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    • 直流输电换流阀冷却水系统在线化学仪表检验与优化研究

        摘要:

        鉴于直流输电换流阀冷却水系统在线化学仪器仪表受“纯水”、“在线”干扰因素产生实际测量误差,首先阐述了“在线式”方法作为科学的检验方法较“离线式”检验方法具有不可替代性的优点。其次,详细归纳了影响在线pH表、电导率表、溶解氧表测量的误差来源,并进一步对比了“在线式”检验与“离线式”检验方法的优缺点。最后,结合某±800kV高压直流输电换流站为例,分别对在线pH表、电导率表、溶解氧表实施了“在线式”检验,依据检验结论,提出了相应的优化性建议。

        高压直流输电换流阀冷却水系统在线化学仪表作为冷却水水质监测重要设备,主要包括pH表、电导率表和溶解氧表三种,这三种仪表被称为“关口仪表”或“核心仪表”,具有直观便捷、实时监测、自动诊断、报警、数据存储等特点。然而,在实际生产工况中,由于在线化学仪表存在取样偏差、传感器污染、液接电位、温度补偿偏差、水样间断测量、日常维护不佳等众多误差因素,导致产生较大的实际工作测量误差,仪表准确率大大降低,对换流阀冷却水水质监督和控制出现盲区,从而导致冷却水水质表象上合格,但换流阀设备本体结垢、腐蚀问题依然严重,致使换流阀换热效率大大降低,甚至换流阀本体泄漏、直流系统闭锁命令触发、跳闸停电等事故发生。为确保在线化学仪表的准确性,需对其定期实施检验、维护等工作,然而传统的实验室内标准溶液“离线式”检验法,仅仅能检验仪表在标准溶液中的误差,无法规避在“纯水”、“在线”干扰因素条件下的实际工作测量误差。按照《发电厂在线化学仪表检验规程(DL/T677)》(目前唯一相关的参考标准)要求,需采用定期“在线式”检验和校准的方法,从而实现对电导率表、pH表和溶解氧表关键化学仪表的在线检验、误差来源诊断及误差消除等一系列工作。可见,为确保在线化学仪表准确性,采用科学有效的仪表检验与维护方法,并将其测量值控制在合格范围内,是防止换流阀设备本体结垢、腐蚀,提高换热效率,保证整个直流输电工程安全稳定运行的重要措施。

        鉴于我国高压直流输电工程技术起步相对较晚,相配套的换流阀冷却水系统在线化学仪表存在国家、品牌、技术性能等均不统一的特殊性,导致该系统化学仪表日常运维管理技术尚不成熟,国内目前对换流阀冷却水系统在线化学仪表的研究尚少。基于此,本文提出的在线化学仪表“在线式”检验对仪表运行、调试和维护管理等提供了技术支持和应用参考。

        1影响在线化学仪表准确性的误差来源分析

        过去国内仪表检验参考标准一般为DL/T677-1999、JJG标准、GB标准及JB标准,然而这些传统的检验方法只能检验仪表在标准溶液中的基本误差和二次仪表误差,但无法规避在“纯水”、“在线”干扰因素下实际测量误差,从而影响了测量结果的准确性。国内现有的各种标准方法不能检验纯水系统大多数在线化学仪表常见的误差。基于此,目前国内在线化学仪表普遍面临的问题是采用标准方法检验仪表的基本误差和二次仪表性能表象上合格,但实际测量误差(即工作误差)却很大,导致水质控制出现较大偏差,满足不了水质监督和控制的要求。这也是许多换流阀冷却水系统水质“合格率很高”,却仍然出现严重的腐蚀、结垢等问题的主要原因。因此必须对在线化学仪表进行整机“在线式”检验,以确保在线实际测量时的准确性。以下为在线电导率表、pH表和溶解氧表主要误差来源分析。

        1.1影响在线电导率表测量准确性误差来源

        换流阀冷却水系统在线电导率表测量中常见的误差来源主要有系统漏气和测量系统污染等“在线”干扰因素产生的误差,以及二次仪表的测量频率、电极常数误差、导线电容干扰、温度补偿等“纯水”因素产生的误差,具体见图1所示。国内原有的电导率表检验标准和方法仅能进行离线式检验和标准溶液法检验(非纯水条件),不能检验“在线”和“纯水”干扰因素下实际测量误差。表1位采用“在线式”检验法与传统的“离线式”检验法对比分析。

        1.2影响在线pH表测量准确性误差来源

        换流阀冷却水系统在线pH表常见的误差来源有静电荷、流动电位、地回路和测量系统污染等在线干扰因素产生的误差,以及液接电位、电极校正误差和温度补偿等纯水因素产生的误差,具体见图2所示。国内原有的pH表检验标准和方法只能进行离线检验和标准缓冲溶液法检验(非纯水条件),不能检验“在线”和“纯水”干扰因素下实际测量误差。

        1.3影响在线溶解氧表准确性误差来源

        换流阀冷却水系统在线溶解氧表常见的误差来源有测量管路泄漏、水样流速、电极污染及老化、残存气泡等在线干扰因素产生的误差和斜率变化,国内原有的溶解氧表检验标准和方法仅能进行离线检验和空气校准(非低浓度的无氧水),不能检验“在线”和“纯水”干扰因素下实际测量误差。

        综上所述,过去国内标准检验方法和检验装置只能检验仪表在标准溶液中的基本误差和二次仪表的性能。但在线测量因素和纯水因素造成实际测量误差更大、出现的概率更高,国内原有的标准检验方法却不能检验“在线”因素和“纯水”因素造成的误差。可见,实施“在线式”化学仪表检验方法可有效规避“在线”和“纯水”因素造成实际测量误差,值得进一步借鉴与推广。

        2在线化学仪表检验与优化

        本文以某±800kV高压直流输电换流站为例,该换流站共设置为2极换流阀,每极各配置一套独立的换流阀冷却水系统,通过冷却水不断循环带走换流阀产生的热量,再通过室外风冷设备对冷却水进行冷却,以保证换流阀长期稳定工作在恒定温度范围内。本文主要结合直流输电工程可靠性要求,对该换流阀内冷却水系统电导率表、pH表和溶解氧表实施“在线式”仪表检验,依据检验结论,并提出了相应的优化性建议。

        2.1在线电导率表检验

        该直流输电换流阀内冷却水系统配备在线电导率表(SC)6台,依据《发电厂在线化学仪表检验规程(DL/T677)》要求,在线电导率表整机工作误差应不超过±1.0%FS。经检验,极Ⅰ换流阀内冷水回水电导率表、极Ⅱ换流阀内冷水回水电导率表整机工作误差初检超标,经过对电导电极、流通池清洗后,该电导率表整机工作误差复检合格。

        2.2在线pH表检验与维护

        该直流输电换流阀内冷却水系统配备在线pH表4台,依据《发电厂在线化学仪表检验规程(DL/T677)》要求,在线pH表整机工作误差应不超过±0.05pH。经检验,极Ⅰ换流阀内冷水供水pH表、极Ⅱ换流阀内冷水回水pH表整机工作误差初检超标,经过对pH电极、流通池清洗、标准溶液两点标定等维护后,该pH表整机工作误差复检仍然超标。具体检验结果如表7所示。经查询,该pH电极使用年限达3~4年,已经超出电极使用寿命,建议作更换电极处理。

        2.3在线溶解氧表检验与维护

        该直流输电换流阀内冷却水系统配备在线溶解氧表2台,依据《发电厂在线化学仪表检验规程(DL/T677)》要求,在线溶解氧表整机引用误差应不超过±10.0%FS。经检验,极Ⅰ换流阀内冷水供水、极Ⅱ换流阀内冷水供水溶解氧表整机引用误差初检均合格,而且该两台在线溶解氧表与标准表增量校正曲线线性较好。但是该两台在线溶解氧表在检验过程中示值变化较慢,灵敏度大大降低,建议定期更换电极渗透膜、电解液,并进行空气校准,加强维护。

        3结论

        通过对某±800kV高压直流输电换流站换流阀冷却水系统在线电导率表、pH表和溶解氧表实施了“在线式”检验,继而对各化学仪表误差来源进行了诊断分析,消除了“纯水”、“在线”干扰因素误差。建议改进在线化学仪表管理工作,应以使仪表测量结果具有溯源性、使管理工作标准化和制度化、使仪表的设计规范化、构造模块化和检测智能化为目标,最终有效提高换流阀冷却水系统在线化学仪表的准确性,降低甚至消除换流阀系统结垢、腐蚀问题,大大提高该直流输电工程安全、稳定运行水平。

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