一種用于換流站閥外冷藥劑快速補充裝置的設計

王子龍，代海濤，軒 磊，羅小勇

（1.國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250000；2.河南綠控科技有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

換流站換流閥水冷設備在直流輸電工程中是重要的輔助設備，閥水冷故障可能引發換流閥主設備停運。換流閥運行時產生大量的熱，內冷水周而復始的循環帶走換流閥產生的熱，并在外冷系統中冷卻。

當前，絕大多數換流閥外冷系統采用密閉式冷卻塔作為冷卻設備。在換流站外冷水循環系統中，由于水的蒸發，各種無機離子以垢質形式析出、有機物質沉淀、增加離子濃縮倍數、微生物在設備表面附著大量滋生等現象，導致冷卻塔熱交換器盤管外壁、內部填料、內側鋼板壁面結垢，造成設備腐蝕，堵塞冷卻水路管道，嚴重影響外冷散熱效率，造成內冷水溫度升高等問題。

為防止上述情況的出現，一般在換流站閥外冷系統初設時會有一套專門的外冷水加藥控制自動裝置，但是并未設計一套向儲藥箱補藥的裝置。目前，儲藥箱內的藥劑用完后，需要采用純手操作，把原藥桶蓋擰開后朝下口對口直接將藥劑倒入儲藥箱。這種補藥方式存在隱性的安全風險。藥劑具有輕微的腐蝕性，沾著皮膚需要盡快清洗。采用現有的補藥方式很容易造成藥劑灑出，腐蝕皮膚，污染地面。此外，補藥時敞口流動的藥劑散發出刺鼻的化學氣味，損害操作者的健康。

1 加藥的目的和意義

閥外冷系統是為換流閥內冷系統提供冷卻的設備，通過冷卻塔循環冷卻的水和盤管內流動的水的熱交換達到對內冷水的降溫。

在外冷實際應用中發現，冷卻塔的盤管表面、冷卻塔填料和冷卻塔壁板總是產生很多白色物質。經檢測，這些物質的主要成分是CaCO3、MgCO3等鹽類物質，因此可以斷定這些白色物質即水垢，如圖1所示。

換流站遠離城市，外冷水取自地下水，那么Ca2+、Mg2+的含量較高。隨著冷卻水的循環，Ca2+、Mg2+濃縮倍數增高。此外，空氣中的CO2融入循環水，將按照如下化學式析出CaCO3、MgCO3[1]。

圖1 產生水垢的冷卻塔

水垢的導熱系數很小，為普通鋼材的2%～5%。水垢結于盤管受熱面上，惡化傳熱效果，影響內外冷卻水熱交換的效率，極大地降低了冷卻能力。水垢在盤管及冷卻塔壁板上會促使電化學腐蝕加劇，引起鋼材垢下腐蝕，加速受熱面的損壞。水垢在填料上吸附，影響冷卻循環水的流通性能，且產生的水垢影響美觀。

為了控制水垢產生帶來的危害，需要向外冷循環水內加入一定量的緩蝕阻垢劑，并達到阻垢的效果，防止Ca2+、Mg2+和外冷水融入的CO2結合析出CaCO3、MgCO3。同時，外冷循環水溫度適宜，極易滋生藻類，因此還需要加入一定量的殺菌滅藻劑來阻止藻類的生長。

為保證不間斷加藥，加藥系統設置有儲藥箱。儲藥箱根據現場空間布局放置在外冷設備間地上一層或地下一層，如圖2所示。

圖2 地下一層設置的儲藥箱

2 化學藥劑補充的現狀

新藥劑都是按照25 L/桶進行采購，如圖3所示[2]。往儲藥箱內加藥時，因為藥桶體積和重量的原因需兩人完成操作。操作者將藥桶倒置，口對口把藥劑倒在儲藥箱內。尤其是地下一層的儲藥箱補充藥劑時，需要將藥桶搬運到地下一層，搬運過程存在從梯上跌倒的風險，兩人不方便搬運，一人搬運太重。藥劑是液體，有輕微腐蝕性，容易灑，藥桶體積大，不便抱緊，操作者稍有不慎，就會從梯上跌倒或藥劑溢出灑在身上腐蝕皮膚或灑在設備上慢性腐蝕設備表面。

圖3 原藥桶

因此，急需開發一套輕便快速加藥系統，把勞動型工作變成輕松型工作，解放勞動力，將儲藥箱補藥的過程變成輕松、愉快、風險低的工作。

3 實現閥外冷藥劑快速補充的研究內容

外冷水加藥是個持續過程，儲藥箱內的藥劑使用完之前，需要提前向儲藥箱內加注藥劑。為實現閥外冷藥劑快速補充，需要研究以下3方面內容。

3.1 工藝管路結構技術研究

為了確保藥劑順暢流通，工藝管路在布局上不宜折彎。為了避免藥劑腐蝕管路，管路采用抗老化、耐腐蝕的PE或PPR管。此外，工藝管路沿墻固定，順流垂直往下安裝或順流水平略有傾角往下安裝[3]。管路中間環節不能有管路下沉彎曲，防止藥劑積存。管路安裝沿墻固定，顏色和墻體顏色搭配，路徑最短、美觀。

管路起始端設置一段柔性管路，將管路和槍式吸液泵連接。設計一套槍式吸液泵及管路的固定構件，柔性管路可以輕易懸掛在構件上。槍式吸液泵能夠懸掛在構件上，構件底部具有積液盤，防止槍式吸液泵頭殘液灑落地面上。

儲液箱頂部開孔，管路末端直接插入儲液箱，插孔處需要密封隔離，阻止藥劑分子暴露而污染室內空氣。

3.2 吸藥泵機電一體化控制技術研究

吸藥泵是具有較長泵頭的吸液管，俗稱槍式吸液泵，如圖4所示，可以插入儲藥箱頂部的孔內。吸藥泵接液的材料為RPP，需要耐腐蝕、耐酸，長時間浸泡在腐蝕的液體中不腐蝕、經久耐用[3]。吸液管端頭具有濾網，防止堵塞。

吸藥泵采用全銅電機，動力要強，能夠克服少量粘稠的藥劑。全銅線繞制，散熱性能優良，可以長時間使用而不燒機。電機外殼為鋁，輕便且啟動噪音小。無極調試電機，可以調整吸藥的速度。電機封閉，防止灰塵進入污染內部線圈。

圖4 槍式吸藥泵

吸藥泵插上電源即可使用，具有兩種功能啟動：

（1）按下電源開關即啟動吸藥泵，松開電源開關即停止工作；

（2）按下電源開關并按下鎖緊裝置，雙手松開補藥泵仍然工作，可以防止長時間使用時手累。

吸藥泵具有舒適的手柄，使用方便。具有儲藥箱液位滿自動供電斷開功能，達到一人獨自完成補藥，而無需在儲藥箱附近安排液位觀察人員。

3.3 因藥劑黏稠，管路防堵技術研究

部分藥劑黏稠，使用這種吸藥泵補藥結束后，裝置具有從泵頭吸入管開始密封整個管路的功能。槍式吸藥泵垂直懸掛在構件上時，泵頭內殘留藥劑會自動流入積藥盒。泵頭槍管長時間不用，不會因藥劑風干造成堵塞[4]。

4 閥外冷藥劑快速補充達到的預期效果

研制應用于（特）高壓直流輸電工程換流站閥外水冷補藥裝置，結構簡單，容易操作，具有良好的實用性，如圖5所示。從使用效果來看，它具有良好的推廣價值，主要體現在以下3個方面：

（1）具有輕巧實用的快速補藥功能；

（2）具有儲藥箱液位滿補藥自動停止功能；

（3）具有防止管路藥劑揮發、防止殘留藥劑黏稠堵塞管道的功能。

5 創新點及效益分析

5.1 創新點

槍式吸藥泵在市場上用于抽油，其泵頭管徑正好可以插入藥桶口，兩者結合能夠實現快速抽藥。目前，這種方式在換流站首次使用，解決了人員搬動藥桶上下樓的困難。此外，直接插入藥桶抽取藥劑，避免了藥劑溢出，保護人身不受傷害。

圖5 槍式吸藥泵

槍式吸藥泵在停止的時候，殘留藥劑封堵在管路中，避免了揮發，保持其新鮮狀態，防止塞堵，有利于保護環境空氣。

5.2 效益分析

基于槍式吸藥泵實現快速補藥的應用，能夠極大減少操作者搬運的工作量，節省人力成本和時間成本，避免搬運過程中因上下樓梯帶來的傷害，提高工作效率。

6 結 論

用于換流站閥外冷藥劑快速補充裝置的應用，是閥外冷補藥系統的一個過程的改進。這個過程改進的應用極大地減少運維人員的工作量，降低了過程中的風險，提高了效率，將補藥環節變得輕松容易，最終達到了提升電網可靠性的目的。