HVDC 換流閥冷卻水系統在線化學儀表檢驗與維護

楊 傳

（河北冀研能源科學技術研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

高壓直流輸電換流閥冷卻水系統在線化學儀表可實現冷卻水水質在線監測、實時反饋、超額報警、自動調節等功能。然而，由于在線化學儀表受“純水”“在線”干擾因素影響，會產生較大測量誤差［1-2］，準確率大大降低，使換流閥冷卻水水質監督和控制出現盲區，從而導致冷卻水水質表象上合格，但換流閥設備本體結垢、腐蝕問題依然嚴重，致使換流閥換熱效率大大降低，甚至導致換流閥本體泄漏、直流系統閉鎖命令觸發、跳閘停電等事故發生［3-9］。為確保在線化學儀表的準確性，須對其定期實施檢驗、維護，然而傳統的實驗室內標準溶液離線式檢驗法，僅僅能檢驗儀表在標準溶液中的誤差，無法規避在“純水”“在線”干擾因素條件下的實際工作測量誤差。按照DL／T 677—2018 《發電廠在線化學儀表檢驗規程》（以下簡稱為“規程”）要求，需定期采用在線式檢驗和校準法，從而實現對在線化學儀表的在線式檢驗、誤差來源診斷及誤差消除等一系列工作。可見，采取科學的儀表檢驗與維護方法，不僅大大提高在線化學儀表準確性，還為提升換流閥設備本體換熱效率，促進整個直流輸電工程安全穩定運行提供保障。

鑒于我國高壓直流輸電工程技術起步相對較晚，相配套的換流閥冷卻水系統在線化學儀表與常規化學儀表有相同之處，也具有電氣技術所要求的“絕緣”“冷卻”等特有要求。其次，化學儀表存在國家、品牌、技術性能等均不統一的特殊性，導致我國目前換流閥冷卻水系統在線化學儀表日常運維、管理尚不成熟，甚至得不到技術人員重視，仍處于空白階段［10-12］。基于此，對換流閥冷卻水系統在線化學儀表檢驗與維護做出進一步研究。

1 檢驗項目與誤差要求

換流閥冷卻水系統分為內冷卻水、外冷卻水系統，一般配備電導率表、pH 表和溶解氧表3 種在線化學儀表。依據“規程”對在線電導率表、在線pH 表和在線溶解氧表實施在線式檢驗時，具體的檢驗條件、檢驗項目及誤差要求如表1、表2 及表3 所示。

表1 在線化學儀表檢驗條件

表2 在線化學儀表檢驗項目

2 在線化學儀表檢驗與維護

以±800 kV 高壓直流輸電換流站為例，換流站設置為2 極換流閥，每極各配置一套獨立的換流閥冷卻水系統，通過冷卻水不斷循環帶走換流閥產生的熱量，再通過室外風冷設備對冷卻水進行冷卻，以保證換流閥長期穩定工作在恒定溫度范圍內。結合直流輸電工程可靠性要求，對該換流閥內冷卻水系統電導率表、pH 表和溶解氧表誤差來源因素進行分析，并對其實施在線式儀表檢驗，依據檢驗結論，對優化性建議與維護方法進行歸納與總結。

表3 在線化學儀表檢驗誤差要求

2.1 在線電導率表檢驗與維護

2.1.1 在線電導率表檢驗

換流閥內冷卻水系統在線電導率表測量中產生誤差因素較多，常見的誤差來源主要包括溶解性氣體、測量系統污染、電極常數錯誤、溫度補償附加誤差、導線電容干擾等因素，影響在線電導率準確性的因素如圖1 所示。

圖1 影響在線電導率表準確性因素

該直流輸電換流閥內冷卻水系統配備在線電導率表6 臺，依據“規程”要求，在線電導率表整機工作誤差應不超過±1.0%。經檢驗，極Ⅰ換流閥內冷水回水電導率表、極Ⅱ換流閥內冷水回水電導率表整機工作誤差初檢超標，經過對電導電極、流通池清洗后，該電導率表整機工作誤差復檢合格。檢驗結果如表4 所示。

表4 換流閥內冷卻水系統在線電導率表檢驗結果

2.1.2 在線電導率表維護

溫度控制和溫度補償系數設定。當待測水樣流量等其他條件恒定時，水樣溫度的變化對電導率測量值影響較大，一般水樣控制至（25±1）℃范圍，并保持恒溫。純水電導率測定時，溫度補償系數呈非線性，隨水樣溫度和電導率變化而變化。如果恒溫系統暫時無法實現對水樣恒溫控制，可采取必要的二次儀表溫度補償系數設定的措施，以減小溫度補償附加誤差對純水電導率測定的影響。

電導電極定期檢查與清洗。電導電極污染會影響電極本體電容分布，直接大大影響了電導率示值，可采用對電極定期檢查與清洗的方法加以改善。將電極從流通池外套中取出，檢查內外電極中是否夾雜異物，并使用軟質毛刷將其清除。如果電極污染較嚴重，可用毛刷蘸洗滌劑（稀酸液）清洗，然后用除鹽水沖洗干凈。

電極常數的修正與標定。電極常數是電極本身所特有一種常數量值，對電導率示值具有基礎性影響。隨著電極投運時間延長，待測介質會對電極本身造成腐蝕，從而改變了電極實際的常數，從而大大影響了準確性，所以需要定期對電極常數進行標定。但鑒于標準溶液法存在“純水”干擾因素，故一般采用標準電極法進行常數標定，如果電極常數偏差較大，應更換電極。

2.2 在線pH 表檢驗與維護

2.2.1 在線pH 表檢驗

換流閥內冷卻水系統在線pH 表測量中誤差因素同樣比較繁雜，常見的誤差來源主要包括流動電位、靜電荷、測量系統污染、液接電位、溫度誤差、電極校正誤差等方面，影響在線pH 表準確性因素如圖2 所示。

圖2 影響在線pH 表準確性因素

該直流輸電換流閥內冷卻水系統配備在線pH表4 臺，依據“規程”要求，在線pH 表整機工作誤差應不超過±0.05。經檢驗，極Ⅰ換流閥內冷水供水pH表、極Ⅱ換流閥內冷水回水pH 表整機工作誤差初檢超標，經過對pH 電極、流通池清洗、標準溶液兩點標定等維護后，該pH 表整機工作誤差復檢仍然超標。具體檢驗結果如表5 所示。經查詢，該pH 電極使用年限達3～4 年，已經超出電極使用壽命，建議更換電極。

表5 換流閥內冷卻水系統在線pH 表整機工作誤差檢驗結果

2.2.2 在線pH 表維護方法

電極定期清洗與檢查。pH 表電極投入運行較長時間后，測量電極敏感膜會發生污染，不僅導致電極靈敏度降低，甚至造成pH 表示值失真。建議定期對電極進行清洗，做好停用期電極保護措施。pH 表電極使用壽命一般為12 個月，新購置的電極存放時間也不宜過長，在更換新電極時，應將電極浸泡在除鹽水中活化24 h 后方可使用。

pH 表電極標準溶液兩點標定。為確保pH 表示值持續準確性，規避“在線”誤差因素干擾，需定期采用pH 表為9.18 及6.86 標準溶液進行電極兩點法標定維護，標定過程中如果兩點校驗示值偏差較大，應檢查測量電極是否老化、污染及溫度校準及溫度補償附加誤差是否正確，進一步對誤差因素進行排查。

2.3 在線溶解氧表檢驗與維護

2.3.1 在線溶解氧表檢驗

換流閥內冷卻水系統在線溶解氧表測量中產生誤差因素較多，常見的誤差來源主要包括水樣流速、電極污染、電極老化、殘存氣泡、管路泄漏附加誤差等方面，影響在線溶解氧表準確性因素如圖3 所示。

圖3 影響在線溶解氧表準確性影響因素

該直流輸電換流閥內冷卻水系統配備在線溶解氧表2 臺，依據“規程”要求，在線溶解氧表整機引用誤差應不超過±10.0%。經檢驗，極Ⅰ換流閥內冷水供水、極Ⅱ換流閥內冷水供水溶解氧表整機引用誤差初檢均合格，而且該2 臺在線溶解氧表與標準表增量校正曲線線性較好，如表6、圖4 所示。但是這2臺在線溶解氧表在檢驗過程中示值變化較慢，靈敏度大大降低，建議定期更換電極滲透膜、電解液，并進行空氣校準，加強維護。

2.3.2 在線溶解氧表維護方法

定期更換氧滲透膜并充填電解液。由于水樣溶解氧電極不斷發生污染與老化，同時導致滲透膜與電解液失效，故須定期更換滲透膜并填充電解液，更換滲透膜和電解液時應注意電極應無灰塵或污染物，必要時用軟紙巾擦凈。滴一兩滴電解液將電極表面潤濕，并把電解液瓶尖端或注射器插入注液孔，擠壓電解液使溶液緩慢注入并溢流，注入過程中應輕輕拍打電極，利于排出電極內氣泡。最后緩慢擰上注液孔螺絲，將過量的電解液溢出，并徹底清潔電極，用軟紙巾擦干滲氧膜。

表6 換流閥內冷卻水系統在線溶解氧表整機引用誤差檢驗結果

圖4 溶解氧表增量隨標準表增量變化

3 結語

通過對±800 kV 高壓直流輸電換流站換流閥冷卻水系統在線電導率表、pH 表和溶解氧表實施在線式檢驗，繼而對各化學儀表誤差來源進行了診斷分析，消除了“純水”和“在線”干擾因素誤差。建議改進在線化學儀表管理工作，應使儀表測量結果具有溯源性，使管理工作標準化和制度化，使儀表的設計規范化，構造模塊化和檢測智能化，最終有效提高換流閥冷卻水系統在線化學儀表的準確性，降低甚至消除換流閥系統結垢、腐蝕問題，大大提高該直流輸電工程安全、穩定運行水平。