HVDC 换流阀冷却水系统在线化学仪表检验与维护

杨 传

（河北冀研能源科学技术研究院有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

高压直流输电换流阀冷却水系统在线化学仪表可实现冷却水水质在线监测、实时反馈、超额报警、自动调节等功能。然而，由于在线化学仪表受“纯水”“在线”干扰因素影响，会产生较大测量误差［1-2］，准确率大大降低，使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，甚至导致换流阀本体泄漏、直流系统闭锁命令触发、跳闸停电等事故发生［3-9］。为确保在线化学仪表的准确性，须对其定期实施检验、维护，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DL／T 677—2018 《发电厂在线化学仪表检验规程》（以下简称为“规程”）要求，需定期采用在线式检验和校准法，从而实现对在线化学仪表的在线式检验、误差来源诊断及误差消除等一系列工作。可见，采取科学的仪表检验与维护方法，不仅大大提高在线化学仪表准确性，还为提升换流阀设备本体换热效率，促进整个直流输电工程安全稳定运行提供保障。

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与常规化学仪表有相同之处，也具有电气技术所要求的“绝缘”“冷却”等特有要求。其次，化学仪表存在国家、品牌、技术性能等均不统一的特殊性，导致我国目前换流阀冷却水系统在线化学仪表日常运维、管理尚不成熟，甚至得不到技术人员重视，仍处于空白阶段［10-12］。基于此，对换流阀冷却水系统在线化学仪表检验与维护做出进一步研究。

1 检验项目与误差要求

换流阀冷却水系统分为内冷却水、外冷却水系统，一般配备电导率表、pH 表和溶解氧表3 种在线化学仪表。依据“规程”对在线电导率表、在线pH 表和在线溶解氧表实施在线式检验时，具体的检验条件、检验项目及误差要求如表1、表2 及表3 所示。

表1 在线化学仪表检验条件

表2 在线化学仪表检验项目

2 在线化学仪表检验与维护

以±800 kV 高压直流输电换流站为例，换流站设置为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。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 表和溶解氧表误差来源因素进行分析，并对其实施在线式仪表检验，依据检验结论，对优化性建议与维护方法进行归纳与总结。

表3 在线化学仪表检验误差要求

2.1 在线电导率表检验与维护

2.1.1 在线电导率表检验

换流阀内冷却水系统在线电导率表测量中产生误差因素较多，常见的误差来源主要包括溶解性气体、测量系统污染、电极常数错误、温度补偿附加误差、导线电容干扰等因素，影响在线电导率准确性的因素如图1 所示。

图1 影响在线电导率表准确性因素

该直流输电换流阀内冷却水系统配备在线电导率表6 台，依据“规程”要求，在线电导率表整机工作误差应不超过±1.0%。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。检验结果如表4 所示。

表4 换流阀内冷却水系统在线电导率表检验结果

2.1.2 在线电导率表维护

温度控制和温度补偿系数设定。当待测水样流量等其他条件恒定时，水样温度的变化对电导率测量值影响较大，一般水样控制至（25±1）℃范围，并保持恒温。纯水电导率测定时，温度补偿系数呈非线性，随水样温度和电导率变化而变化。如果恒温系统暂时无法实现对水样恒温控制，可采取必要的二次仪表温度补偿系数设定的措施，以减小温度补偿附加误差对纯水电导率测定的影响。

电导电极定期检查与清洗。电导电极污染会影响电极本体电容分布，直接大大影响了电导率示值，可采用对电极定期检查与清洗的方法加以改善。将电极从流通池外套中取出，检查内外电极中是否夹杂异物，并使用软质毛刷将其清除。如果电极污染较严重，可用毛刷蘸洗涤剂（稀酸液）清洗，然后用除盐水冲洗干净。

电极常数的修正与标定。电极常数是电极本身所特有一种常数量值，对电导率示值具有基础性影响。随着电极投运时间延长，待测介质会对电极本身造成腐蚀，从而改变了电极实际的常数，从而大大影响了准确性，所以需要定期对电极常数进行标定。但鉴于标准溶液法存在“纯水”干扰因素，故一般采用标准电极法进行常数标定，如果电极常数偏差较大，应更换电极。

2.2 在线pH 表检验与维护

2.2.1 在线pH 表检验

换流阀内冷却水系统在线pH 表测量中误差因素同样比较繁杂，常见的误差来源主要包括流动电位、静电荷、测量系统污染、液接电位、温度误差、电极校正误差等方面，影响在线pH 表准确性因素如图2 所示。

图2 影响在线pH 表准确性因素

该直流输电换流阀内冷却水系统配备在线pH表4 台，依据“规程”要求，在线pH 表整机工作误差应不超过±0.05。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5 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，建议更换电极。

表5 换流阀内冷却水系统在线pH 表整机工作误差检验结果

2.2.2 在线pH 表维护方法

电极定期清洗与检查。pH 表电极投入运行较长时间后，测量电极敏感膜会发生污染，不仅导致电极灵敏度降低，甚至造成pH 表示值失真。建议定期对电极进行清洗，做好停用期电极保护措施。pH 表电极使用寿命一般为12 个月，新购置的电极存放时间也不宜过长，在更换新电极时，应将电极浸泡在除盐水中活化24 h 后方可使用。

pH 表电极标准溶液两点标定。为确保pH 表示值持续准确性，规避“在线”误差因素干扰，需定期采用pH 表为9.18 及6.86 标准溶液进行电极两点法标定维护，标定过程中如果两点校验示值偏差较大，应检查测量电极是否老化、污染及温度校准及温度补偿附加误差是否正确，进一步对误差因素进行排查。

2.3 在线溶解氧表检验与维护

2.3.1 在线溶解氧表检验

换流阀内冷却水系统在线溶解氧表测量中产生误差因素较多，常见的误差来源主要包括水样流速、电极污染、电极老化、残存气泡、管路泄漏附加误差等方面，影响在线溶解氧表准确性因素如图3 所示。

图3 影响在线溶解氧表准确性影响因素

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“规程”要求，在线溶解氧表整机引用误差应不超过±10.0%。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2 台在线溶解氧表与标准表增量校正曲线线性较好，如表6、图4 所示。但是这2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。

2.3.2 在线溶解氧表维护方法

定期更换氧渗透膜并充填电解液。由于水样溶解氧电极不断发生污染与老化，同时导致渗透膜与电解液失效，故须定期更换渗透膜并填充电解液，更换渗透膜和电解液时应注意电极应无灰尘或污染物，必要时用软纸巾擦净。滴一两滴电解液将电极表面润湿，并把电解液瓶尖端或注射器插入注液孔，挤压电解液使溶液缓慢注入并溢流，注入过程中应轻轻拍打电极，利于排出电极内气泡。最后缓慢拧上注液孔螺丝，将过量的电解液溢出，并彻底清洁电极，用软纸巾擦干渗氧膜。

表6 换流阀内冷却水系统在线溶解氧表整机引用误差检验结果

图4 溶解氧表增量随标准表增量变化

3 结语

通过对±800 kV 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”和“在线”干扰因素误差。建议改进在线化学仪表管理工作，应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，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。