換流站閥冷系統(tǒng)簡介一、閥冷系統(tǒng)的核心功能與應(yīng)用場景換流站作為高壓直流輸電（HVDC）系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著交直流電能轉(zhuǎn)換的核心任務(wù)。在這一過程中，換流閥（由晶閘管或IGBT等功率半導(dǎo)體器件組成）會(huì)因通流產(chǎn)生大量熱量，若熱量無法及時(shí)散出，器件溫度將超過安全閾值（通常晶閘管結(jié)溫上限為125℃-150℃），導(dǎo)致絕緣性能下降、設(shè)備壽命縮短甚至短路故障。閥冷系統(tǒng)（ValveCoolingSystem）的核心功能，正是通過循環(huán)冷卻介質(zhì)持續(xù)吸收換流閥產(chǎn)生的熱量，并將其轉(zhuǎn)移至外部環(huán)境，確保功率器件穩(wěn)定運(yùn)行在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)（一般控制在40℃-80℃）。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類直流輸電工程中，包括長距離大容量輸電（如±800kV及以上特高壓直流）、背靠背直流聯(lián)網(wǎng)（如異步電網(wǎng)互聯(lián)）、新能源并網(wǎng)（如海上風(fēng)電集中送出）等場景。以特高壓直流工程為例，單極換流閥的損耗功率可達(dá)數(shù)百千瓦，閥冷系統(tǒng)需在全天候、全負(fù)荷工況下維持冷卻能力，其可靠性直接影響直流系統(tǒng)的可用率（通常要求年可用率不低于99.8%）。二、閥冷系統(tǒng)的典型組成結(jié)構(gòu)閥冷系統(tǒng)由多個(gè)功能模塊協(xié)同構(gòu)成，各模塊分工明確且相互關(guān)聯(lián)，主要包括主循環(huán)回路、冷卻介質(zhì)、熱交換單元及監(jiān)測控制模塊四大部分。1、主循環(huán)回路主循環(huán)回路由泵組、管道、閥門及換流閥冷卻通道組成，是熱量傳輸?shù)暮诵穆窂?。泵組通常采用冗余配置（如1用1備或2用1備），額定流量根據(jù)換流閥損耗及允許溫升計(jì)算確定（公式：流量Q=損耗功率P/(介質(zhì)比熱容c×允許溫升ΔT)）。例如，當(dāng)換流閥損耗為300kW、介質(zhì)比熱容為4.2kJ/(kg·℃)、允許溫升10℃時(shí)，所需流量約為6.4t/h（約6.4m3/h）。管道多采用不銹鋼或絕緣塑料管（如PVDF），既滿足耐腐蝕性要求，又避免雜散電流引發(fā)的電腐蝕。閥門包括截止閥（用于檢修隔離）、安全閥（設(shè)定壓力通常為系統(tǒng)工作壓力的1.1-1.2倍）及流量調(diào)節(jié)閥（通過PID控制維持流量穩(wěn)定）。2、冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)需具備高比熱容、低電導(dǎo)率（避免沿面放電）、低腐蝕性等特性。目前主流選擇為去離子水（或去離子水與乙二醇的混合液，適用于低溫環(huán)境）。去離子水的電導(dǎo)率需嚴(yán)格控制在0.1-1.0μS/cm（25℃時(shí)），電導(dǎo)率過高會(huì)增加泄漏電流，威脅設(shè)備絕緣；過低則可能因離子交換樹脂過度再生導(dǎo)致成本上升。為維持水質(zhì)，系統(tǒng)通常配置離子交換柱（填充強(qiáng)酸性陽離子樹脂和強(qiáng)堿性陰離子樹脂），定期通過旁路循環(huán)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行凈化。3、熱交換單元熱交換單元負(fù)責(zé)將主循環(huán)回路吸收的熱量轉(zhuǎn)移至外部環(huán)境，常見形式包括風(fēng)冷型、水冷型及蒸發(fā)冷卻型。風(fēng)冷型通過翅片式散熱器與空氣換熱，適用于缺水或環(huán)境溫度較低的地區(qū)，需配置軸流風(fēng)機(jī)（風(fēng)量一般為冷卻需求的5-8倍）；水冷型利用外部冷卻水（如循環(huán)水或江河湖泊水）進(jìn)行二次換熱，換熱效率更高（傳熱系數(shù)可達(dá)800-1500W/(m2·℃)），但需額外考慮冷卻水的防垢與防腐；蒸發(fā)冷卻型通過水的蒸發(fā)潛熱強(qiáng)化散熱（潛熱約2260kJ/kg），適用于干燥地區(qū)，需注意控制蒸發(fā)量以維持介質(zhì)濃度。4、監(jiān)測控制模塊監(jiān)測控制模塊是系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”，通過傳感器實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵參數(shù)（如溫度、壓力、流量、電導(dǎo)率、pH值等），并通過PLC或DCS控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。傳感器精度要求：溫度±0.5℃、壓力±0.01MPa、電導(dǎo)率±0.05μS/cm?？刂七壿嫲ǎ寒?dāng)換流閥入口溫度超過設(shè)定值（如55℃）時(shí)，自動(dòng)提升泵組轉(zhuǎn)速或增加風(fēng)機(jī)頻率；當(dāng)電導(dǎo)率超標(biāo)時(shí)，觸發(fā)離子交換柱再生；當(dāng)壓力低于低限（如0.2MPa）時(shí)，啟動(dòng)備用泵并報(bào)警。三、閥冷系統(tǒng)的工作流程與關(guān)鍵參數(shù)控制閥冷系統(tǒng)的運(yùn)行可分為“熱量吸收-熱量轉(zhuǎn)移-介質(zhì)再生”三個(gè)階段，各階段參數(shù)控制直接影響系統(tǒng)效率與可靠性。1、熱量吸收階段換流閥運(yùn)行時(shí)，功率器件產(chǎn)生的熱量通過傳導(dǎo)方式傳遞至冷卻通道壁面，與主循環(huán)回路中的冷卻介質(zhì)（如去離子水）進(jìn)行對(duì)流換熱。此階段需控制換流閥入口與出口的溫差（ΔT），通常設(shè)計(jì)值為5℃-15℃。若ΔT過小，說明冷卻介質(zhì)流量過大，增加泵組能耗；若ΔT過大，則可能導(dǎo)致局部熱點(diǎn)（如晶閘管壓接不緊處）溫度超限。2、熱量轉(zhuǎn)移階段吸收熱量后的介質(zhì)進(jìn)入熱交換單元，通過與外部介質(zhì)（空氣或冷卻水）的熱交換釋放熱量。以風(fēng)冷型系統(tǒng)為例，介質(zhì)流經(jīng)翅片管時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣橫向沖刷翅片，強(qiáng)化對(duì)流換熱。此階段需控制散熱器進(jìn)出口溫差（一般為8℃-12℃）及風(fēng)機(jī)功率（通常占系統(tǒng)總能耗的30%-50%）。若環(huán)境溫度升高（如夏季35℃以上），需通過增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或啟用備用風(fēng)機(jī)維持散熱能力。3、介質(zhì)再生階段長期運(yùn)行后，介質(zhì)可能因吸收空氣中的CO?、管道材料析出離子等原因?qū)е码妼?dǎo)率上升、pH值下降（正常范圍6.5-8.5）。此時(shí)，監(jiān)測控制模塊觸發(fā)離子交換柱投入運(yùn)行，介質(zhì)通過樹脂床時(shí)，陽離子（如Ca2?、Mg2?）被樹脂上的H?置換，陰離子（如Cl?、SO?2?）被OH?置換，最終生成H?O，恢復(fù)介質(zhì)純度。再生周期通常為3-6個(gè)月，具體需根據(jù)電導(dǎo)率上升速率調(diào)整（如電導(dǎo)率月增長率超過0.2μS/cm時(shí)縮短周期）。四、閥冷系統(tǒng)的維護(hù)與故障處理要點(diǎn)為保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行，需建立規(guī)范化的維護(hù)體系，并針對(duì)常見故障制定快速處理流程。1、日常維護(hù)內(nèi)容（1）參數(shù)監(jiān)測：每日記錄系統(tǒng)壓力（正常范圍0.3-0.6MPa）、流量（偏差不超過設(shè)計(jì)值±5%）、電導(dǎo)率（≤1.0μS/cm）、各點(diǎn)溫度（入口≤50℃，出口≤65℃）及泵組、風(fēng)機(jī)電流（不超過額定值的90%）。（2）設(shè)備檢查：每周檢查管道及接頭是否滲漏（可用壓力測試法：關(guān)閉進(jìn)出口閥，保壓30分鐘，壓力下降不超過0.02MPa），過濾器壓差（如使用Y型過濾器，壓差超過0.05MPa時(shí)需清洗），離子交換柱樹脂顏色（失效樹脂顏色變深，需再生或更換）。（3）清潔保養(yǎng)：每月清理散熱器翅片積灰（可用壓縮空氣反向吹掃，壓力≤0.3MPa），潤滑泵組軸承（使用鋰基潤滑脂，每年更換1次），校驗(yàn)溫度、壓力傳感器（誤差超過±1%時(shí)需返廠校準(zhǔn)）。2、常見故障與處理（1）冷卻介質(zhì)泄漏：表現(xiàn)為系統(tǒng)壓力持續(xù)下降、補(bǔ)水量異常增加（正常日補(bǔ)水量≤系統(tǒng)容積的0.5%）。處理步驟：首先關(guān)閉泄漏點(diǎn)附近閥門，通過分段隔離法（如關(guān)閉各支路閥，觀察壓力變化）定位漏點(diǎn)；若為管道焊縫開裂，需排空介質(zhì)后補(bǔ)焊（不銹鋼管道采用氬弧焊）；若為接頭密封失效，更換O型圈或重新緊固（力矩按廠家要求，如DN50法蘭螺栓力矩約200N·m）。（2）泵組運(yùn)行異常：癥狀包括電機(jī)過載（電流超過額定值）、泵體振動(dòng)大（振動(dòng)速度有效值＞4.5mm/s）或出口壓力不足?？赡茉颍狠S承磨損（檢查軸承游隙，超過0.1mm需更換）、葉輪堵塞（拆解后清理雜物）、電機(jī)缺相（用萬用表檢測三相電壓，偏差不超過±5%）。處理時(shí)需先切換至備用泵，避免影響換流閥冷卻。（3）溫度超限報(bào)警：當(dāng)換流閥入口溫度超過60℃時(shí)觸發(fā)報(bào)警，可能原因包括散熱器積灰嚴(yán)重（換熱效率下降30%以上）、風(fēng)機(jī)故障（轉(zhuǎn)速低于額定值80%）或介質(zhì)流量不足（泵組轉(zhuǎn)速未達(dá)設(shè)定值）。處理措施：優(yōu)先檢查風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（測量轉(zhuǎn)速，正常應(yīng)為1450r/min±5%），清理散熱器；若流量不足，檢查泵組出口閥門是否全開（開度應(yīng)≥90%），變頻器輸出頻率是否正常（設(shè)計(jì)頻率50Hz，允許偏差±2Hz）。（4）電導(dǎo)率超標(biāo)：電導(dǎo)率＞1.0μS/cm時(shí)，可能因離子交換柱失效（樹脂飽和）或外部污染（如冷卻水滲入主回路）。處理方法：首先切換至備用離子交換柱，對(duì)失效樹脂進(jìn)行再生（用5%鹽酸和5%氫氧化鈉溶液分別沖洗陽、陰樹脂床）；若再生后仍無效，需排查是否存在冷卻水泄漏（如水冷型系統(tǒng)的板式換熱器內(nèi)漏，可通過檢測冷卻水側(cè)電導(dǎo)率是否升高判斷）。五、閥冷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢隨著直流輸電技術(shù)向更高電壓（如±1100kV）、更大容量（如12000MW）方向發(fā)展，閥冷系統(tǒng)面臨新的挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向。一方面，高電壓等級(jí)下，冷卻介質(zhì)的絕緣要求進(jìn)一步提升（電導(dǎo)率需控制在0.05-0.5μS/cm），新型絕緣介質(zhì)（如氟化液）的研究與應(yīng)用成為熱點(diǎn)；另一方面，為降低能耗，智能控制技術(shù)（如基于AI的負(fù)荷預(yù)測調(diào)節(jié)泵組、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速）逐步推廣，可使系統(tǒng)能耗降低15%-