高压直流换流阀冷却系统防腐防垢

煤在空中走，电送全中国，高压直流输电工程输送容量大、输电距离长、技术先进、设备复杂，换流站换流阀是直流输电的核心，阀冷却系统又直接关系到换流阀的安危，对直流输电的安全运行起着十分重要的作用。目前，换流阀广泛采用空气绝缘-水循环冷却方式，阀内冷却水系统将阀组运行时产生的热量排放到阀厅外，从而保证晶闸管运行在可控的温度范围内。阀外冷却水系统与阀内冷却水系统进行热量交换，从而保证阀内冷却水系统具有持续的冷却能力。

国网、南网发生过多起换流阀冷却水系统引起的故障，其中阀内冷却水系统故障占很大比例，阀内冷却水系统结垢、腐蚀造成主过滤器、换流阀毛细管堵塞及铝散热器腐蚀、系统漏水是阀内冷却水的主要问题；阀外冷却水系统的主要问题在于外冷系统结垢造成冷却效率减低导致内冷却水温度升高。

阀冷却水系统的子系统设备较多，是动态运行而非静止设备，设备老化及传统惯性对水系统设备可靠性重视程度不如电气设备，因此，在实际运行中，阀冷却水系统成为高压直流系统中故障概率的设备之一，严重影响高压直流输电系统的安全稳定运行。

阀内冷却水系统的研究目前主要集中在：换流阀铝散热器腐蚀，均压电极结垢及元件水回路阻塞发热；树脂碎屑漏过主过滤器堵塞；阀内冷却水漏水的因素等领域。目前研究一致认为，树脂漏入阀内冷却水系统会有严重危害，其散热器腐蚀、均压电极结垢的根本原因是换流阀内冷却水处理离子交换树脂粉末泄漏引起。阀外冷却水的研究目前主要集中在：喷淋塔热交换管结垢差异、外排水回收处理等方面。喷淋塔结垢问题是直流输电系统的一大顽疾，至今还未得到根本解决。

本书以高压直流输电换流阀冷却水系统为研究对象，阐述了腐蚀和结垢的原理和防护技术，并结合高压直流输电工程调试、验收、运行和日常维护工作的经验，对换流阀冷却系统的运行与维护工作进行了总结。

本书在编写过程中，查阅了大量资料，参考和引用了有关文献，谨向本书参考文献作者表示衷心的感谢，由于直流输电作为近几年兴起的新技术，加之编者水平有限和编写时间仓促，疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

编者

2021年4月

《高压直流换流阀冷却系统防腐防垢》系统介绍了直流输电换流阀冷却水系统腐蚀和结垢的原理和防护技术及应用。对腐蚀的影响因素、结垢的规律及如何防护等方面做了阐述。

本书分七章，包括换流阀冷却系统与主要设备、电化学腐蚀原理、结垢与腐蚀产物的沉积、换流阀内冷却系统腐蚀原理与防护技术、换流阀外冷却系统腐蚀与结垢、换流阀冷却系统主要故障、换流阀冷却系统运行维护，基本涵盖了直流输电换流阀冷却水系统腐蚀和结垢的研究与应用现状及发展方向。

《高压直流换流阀冷却系统防腐防垢》可供高压直流输电运行、检修、试验专业的技术和科研人员使用，可供从事换流阀冷却系统的设备制造厂家及设计单位专业技术人员使用，也可作为高校相关专业师生学习、参考的资料，还可作为从事高压直流输电工程相关运维工作技术人员的培训教材。

郭新良，云南电网有限责任公司电力科学研究院，所长 高级工程师，主要教学经历

2003-在云南电科院从事水质、油质检测教学和科研工作

章换流阀冷却系统与主要设备1

节换流阀构造1

一、晶闸管2

二、铝散热器2

三、换流阀组件及阀塔3

四、换流阀冷却水回路4

五、均压电极6

第二节换流阀冷却系统8

一、换流阀的冷却方式9

二、换流阀冷却系统的要求9

三、换流阀冷却系统的构成10

第三节换流阀内冷却系统10

一、换流阀内冷却系统结构11

二、换流阀内冷却系统主要设备11

第四节换流阀外冷却系统13

一、换流阀外冷却系统——水冷方式14

二、换流阀外冷却系统——风冷方式16

第二章电化学腐蚀原理18

节导体与电解质18

一、导体18

二、电解质18

第二节电化学腐蚀原理21

一、电极和电极电位21

二、腐蚀原电池24

三、金属腐蚀过程中发生的反应类型27

四、金属-水体系的电位-pH值平衡图28

第三节电化学极化与电化学腐蚀速度31

一、极化现象及极化曲线31

二、电极过程的特征和极化的类型32

三、浓度极化33

四、活化极化36

五、复合极化39

第四节电解腐蚀40

一、电解腐蚀原理40

二、电解腐蚀规律40

第五节流动加速腐蚀41

一、流动加速腐蚀的机理41

二、流动加速腐蚀的影响因素42

第三章结垢与腐蚀产物的沉积44

节水的硬度、碱度和安定指数44

一、硬度44

二、碱度46

三、安定指数46

第二节结垢与沉淀平衡46

一、沉淀平衡46

二、冷却水系统的结垢47

第三节腐蚀产物在水中的存在形态51

一、双电层和Zeta电位52

二、胶体的等电点52

三、树脂粉末在水中的Zeta电位53

第四节腐蚀产物的沉积53

一、胶体与颗粒物在金属表面的沉积53

二、影响腐蚀产物在金属表面沉积的因素54

第四章换流阀内冷却系统腐蚀原理与防护技术56

节内冷却水系统的主要腐蚀形态56

一、系统材质及介质56

二、内冷水中的腐蚀56

三、主要腐蚀形态分析58

第二节电解腐蚀59

一、阀电压分布59

二、泄漏电流计算分析60

三、换流阀散热器腐蚀机理62

四、均压电极上的电极反应64

第三节腐蚀影响因素研究65

第四节添加乙二醇对腐蚀的影响研究69

第五节均压电极的结垢76

一、阀内冷却水中的腐蚀产物77

二、均压电极结垢分析及规律81

第六节腐蚀的抑制91

第七节内冷却水处理探讨92

一、内冷却水水质要求92

二、内冷却水的处理92

三、内冷却水的处理新技术94

第五章换流阀外冷却系统腐蚀与结垢95

节外冷却水系统的主要腐蚀形态95

一、均匀腐蚀95

二、电偶腐蚀95

三、缝隙腐蚀96

四、孔蚀96

五、晶间腐蚀97

六、选择性腐蚀97

七、磨损腐蚀98

八、应力腐蚀98

第二节腐蚀影响因素99

一、化学因素99

二、物理因素103

第三节腐蚀控制措施104

一、冷却水杂质浓度的控制104

二、冷却水的pH控制104

三、添加冷却水缓蚀剂105

第四节阀外冷却系统工况特点115

一、冷却塔形式115

二、换热形式及材质115

第五节阀外水冷却系统水处理116

一、软化单元116

二、反渗透系统121

三、加药系统121

四、其它辅助单元121

第六节外冷却水系统的结垢及控制122

一、阀外冷却水结垢的原因122

二、结垢控制123

三、阀外冷却水阻垢的优化技术研究案例123

第六章换流阀冷却系统主要故障152

节换流阀冷却系统故障统计分析152

一、换流阀冷却系统主要故障类型152

二、换流阀冷却系统故障统计分析152

第二节内冷却水系统主要故障154

一、阀塔冷却回路漏水故障155

二、阀塔内冷却水汇流管均压电极漏水故障156

三、内冷却水循环系统主循环泵故障157

四、阀塔内冷却水漏水检测装置故障158

五、阀内冷却水冷系统报“流量高”报警159

六、阀内冷却水冷系统电导率高报警159

七、阀塔顶部法兰渗水160

八、阀内冷却水冷系统主循环泵渗漏油160

第三节外冷却水系统主要故障161

一、冷却塔风机故障161

二、冷却塔变频器故障162

三、外冷却水喷淋泵故障164

四、外冷却水管道故障166

五、阀外水冷系统常见故障处理167

六、软化单元进气故障167

七、反渗透膜堵塞故障168

八、盐池不能自动补水168

九、盐池不能自动停止补水168

第四节控制系统传感器设备故障169

一、内冷却水流量传感器故障169

二、外冷却水池水位传感器故障170

三、冷却塔出水温度测量异常导致冷却塔全停172

四、压力传感器测量故障导致主水回路压力低报警172

五、膨胀罐水位传感器测量故障导致膨胀罐水位低报警173

六、软化单元电磁阀故障，导致系统不能补水174

七、用于软化单元电磁阀的空压机持续运行175

第五节空冷系统主要故障175

一、管束泄漏175

二、风机机械故障175

第七章换流阀冷却系统运行维护177

节内冷却水系统运行维护177

一、检修前准备177

二、换流阀塔检查177

三、阀冷室检查178

四、在线仪表比对179

五、水样检测179

六、内冷水水质控制180

第二节外冷却水系统运行维护184

一、运行过程中水质的变化184

二、日常运行中水处理剂的添加185

三、日常运行中的水质监测与控制186

四、外冷却水系统检查190

五、外冷却水的水质标准190

六、外冷却水运行监测实例192

第三节空冷系统运行维护194

一、空冷系统特点194

二、日常运行维护操作195

三、空冷器的检修196

参考文献197

《高压直流换流阀冷却系统防腐防垢》系统介绍了直流输电换流阀冷却水系统腐蚀和结垢的原理和防护技术及应用。对腐蚀的影响因素、结垢的规律及如何防护等方面做了阐述。