石化机械：直流输电冷水系统解析

戚菲
(国家电网湖北省电力公司检修公司，湖北　襄阳　441000)

【摘　要】超高压直流输电系统中的“心脏”即:换流阀，在进行整流或逆变的过程中会产生大量的热量，因此换流站专门配置了水冷系统对换流阀进行降温处理。由于我国南方水资源比较富余，因此内外冷却系统均采用水冷却技术。本文以湖北境内某换流站为例介绍。外冷水工作原理:内冷水在流经换流阀后被加热升温，由内冷水泵驱动进入室外密闭蒸发式冷却塔内的换热盘管，喷淋水循环泵从室外地下喷淋水池抽水均匀喷洒到冷却塔的换热盘管表面，喷淋水吸热后蒸发成水蒸汽通过风机排至大气，在此过程中，换热盘管内的冷却水将得到冷却，降温后的内冷却水由循环水泵再送至换流阀，如此周而复始地循环，保障换流阀可靠，安全的稳定运行。外冷水系统主要由冷却塔、喷淋回路和平衡水池组成。

【关键词】冷却塔　喷淋　外冷水系统

团林换流站外冷水系统使用的是大连BAC有限公司生产的闭式冷却塔，型号为:FXV－Q441。每极配置3个冷却塔，单台冷却塔冷却能力为:2360kW，单个冷却塔内配置冷却风机2台，正常工作时，冷却水出塔温度在43℃以下。冷却水进阀温度高于45℃时，控制系统会发预警信号，当三台阀进水温度变送器任意两台达到定值(≥48℃)时，发“冷却水进阀温度高”报警信号，延时3S直流停运。

因此，冷却塔是外冷水中最为核心的部分。冷却塔的工作原理是利用空气和水的接触来冷却工艺流体。

每台冷却塔配置两台喷淋泵，两者互为备用。该喷淋泵装设在冷却塔外部单独的房间内。喷淋泵通过工频电压使轴承带动叶轮运转，并在内部产生压力，将流经冷却塔内部的喷淋水覆盖到盘形管表面，冷却盘形管内部的阀内冷水。其主要的热量被覆盖表面的水带走。由于FXV型号的冷却塔采用的是风水同向方式，喷淋水能够更好的借助风势进行排热。

冷却塔内部散发的蒸汽，通过安装在每台冷却塔顶部出风口的两台风机排出。这两台风机通过控制系统能够根据当前的进阀内冷却水温度进行变频启动，并能够通过变频器调整风机的转速。

由于闭式冷却塔内的盘形管表面温度较高，为了防止喷淋水在盘形管外表面产生结垢现象，补充水进缓冲水池之前必需进行化学水处理以软化水质。

喷淋水反复不停的经过密闭式冷却塔，同时密闭式冷却塔风扇将新鲜空气吸入密闭式冷却塔，空气经过盘形管与喷淋水交叉流动，对喷淋水又起到了冷却的作用，但是同时也将空气中的杂质和菌类物质带进了喷淋水中。混有杂质的喷淋水又回流到缓冲水池，缓冲水池将会不停的累积从空气中带进的杂质，空气中的生物藻类也会在缓冲水池底部或边沿滋生。

3.1　除藻除垢

为了避免杂质过多、菌类的滋生，缓冲水池的水通过旁路循环管道进行过滤。旁路循环管路的过滤器采用的是砂介质过滤器。砂介质过滤器填料为精制的石英砂，直径为0.6mm～0.8mm。在使用中可以过滤去水中的胶状介质、吸附微生物污染的细小颗粒和大分子有机物。

为了抑制生物污染，需定期向缓冲水池添加杀菌灭藻剂和缓蚀阻垢剂。每隔7～15天杀菌剂通过加药泵和控制系统相连实现自动投加。

3.2　软化水

通过运行和再生操作，自动控制离子交换软水，避免碳酸盐在管道上产生结垢现象，导致散热能力的下降。因此软化水系统中配置了软水器、盐罐、树脂罐、自动过滤器等。

因喷淋水不断蒸发，水池内水的杂质浓度必然升高，为了改变这种状况，水池内的水进行补充的同时还必须排掉一部分水。(www.xing528.com)

喷淋泵连续抽取缓冲水池的水，喷淋在密闭式冷却塔的盘形管上，并带走散热盘形管内冷却水的热量，同时产生大量的蒸汽扩散到空气中，缓冲水池的水随着蒸发不停的减少，因此必须根据缓冲水池的液位高低及时补充新鲜水。以团林换流在为例:正常运行时，平衡水池的水位保持在120cm到145cm之间。为了保证密闭式冷却塔散热盘管的换热效率，并降低喷淋水在散热盘管上结垢，补充水都是经过过滤器、软水器处理后才补入到缓冲水池。

5.1　皮带脱落

该故障的原因可能是由于皮带老化或松动造成的。

要检查皮带的松紧度，沿着从一皮带轮到另一皮带轮的皮带放一直尺(如下图)，或用一卷尺来测量皮带的偏差。在两皮带轮跨度之间的中心位置上，沿着皮带的宽度方向用手施加一平均适中的力(大约18kg)，如果皮带的偏差在6mm和9.5mm之间(如下图)，皮带的松紧度就足够了。

每年都应检查驱动装置的对准度以确保最大的皮带寿命。对于标准的驱动装置来说，沿着从驱动轮到从动轮放一直尺就每年都应检查。当驱动装置被正确地对准的时候，直尺将与所有的四个接触点的偏差不超过1.6mm。如果必须重新对准的话，松开电机的皮带轮并与风机的皮带轮对准。在重新拧紧衬套螺钉时，允许大约6mm的上偏移。

5.2　风机故障

该故障的原因是闭式冷却塔一般在中国南方水力比较丰富的地区使用。闭式冷却塔运行后，由于喷淋水的不断蒸发，在冷却塔内部会形成大量的水汽，形成一湿热环境，电机置于冷却塔内部，接线盒和线圈内极易产生凝露，形成水珠，从而造成电机绝缘强度降低。

上述故障如要进行处理，需将单个冷却塔内两台风机同时转检修(另一台作为安措设备)，在迎峰度夏期间，环温较高情况下，将会严重影响外冷却水的散热能力。

直流输电工程输送容量大，一旦发生事故将造成重大的社会影响和经济损失。因此，针对上述换流站外水冷系统常见故障，提出以下两种改造方案:

方案一、冷却塔风扇与电机放置于冷却塔进风侧的干空气区域(系统运行原理见下图)，避免了系统运行时湿空气的影响，设备可靠性高。同时由于冷却塔风扇与电机放置于冷却塔箱体的底部，便于检修人员接近，方便维护。但此种改造方案需要更换整个冷却塔，成本较高。

方案二、将冷却塔风机电机置于塔外，可避免接线盒在湿热环境内凝露的危害，提高其运行可靠性，同时置于塔外也方便了电机的维护。如图1:

图1　

该方案无需更换冷却塔，成本大大降低。同时将提高阀外冷系统运行的可靠性，确保整个阀冷系统的运行安全性、稳定性，因此建议采取第二种方案进行改造。