淺談一種基于智能程控的換流站閥冷反滲透膜清洗裝置

王鴻，殷紅霞，江金成，王學良，夏巍，王權

（國網新疆超高壓分公司，新疆 烏魯木齊 830000）

閥冷卻系統是換流站的直流核心設備之一，用于對換流閥元器件進行持續冷卻，確保換流閥運行溫度穩定，避免溫度過熱引起設備損壞造成直流系統停運。隨著特高壓直流輸送功率的不斷增加，設備安裝空間越來越小，部分換流站自然環境惡劣，夏季溫度高，常規的空氣冷卻器已不滿足現場實際運行要求，空冷器加閉式冷卻塔的組合冷卻方式逐漸發展為主流冷卻方式，冷卻塔的主要作用就是通過噴淋水和風扇對內水冷散熱管進行冷卻，冷卻塔冷卻效率的決定因素在于噴淋水，反滲透系統的主要作用是長時間保持噴淋水無垢及脫鹽水狀態，否則，對冷卻塔冷卻效果有負面影響。

目前，換流站反滲透系統主要組成部分是反滲透膜，反滲透膜裝在隔膜管內，噴淋水在通過反滲透膜后會造成積垢，可能的原因如下：無機鹽積垢、氟化鈣、硅化物積垢、金屬氧化物積垢、鐵、錳、鋁等金屬之氫氧化物及離子積垢、生物積垢、有機物積垢。結垢后通過反滲透系統的水流量減小，降低了閥外冷系統的冷卻效率，同時，反滲透膜的清洗耗時長，大大增加了閥冷系統運維檢修的工作量。反滲透膜長時間結垢運行降低了使用壽命，在當前直流檢修原則下，閥冷系統維護成本攀升。為了解決閥冷系統反滲透膜清洗效率低且成本高的問題，本文設計了一套閥外冷系統全自動反滲透膜清洗裝置，延長反滲透膜的使用壽命，進而達到間接提升閥外冷系統冷卻容量的目的，確保直流換流站的安全穩定運行。

1 全自動反滲透膜清洗裝置的設計

1.1 全自動反滲透膜清洗裝置工藝流程設計

全自動反滲透膜清洗裝置包括反滲透膜清洗容器組、清洗液箱、清水箱以及水泵；其特征在于：所述反滲透膜清洗裝置通過水泵連接各種清洗液容器以及過濾器流量計；所述反滲透膜清洗容器組包括多個并聯的容器，所述容器的兩端通過旋轉接頭分別連接有正向清洗管、反向清洗管。具體的系統流程圖如圖1所示。

圖1 全自動反滲透膜清洗裝置流程圖

1.2 全自動反滲透膜清洗裝置控制策略設計

1.2.1 反滲透膜純水清洗控制策略設計

啟動反滲透膜清洗裝置，在觸摸屏上點擊純水清洗功能鍵，系統會自動執行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通過聲光提醒運維人員開啟反洗命令。

運維人員啟動正洗功能時，應該打開閥門5、6、7、9。同時確保閥門1、2、3、4、8關閉。純水按照注水口、水泵、過濾器、流量表、反滲透膜組依次通過，最后由排水口排出，完成膜組的清洗流程。反洗時，應打開閥門5、6、8、9，同時確保閥門1、2、3、4、7關閉，完成反洗功能。

1.2.2 反滲透膜酸性液清洗控制策略設計

啟動反滲透膜清洗裝置，在觸摸屏上點擊酸性液清洗功能鍵，系統會自動執行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通過聲光提醒運維人員開啟反洗命令。

運維人員啟動正洗功能時，應該打開閥門1、3、6、7。同時確保閥門2、4、5、8、9、11關閉。酸性液從酸性液容器、水泵、過濾器、流量表、反滲透膜組依次通過，最后，由排出到酸性液容器，完成膜組的酸性液清洗流程。反洗時，應打開閥門1、3、6、8，同時確保閥門2、4、5、7、9、11關閉，完成反洗功能。

1.2.3 反滲透膜堿性液清洗控制策略設計

啟動反滲透膜清洗裝置，在觸摸屏上點擊堿性液清洗功能鍵，系統會自動執行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通過聲光提醒運維人員開啟反洗命令。

運維人員啟動正洗功能時，應該打開閥門2、4、6、7。同時確保閥門1、3、5、8、9關閉。酸性液從堿性液容器、水泵、過濾器、流量表、反滲透膜組依次通過，最后，由排出到堿性液容器，完成膜組的堿性液清洗流程。反洗時應打開閥門2、4、6、8，同時確保閥門1、3、5、7、9關閉，完成反洗功能。

2 現場試驗方案及效果驗證

2.1 現場實驗方案

通過現場試驗，驗證全自動反滲透膜清洗裝置在手動控制方式和自動控制方式下均可以正常運行，通過模擬該裝置的自動、手動各個運行工況，同時，通過模擬氮氣流量變送器、補氣壓力變送器以及氧氣濃度變送器故障，檢查該裝置面板報文正確并可講報警正確遠傳至監控后臺，提醒運維人員裝置故障需進一步檢修維護。試驗方案見表1。

表1 全自動反滲透膜清洗裝置現場試驗方案

2.2 效果驗證及評價

通過現場試驗，所有功能均可以正常實現。目前，該裝置已成功應用于±1100kV昌吉換流站，未發現閥冷泄漏以及其他不利于閥冷系統運行的事故。現場的儀表面板如圖2所示。

圖2 反滲透膜清洗裝置控制主界面

主界面右上角有北京時間，該時間可調節。左側為清洗模式，共有純水正清洗、純水反清洗、酸性正清洗、酸性反清洗、堿性正清洗和堿性反清洗六種模式，點擊對應模式后相應的電動調節閥會自動調節，調節策略如本文1.2章節所述。界面右下角為清洗時間設定和水泵啟停按鍵，水泵啟動會在收到各個電磁閥開啟或關閉的節點信號滿足對應邏輯后開啟，否則，會啟動失敗。清洗時間設定界面如圖3所示，閾值選擇為1～40min。

圖3 反滲透膜清洗裝置時間設定界面

該裝置還有人性化的報警界面，可以提示運維人員裝置工作異常的原因，運維人員可通過報警描述進行相應的維修以便解除報警。報警界面如圖4所示。

圖4 反滲透膜清洗裝置報警記錄界面

按照直流檢修原則，每年需更換4個閥組共計112只反滲透裝膜，共計花費33.6萬元，（參考電商價格每只3000元），可大幅度節約公司成本。該裝置成本低，簡單可靠，可推廣至裝有反滲透系統的場所，提高反滲透膜的使用壽命，降低運維成本，具有很高的實際工程意義與應用價值。

3 結語

本文是針對在給噴淋水脫鹽的反滲透裝置的基礎上，根據反滲透膜的持續使用時間長、造成反滲透膜積垢等特點，提出通過離線裝置對反滲透膜進行清洗的方式，利用清洗裝置對反滲透膜進行一次性徹底清洗，大大縮短反滲透膜清洗時間，簡化清洗工序，延長反滲透膜的使用壽命，間接提升閥外冷系統冷卻容量。其創新性和科學性主要包括以下幾個方面。

（1）該裝置可完全兼容現有閥冷系統控制系統，運行安全可靠，系統自動控制，自動化程度高。

（2）該裝置能極大地提升換流站冷卻系統反滲透膜使用效率，從而減少運維人工及運行成本，達到節能增效的目的。

（3）該裝置具有在線監測系統，能實時監測并配置了聲光報警器，運維安全性高。