均压电极垢层电沉积模型分析与应用

换流阀是高压直流输电系统中的核心设备,阀冷系统用于阀体组件的散热,而阀冷系统散热器腐蚀和均压电极结垢将导致换流阀运行故障,因此研究阀冷系统的腐蚀和结垢特性,对保障换流站安全可靠运行尤其重要。基于散热器腐蚀和垢层的沉积机理,应用有限元方法,建立了考虑电极表面沉积反应、物质传递过程的均压电极垢层沉积模型,所建模型能够模拟垢层生长过程、分析电极表面附近电场以及腐蚀离子浓度分布。基于该模型分析了电极表面垢层的沉积行为特性、电极表面的垢层分布,讨论了不同电压等级对垢层厚度的影响,得到垢层主要分布在高电位电极、电极尖端垢层量远大于电极平行位置以及电压等级升高,垢层厚度明显增大的仿真结果。结合实际换流站阀冷系统的运行数据和电极结垢形貌,验证了垢层沉积模型的有效性。     

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。     

±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。     

高压直流输电工程换流阀均压电极断裂机理研究

均压电极是高压直流输电工程换流阀内冷水系统的重要部件，起到钳制电势和减小泄漏电流的关键作用，但是在运行过程中，均压电极发生腐蚀或者断裂，将导致换流阀阀塔上与内冷水管道接触的金属器件发生腐蚀，内冷水系统发生渗漏、堵塞等，从而使得换流站因设备过热、水管漏水等问题造成的停运事件屡有发生，严重影响直流工程的安全稳定运行。因此，研究均压电极断裂相关机理和原因能够有效减小内冷水系统事故。文中通过分析均压电极在水管内的受力情况，结合铂金材料的特性，首次从剪切强度的角度开展了均压电极断裂分析。文中从材料成分、力学性能、微观结构等角度对均压电极开展了研究，分析了均压电极断裂机理，确定了均压电极断裂原因。文中的分析方法及结论，对高压直流输电工程换流阀均压电极的生产制造、材料选型、运维检修等具有重要参考意义。     

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。     

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。     

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。     

±500kV换流站阀冷系统水质监督与结垢分析

分析±500 k V鹅城换流站阀冷系统的基本构成和运行状况,对其阀内、外水冷系统的运行水质进行监督,对均压电极结垢状况进行分析和处理,并对阀冷系统的运行维护提出一些改进建议。     

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。