高壓直流輸電閥冷系統配水管道高低溫性能測試裝置設計

摘 要：介紹了一種集制冷、加熱、恒流量控制一體的自動化閥冷系統配水管道高低溫性能測試裝置。對該測試裝置的工作原理、硬件及控制系統及做了詳細闡述。該裝置尤其適用于PVDF管道高低溫性能測試，擁有完善的故障診斷和安全保護措施，具備就地和遠程上位機監控功能，且該裝置的平臺的可以靈活變換熱負荷試驗裝置等，實現一機多能，提高了設備的利用率。

關鍵詞：換流閥；螺桿機；PVDF；高低溫

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.039

0 引言

閥冷系統是特高壓直流輸電的一個重要組成部分，它將閥體各元件的功耗所產生的熱量通過冷卻介質源源不斷的排放到閥廳外，從而保障晶閘管工作在最佳效率溫度范圍[1-3]。PVDF配水管道是連接閥冷系統與晶閘管，傳導元件損耗的橋梁[1-2]。高低溫溫度沖擊會造成PVDF管道熱脹冷縮，容易造成破裂和冷卻水滲漏，所以配水管道抵抗高低溫溫度沖擊的能力直接關系到換流閥的安全可靠運行[1]。因而需要對配水管道進行高低溫沖擊試驗，確保其具有足夠的抗高低溫沖擊能力。

1 高低溫試驗裝置工作原理

該裝置采用S7-200系統作為主控制系統，通過變頻器精確控制高、低溫循環流量，通過可控硅控制電加熱器精確控制高溫循環溫度，通過單片機控制螺桿機精確控制低溫循環溫度，通過電動蝶閥自動控制高低溫循環切換，擁有完善的故障診斷和安全保護措施。具備就地觸摸屏和遠程上位機實現人機交互，具備數據采集、運行參數設定、數據歸檔等功能。可用于PVDF管道組件的高低溫性能測試和空氣散熱器性能測試。

1-風機；2-電動三通閥；3-高溫循環泵；4、11、15、23-壓力表；5-自動排氣閥；6-電加熱器；7-電動蝶閥；9-流量計；10、18、21、22-溫度計；12-蝶閥；13-測試管道；14-打壓泵；16-低溫循環泵；17-過濾器；19、28、29-液位開關；22-液位計；24-補氣泵；25-止回閥；26-電磁閥；27-補水泵；30-補水罐；31-脫氣罐；32-緩沖罐；33-螺桿機；34-冷凍罐

圖1 高低溫測試裝置工藝流程示意圖

2 試驗裝置系統設計

水泵采用高速離心葉片泵，泵體采用機械密封，接液材質為304 不銹鋼。

2.1 穩壓系統

穩壓系統由緩沖罐、補氣泵、氣路單向閥、安全閥組成。當緩沖罐內壓力降低時，系統控制補氣泵開啟，給緩沖罐增壓，達到預設壓力后停止補氣。當緩沖罐壓力過高時，安全閥自動開啟，給緩沖罐泄壓，達到全壓力后自動關閉，從而達到系統穩壓的目的。

2.2 補水系統

主要包括補液箱、補液泵、補水電磁閥液位開關、止回閥組成。補液箱液位下降時，控制補水電磁閥開啟實現補液箱補水，液位上升到指定位置時關閉補水電磁閥。補水系統與主系統中間設置過濾器，以避免雜志進入主系統，設置止回閥避免主系統冷卻水回流至補液箱。

2.3 脫氣加熱系統

主要由脫氣罐、自動排氣閥、4臺電加熱器組成。系統初始運行過程中管道空氣混入較多，為了避免電加熱器干燒、水泵發生氣蝕，在循環回路中設置脫氣罐，其原理為混合在冷卻介質中的氣泡因流速放緩后在浮力作用下從冷卻介質中釋放出來，聚集在脫氣罐頂部，自動排氣閥檢測到氣體后自動打開閥門排除氣體實現脫氣目的。高低溫試驗模式啟動后，系統通過可控硅電氣元件來調節電加熱器的電流來控制電加熱器的加熱功率，最終控制冷卻介質溫度。散熱器試驗模式：通過可控硅電氣元件和電加熱器功率監測裝置來調節電加熱器功率保持恒定。

2.4 制冷系統

制冷系統主要水泵、過濾器、水箱、電動閥門、冷水機組等組成。

高溫運行時間完成后，由控制系統自動切換至低溫運行，通過電動閥門進行控制，低溫循環裝置中包含螺桿組，并留有足夠容量的水箱容量，使得水箱中的水溫維持在設定溫度范圍。

2.5 試壓裝置

高低溫試驗管道接口處連接一臺試壓泵，用于高低溫試驗之前對PVDF管道進行試壓，確保管路連接緊固，以免高溫水燙傷試驗人員。

3 結語

高低溫性能測試裝置主要目的是用于PVDF管道組件高低溫沖擊試驗和空氣散熱器性能試驗，是一種多功能的水冷系統組件測試裝置。且設計集成了冷水機組冷卻、空氣散熱器冷卻、熱負荷模擬、管路管件測試、恒流速供水，恒溫供水，恒功率供水，自動補水，自動打壓，自動穩壓，各種模式自動切換于一體的多功能自動化智能保護試驗裝置，在當前水冷系統應用研究越來越廣泛的背景下，該設備作為一個多功能綜合試驗平臺具有較好的應用前景。

參考文獻：

[1]陳建業，吳文偉.大功率變流器冷卻技術及其進展[J].大功率變流技術，2010（01）：15-30.

[2]崔鵬飛，盧志敏等.高壓直流輸電閥冷系統流量類儀表檢定裝置的設計[J].工業儀表與自動化裝置，2014（01）：78-80.

[3]李愛生，朱韜析.直流輸電工程中閥冷監控系統的改進建議[J].電力系統保護與控制，2010，38（16）：153-156.

作者簡介：何政平（1987-），男，湖南婁底人，碩士，電氣工程師，主要從事密閉式冷卻系統電氣設計工作。