均厚度时间常数均为1111天，极限沉积质量为377 mg，极限垢层平均厚度为1.03 mm。该文的研究成果为换流阀均压电极的垢层预测和检修除垢工作提供了可靠依据。     

基于垢层动态沉积模型的阀冷系统电极均压能力评估方法

针对缺少对阀冷系统电极结垢后电极均压能力的评判方法,提出用电压纹波因子α和泄漏电流波纹因子β表征电极均压能力的评估方法。研究了阀冷系统腐蚀与结垢机理,基于腐蚀与电沉积反应建立了电-流-传质场耦合作用下阀段均压电极动态结垢模型,并采用拉格朗日-欧拉方法计算垢层动态沉积过程引起的几何边界变化;基于电路模型和实验结果验证了所提模型的准确性,结果表明垢层动态沉积模型下的结果与测量结果一致,能够有效表征垢层动态沉积特性;最后,提出利用综合考虑各支路电压和泄漏电流波动情况的纹波因子α和β评估阀冷系统电极均压能力,获得了不同结垢程度下的电极均压能力变化规律,确定了以α_(NM)1、β_(NM)0.7为阈值的均压电极定期更换/清洗策略。     

基于恒电位法的阀冷却系统铝散热器腐蚀特性研究

目前高压直流输电阀冷却系统普遍存在均压电极结垢问题,严重的甚至影响高压直流系统的正常运行。从均压电极结垢的源头即散热器的腐蚀出发,以安顺换流站的换流阀的内冷水系统为对象,基于电化学原理、恒电位法和测试技术,分析铝散热器的腐蚀机理,从温度、悬浮树脂浓度、水流速、溶解氧浓度和PH值5个方面讨论铝散热器腐蚀的影响因素和作用机制,得出了抑制铝散热器腐蚀的各因素最佳值,并建设性地提出了改善阀冷系统限制其腐蚀结垢的方法,为解决南方电网其他换流站内冷却水系统的腐蚀结垢提供科学依据。     

换流阀冷却系统腐蚀结垢分析研究

换流阀内冷水系统普遍存在均压电极结垢问题,该问题会引起换流阀闭锁或紧急停运事故,给电网安全稳定运行带来隐患,这一问题至今没有根本的解决办法。在对均压电极结垢情况和晶闸管散热器腐蚀调查研究的基础上,进行了均压电极的结垢分布规律分析,给出了结垢控制对策。     

高压直流输电光触发换流阀塔均压电极除垢技术和工艺研究

由于晶闸管铝制散热器的电化学腐蚀,光触发换流阀塔均压电极在电场的作用下容易形成垢质。结合宝鸡换流站均压电极除垢检修经验,介绍了光触发换流阀塔均压电极除垢工艺及流程,总结了电极除垢过程中的关键环节。     

高压换流阀内冷却系统散热器杂散电流腐蚀的试验研究

国内数座换流站的运行经验表明,换流阀内冷却系统中铝制散热器的腐蚀是导致均压电极结垢和水路阻塞、泄漏等问题的根源。为了研究散热器在内冷水中电解电流作用下发生杂散电流腐蚀的问题,文中搭建了典型结构的换流阀内冷却系统模拟试验平台,在模拟换流阀实际运行环境的前提下,通过模拟试验检测了各支流管电流的变化,利用软件仿真明确了散热器内部电解电流的分布,结合相关理论计算了散热器的杂散电流腐蚀量和非电腐蚀量并进行了比较分析。试验和仿真结果表明,换流阀各阀段中只有中间电位以上电位处的散热器能够用发生杂散电流腐蚀;从散热器内表面与塑料接头衔接处起向内延伸约3.7 mm的铝制内表面是发生杂散电流腐蚀的主要区域;在内冷水电导率维持在0.5μS/cm以下的现场运行环境中,杂散电流腐蚀并不是散热器发生腐蚀的最主要原因。     

换流阀水路冷却系统电极反应的等效电路建模

高压直流换流阀水路冷却系统中存在的腐蚀与沉积问题给换流阀系统的安全可靠运行带来极大隐患。为研究换流阀冷却水路中铝合金散热器和均压电极的腐蚀与沉积问题,通常采用电化学测量方法,但此方法耗时长、效率低,为此提出了一种适用于换流阀冷却水路电极反应的等效电路建模方法。应用有限元法,考虑电极动力学边界条件,分析了实际物理模型的电流分布,提取等效参数,建立了等效电路分析模型,并对比了采用线性电极电解质边界条件的有限元法与采用基于线性电阻、电容器件的等效电路的仿真结果。考虑电极反应电路模型中等效电阻、电容的非线性特性,建立了非线性等效电路模型,基于该模型讨论了不同类型的外加激励对电极反应的影响,得到交流激励腐蚀危害远小于直流激励腐蚀危害的仿真结果,获得了不同外加激励作用下反应电流与泄漏电流之间的比例关系。选取与实际工程波形较为类似的半波整流波形为激励源波形,得到:无论激励幅值大小,反应电流与泄漏电流的比值均约为63.75%。结合对半波整流电压激励波形的幅频分析可知:影响电极反应电流的主要因素是外加电压激励中的直流分量。反应电流与泄漏电流比例关系的确定可为电极腐蚀速率、沉积量的计算提供帮助。     

换流阀内冷却系统均压电极结垢的计算

换流阀内冷却系统中的均压电极结垢现象威胁着直流输电工程的安全可靠运行。建立了单、双和三电极3种典型结构电极系统的计算模型,提出了带电粒子由向电极聚集直至在电极表面沉积的两阶段分析方法,采用有限元法计算了不同流速冷却水及电极电流下均压电极周围带电粒子的分布特性,运用电泳沉积仿真原理计算了带电粒子在各电极体系表面沉积的过程,结果表明循环流动冷却水中电极对带电粒子的捕获存在电流阈值,工程实际条件下单、双和三电极的捕获率分别约为12.6%、33.3%和33.9%,运用电泳沉积仿真原理计算得到的结垢在形态和生长特征上与工程实际具有极高的一致性。     

±500 kV换流站阀水冷系统隐患分析治理

以±500 kV德阳换流站为例,介绍了主泵轴封渗水及均压电极腐蚀结垢两项可能导致直流设备停运的典型阀水冷系统隐患。通过多次处理轴封缺陷,并在设备运行过程中连续跟踪分析,基本确定气蚀振动是引发轴封渗水的原因。因此提出从电机选型、电机控制及主泵进出水管路改造三方面防控此类隐患的意见,并确定最经济稳定的改造方案为主泵进出水管路增加旁路的方式。利用停极机会检查电极结垢、腐蚀情况,判断电极结垢可能对直流输电系统造成的影响。通过结垢成分分析确定引发电极结垢的设备原因,采用冷却水介质换型解决了因水质原因而造成散热器腐蚀隐患。根据内水冷密闭结构提出了增加气囊的改造方案,在含氧量方面进行电极结垢控制。两项隐患的分析治理过程对新投换流站相关设备的选型及设计都有一定的指导意义,为已投换流站类似隐患分析提供了参考依据。     

换流阀内水冷系统泄漏电流对散热器腐蚀的影响

换流阀内冷却系统中散热器的腐蚀会导致均压电极结垢并引发漏水和散热失灵等事故,严重威胁高压直流输电系统的安全可靠运行。为了研究水路泄漏电流对铝散热器腐蚀的影响,搭建了由实际散热器组成的模拟阀冷平台,并模拟现场条件进行了运行试验;然后在隔离水箱中进行了铝片试样的电解腐蚀试验,利用失重法和显微观测等手段分析了阴、阳极试样的腐蚀量和腐蚀形貌。结果表明,冷却水路泄漏电流是导致或加剧散热器腐蚀的主导因素,且引起的腐蚀量在散热器腐蚀总量所占比重随着运行时间增加而增加。泄漏电流对同一阀段中不同电位处散热器腐蚀的影响机理存在差异:阀段高电位处散热器只受到阳极泄漏电流的影响,发生具有点蚀形貌特征的杂散电流腐蚀;而低电位处散热器则在阴极泄漏电流作用下,发生具有均匀腐蚀形貌特征的碱性腐蚀。     

某换流站阀外冷散热器散热翅片化学清洗方法

针对换流站阀外冷散热器表面污垢的清洗,现有的工业清洗方案存在以下技术难点：1)阀外冷散热翅片主要成分是铝,铝基材化学性质活泼,对酸性或碱性化学物质比较敏感,易造成腐蚀;2)阀外冷散热器结构复杂,清洗工装易发生清洗液泄露。从阀外冷散热器表面污垢成因分析入手,在垢样成分分析结果的基础上,提出一种改进的循环喷淋化学除垢与清洗方法。研制散热器专用清洗剂及铝缓蚀剂,在有效去除散热器表面污垢的同时,保证其翅片不被腐蚀,避免泄露发生。     

基于RF-BiLSTM的柔直阀冷入阀水温预测及冷却能力评估

为实现柔性直流(voltage sourced converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)换流阀冷却系统入阀水温的智能预测,文中提出一种基于随机森林(random forest,RF)和双向长短时记忆(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)网络混合的柔直换流阀冷却系统入阀水温的预测模型,并以此为基础对柔直换流站阀冷系统的冷却能力进行评估。首先,采用RF算法对由阀冷系统监测变量组成的高维特征集进行重要性分析,筛选出影响入阀水温的重要特征,与历史入阀水温构成输入特征向量。然后,将特征向量输入到BiLSTM预测模型,对模型进行训练并实现对入阀水温的准确预测和冷却能力定量评估。最后,以广东电网某柔直换流站为实例对所提方法进行分析,验证了所提出的基于RF-BiLSTM的混合模型预测精度优于BiLSTM模型、RF模型、支持向量机(support vector machine,SVM)模型和自回归滑动平均模型(auto-regressive and moving average,ARMA)模型,并且实现了冷却能力的定量评估。结果表明该换流站冷却裕量达98%,存在过度冷却、能源浪费的问题,与换流站现场运行情况相符,验证了文中所提方法的有效性和准确性。     

基于有限元法的换流阀水路系统电场分析

在高压直流输电工程中,换流站阀塔内冷水系统会出现漏水故障,严重影响特高压直流输电的稳定性。针对该类漏水故障问题,从阀塔内冷水回路场强因素考虑,采用有限元仿真和实验的方法,搭建了仿真所需的阀塔内冷水回路三维模型和水路局部模型,根据阀塔运行条件对内冷水系统作了电场仿真分析,同时设计了验证实验进行探究。仿真结果表明,内冷水系统回路的冷却水管表面场强部分大于空气击穿场强,等电位线会影响冷却水管周围电场。实验证实在一定条件下等电位线与冷却水管间会有明显放电现象,研究内容为阀塔漏水事故原因分析提供了参考依据。     

基于层次分析法与改进D-S理论的阀水冷系统状态评估

为了及时评估保障换流阀可靠运行的阀水冷系统运行状态,首先,分析了换流站阀水冷系统整体构成,选取主要历史数据和实时数据构建了评估指标体系,通过三角形函数和半梯形函数以及专家调查法确定各个指标的隶属度;其次,基于层次分析法确定各个评估指标权重,改进D-S理论建立阀水冷系统运行状态评估模型;最后,通过采集实际工程阀水冷系统主要指标数据对模型进行了验证,并以阀水冷系统滤芯清洗前后数据为例对评估结果进行了对比。结果表明,所建模型能够对阀水冷系统运行状态做出准确识别和评估,有利于运维人员及时掌控阀水冷系统运行状态,保障其可靠运行。     

换流阀内冷水系统主过滤器堵塞原因及对策

介绍了高压直流输电系统中内冷水系统主过滤器,并分别分析了宝安换流站极Ⅰ、高坡换流站极Ⅰ和兴仁换流站极Ⅱ阀冷系统主过滤器的堵塞原因,建议增加主过滤器的冗余性并改造盲管、阀门和管道,同时对换流站工程的验收和运行维护提出了改进措施。     

以降低跨步电压为目标的直流多环接地极电流配比的优化

为有效降低高压直流接地极的跨步电压,减小其设计尺寸和建设成本,以直流双环接地极为例,提出了一种采用强制均流电阻降低多环接地极跨步电压最大值的方法。基于电磁场理论以及对水平多环结构接地极地表跨步电压分布特性的分析,研究了双环接地极电流配比与跨步电压峰值之间的变化关系,寻求各环电流的最优配比,使整体跨步电压最大值降到最低。最后,通过实验验证了该方法的应用效果。分析和实验结果表明,通过均流电阻调节电流配比,能够有效降低接地极的跨步电压,且对接地极本身性能的影响较小,具有工程实用价值。     

直流输电换流阀系统表面电场分析与均压环设计

为避免直流输电换流阀塔结构放电,对阀塔结构设计了合适的均压环,该设计应用ANSYS软件建立换流阀屏蔽系统结构模型,采用伽辽金间接边界元方法分别对未加均压环的阀体结构与施加均压环的整体结构进行表面场强分析,具体分析了均压环的高度、位置、间距对阀箱体结构表面场强的影响,文中对不同的均压环设计方案进行比较,在满足一定约束条件下根据比较结果选择了合适方案,该方案下的均压环使阀箱体得到良好屏蔽且均压环无起晕现象。比较结果说明换流阀体结构外部均压环之间距离越大,阀箱体结构所对应的棱边中点场强越大,均压环的施加使阀箱体模型对应尖角部位表面场强大幅度减小且均压环高度越大,阀箱体尖角部位表面场强越小。     

计及金属化膜电容器失效的MMC换流阀组件可靠性评估

换流阀组件的可靠性直接影响模块化多电平换流器(MMC)装备的运行安全,现有对换流阀组件可靠性评估大都忽略了电容器失效的影响,提出计及金属化膜电容器腐蚀失效的MMC换流阀组件可靠性评估方法。首先,基于实际电容器结构和材料属性,建立了金属化膜电容器的温度场模型,并对其温度分布规律进行比较验证。其次,在分析金属化膜电容器失效模式的基础上,以腐蚀失效为例,考虑电压和温度加速因子的影响,建立了金属化膜电容器的故障率模型。最后,结合焊接式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)故障率模型,提出了计及金属化膜电容器失效的换流阀组件可靠性评估模型,对MMC换流阀的整流与逆变工况进行故障率计算和对比。结果表明:提出的模型可以较好地评估换流阀组件不同运行工况下的可靠性,电容器失效对MMC换流阀组件可靠性影响较为明显,逆变工况下组件的故障率明显高于整流运行工况。