一種換流閥用水冷卻設備試驗裝置及其試驗方法與流程

2023-12-01 03:49:41

本發明屬於直流輸電技術領域，涉及一種換流閥用水冷卻設備試驗裝置及其試驗方法。

背景技術：

近年來直流輸電領域取得了長足的發展，每年都有多條直流輸電迴路投入生產和使用。除了傳統直流工程持續投入建設，柔性直流工程也得到了迅猛的發展。換流閥用水冷卻設備是直流輸電工程核心設備換流閥的重要輔助設備。無論傳統直流工程和柔性直流工程，在任何電壓等級的直流輸電工程中，換流閥用水冷卻設備的可靠性能和穩定運行都是直流輸電工程平穩運行的重要因素。

換流閥水冷卻設備的實驗認證之前一直沒有統一的標準，各生產企業也多在企業內部以企標為準，直至2013年我國才推出了相關的國家標準--《GB/T30425-2013高壓直流輸電換流閥水冷卻設備》，但至今市場中未出現功能完善的水冷卻設備試驗裝置和試驗系統。目前相關的檢測，主要由生產企業臨時搭建試驗管路進行。這種方案中存在很多不足，主要有試驗中數據測量多有借用試品水冷卻設備自身測量儀表進行，致使檢驗精度受試品自身儀表精度制約，檢驗功能不完善，檢驗設備安全設施不完備等。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種換流閥用水冷卻設備試驗裝置及其試驗方法，解決了現有技術中數據測量借用試品水冷卻設備自身測量儀表進行，致使檢驗精度受試品自身儀表精度制約；檢驗功能不完善以及檢驗設備安全設施不完備的問題。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種換流閥用水冷卻設備的試驗裝置，包括內循環水測量平臺、外循環水測量平臺、壓力試驗平臺、功率負載裝置、測量監控系統和上位機系統；

所述的內循環水測量平臺的進、出口分別連接於試品內冷部分的供、回水口上，內循環水測量平臺的管道上設置有水阻調節閥門；內循環水測量平臺的管道上設置有與水阻調節閥門並聯的pH值變送器；

所述的外循環水測量平臺連接於試品內冷部分與試品外冷部分之間的外水迴路中；

所述的功率負載裝置連接在內循環水測量平臺中，且與水阻調節閥門並聯；

所述的壓力試驗平臺兩端由預留接口接至內循環水測量平臺上；用於對試品進行補水和打壓；

所述的測量監控系統分別控制連接內循環水測量平臺、外循環水測量平臺、壓力試驗平臺、功率負載裝置，對試驗裝置所有測量點的數據監控及預警；

所述的上位機系統連接測量監控系統，對試驗平臺的遠程操作與監控。

作為本發明的進一步改進，所述的內循環水測量平臺主體由內循環水測量管道構成；內循環水測量管道入口上安裝內循環水進口壓力變送器、內循環水進口溫度變送器、內循環水流量變送器和內循環水電導率變送器；管道出口上安裝內循環水出口溫度變送器和內循環水出口壓力變送器。

作為本發明的進一步改進，所述的水阻調節閥門是由多個閥門串聯構成。

作為本發明的進一步改進，所述的外循環水測量平臺主體由外循環水測量管道構成，外循環水測量上安裝外循環水流量變送器、外循環水進口溫度變送器和外循環水進口溫度變送器。

作為本發明的進一步改進，所述的外循環水流量變送器的出口管路上安裝有三通閥，三通閥一路連通外循環水測量進口。

作為本發明的進一步改進，所述的功率負載裝置為多組可獨立控制的水冷電阻；功率負載裝置的進、出口通過預留接口連接於內循環水測量平臺，與閥體水阻調節閥門並聯，功率負載裝置的進、出口上均安裝調節閥門；出口安裝有溫度傳感器，進口安裝有流量傳感器。

作為本發明的進一步改進，所述的壓力試驗平臺由加壓泵和補水泵以及水箱構成，壓力試驗平臺的進、出水口均設置有閥門。

作為本發明的進一步改進，所述的測量監控系統是由PLC主機、觸控螢幕和相應的測量模塊組成的測量監控系統。

一種基於所述換流閥用水冷卻設備的試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

由水阻調節閥門和功率負載裝置模擬換流閥作為試品水冷卻設備的模擬閥組，調節試品水冷卻設備至試驗運行工況，由試驗裝置的多個測點的測量儀表對試品水冷卻設備的運行參數進行全面監測，同時試驗裝置設置有預警和保護功能，在試品和試驗裝置的運行參數異常時及時發出預警信號，嚴重時會產生保護動作。

具體包括以下步驟：

進行壓力試驗時，壓力試驗平臺由預留接口接至內循環水測量平臺；關閉pH值變送器前後的閥門，由壓力試驗平臺的補水泵對試品及試驗裝置進行補水，補水完成後，關閉補水泵，並關閉補水管道閥門；在測量監控主機上設置試驗壓力並啟動壓力試驗平臺的加壓泵；試品達到試驗目標壓力後，會自動關閉加壓泵，然後關閉加壓管道閥門，並保持至試驗所需時間；

換熱性能試驗時，由水阻調節閥門和功率負載裝置模擬換流閥作為試品水冷卻設備的模擬閥組：啟動試品內冷卻水水機，並調節至額定運行工況；啟動功率負載裝置，待試品內冷卻水溫度上升至高於外冷卻水溫度一定溫度時，使外冷卻水開始流動並調節流量達到規定值；測量監控系統通過多個測量點的測量儀表對試品水冷卻設備的運行參數進行全面監測及預警和保護功能；觀察各處溫度測點的溫度，待其穩定後，記錄各處的溫度值；計算得到試品的傳熱係數，完成換熱性能試驗。

水力性能試驗時，關閉功率負載裝置和pH值變送器前後的閥門，由水阻調節閥門模擬閥組水阻：啟動試品內循環水機，使其工作於額定供水流量和供水壓力，調節主泵出口處的閥門，調節試品供水流量和壓力，記錄測點的進閥流量和壓力，判斷其是否符合要求，完成水力性能試驗；

水質測量試驗時，關閉功率負載裝置和pH值變送器前後的閥門，由水阻調節閥門模擬閥組水阻：啟動試品內循環水機，使其工作於額定工況，打開pH值變送器前後的閥門，待試品工況穩定後，啟動試品去離子支路，待其流量達到額定時，開始計時並監測內冷卻水電導率及pH值，如內冷卻水電導率穩定至規定範圍內時，記錄試品內冷卻水電導率、pH值和時間，完成試驗水質測量試驗；

連續運行試驗時，由水阻調節閥門和功率負載裝置模擬換流閥作為試品水冷卻設備的模擬閥組：啟動試品水冷卻設備，使其內外水均達到額定工況，由測量監控系統對試品的運行參數進行全面監測和預警及保護功能，同時觀察試品電動機、泵、風機和熱交換機運行是否正常，保持試品連續運行至試驗要求的時間，完成連續運行試驗；

進行保護功能試驗以及通信和接口試驗時時，關閉功率負載裝置和pH值變送器兩側閥門，通過水阻調節閥門模擬閥組水阻：啟動試品水機，使其運行至額定工況後，通過試品水冷卻設備主機模擬故障情況，判斷其保護功能是否符合設計要求，進行保護功能試驗；檢測試品水冷裝置主機和其保護控制系統之間的上行及下行信息通訊是否正常，進行通信和接口試驗。

相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：

本發明通過內循環水測量平臺、外循環水測量平臺、壓力試驗平臺、功率負載裝置、測量監控系統和上位機系統六部分組成，其整合了多種換流閥水冷設備型式試驗功能至一集合式試驗平臺，可滿足水冷設備除EMC試驗外的所有型式試驗需求。本發明採用整合了多種試驗功能的集合式試驗平臺，試驗功能多樣，配合接地電阻測試儀、噪聲測試儀、和絕緣耐壓測試儀則可完成水冷設備除EMC試驗外的所有型式試驗項目。

進一步，本發明設置有完善的預警和保護功能，包括參數異常預警，和故障保護功能，可全面的保護試品和試驗設備，排除試驗過程中的安全隱患。

進一步，本發明完全採用第三方的測量儀器進行試品參數的測量監控，可實現對試驗測量儀表的規範化管理，並且試驗參數及測量精度不受試品水冷設備自身條件影響。

進一步，通過調整三通閥的開度可靈活調整外冷裝置投入的功率以配合不同的試驗方式。

本發明的試驗方法由水阻調節閥門和功率負載裝置模擬換流閥作為試品水冷卻設備的模擬閥組，調節試品至試驗運行工況，由試驗裝置的多種高性能測量儀表對試品的運行參數進行全面監測。同時試驗裝置設有全面的預警和保護功能，運行參數異常時可及時發出預警信號，嚴重時會產生保護動作。並且可以同時進行壓力試驗、換熱性能試驗、水力性能試驗、水質測量試驗、連續運行試驗、保護功能試驗以及通信和接口試驗等多種試驗。解決了現有技術中數據測量借用試品水冷卻設備自身測量儀表進行，致使檢驗精度受試品自身儀表精度制約；檢驗功能不完善以及檢驗設備安全設施不完備的問題。

【附圖說明】

圖1為本發明的整體結構示意圖。

其中，1試品外冷部分；2外循環水測量平臺；21三通閥；22外循環水流量變送器；23外循環水進口溫度變送器；24外循環水出口溫度變送器；3試品內冷部分；4內循環水測量平臺；41內循環水出口壓力變送器；42內循環水出口溫度變送器；43水阻調節閥門；44內循環水pH值變送器；45內循環水電導率變送器；46內循環水進口壓力變送器；47內循環水進口溫度變送器；48內循環水流量變送器；5功率負載裝置；51功率負載出口溫度變送器；52功率負載流量變送器；6壓力試驗平臺；7測量監控系統；8上位機系統。

【具體實施方式】

下面將結合本發明的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實發明保護的範圍。

如圖1所示，為本發明的試驗裝置整體結構，試驗裝置由內循環水測量平臺4、外循環水測量平臺2、壓力試驗平臺6、功率負載裝置5和測量監控系統7、上位機系統8六部分組成。試驗中，內循環水測量平臺4的進/出口分別連接於試品水冷裝置內循環水3的供/回水口，外循環水測量平2連接於試品水冷裝置的外水迴路1中，功率負載裝置5並聯於水阻調節閥門43接於內循環水測量平臺4。

其中，內循環水測量平臺4的主體由內循環水測量管道構成。管道安裝內循環水流量變送器48、內循環水進/出口溫度變送器47/42、內循環水進/出口壓力變送器46/41和內循環水電導率變送器45，並安裝由多個閥門構成的水阻調節閥門43用於試驗中模擬閥體水阻以及進行水阻調節。管道上還包括與水阻調節閥門43並聯的pH值變送器44，使用進/出口帶閥門的並聯支路進行pH值的實時測量，可在極端試驗情況下調節pH值測量儀器的壓力和流量，並在必要時可在系統運行時關閉閥門，將pH值測量儀器切出以保護測量儀表和試品。

外循環水測量平臺2的主體由外循環水測量管道構成。管道安裝外循環水流量變送器22、外循環水進/出口溫度變送器23/24，並安裝有可調節外水流量分流的三通閥21。

功率負載裝置5的水路出口安裝有溫度傳感器51，進口安裝有流量傳感器52。使用時通過預留接口連接於內循環水測量平臺4，與水阻調節閥門43並聯。

壓力試驗平臺6主體由加壓泵和補水泵以及水箱構成，可對試品進行補水和打壓。並可通過測量監控系統進行壓力試驗目標壓力的設置，對試品增壓至目標壓力時加壓泵會自動停止增壓以防止誤操作造成的壓力過高。

測量監控系統可實現對試驗裝置所有測量點的數據監控，並形成數據報表。同時測量監控系統設有完善的預警和保護功能。由PLC主機、觸控螢幕和相應的測量軟硬體組成的測量監控系統。可實現對試驗裝置所有測量點的數據監控，並形成數據報表。同時測量監控系統設有完善的預警和保護功能，可對試品及試驗平臺的異常狀態進行預警，在故障嚴重時會產生保護動作。

上位機系統由上位機電腦和相應軟體系統構成，通過乙太網與測量監控系統主機相連，可實現試驗平臺的遠程操作與監控。

一種基於換流閥用水冷卻設備的試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

試驗進行時由水阻調節閥門和功率負載裝置模擬換流閥作為試品水冷卻設備的模擬閥組，調節試品水冷卻設備至試驗運行工況，由試驗裝置的多種高性能測量儀表對試品水冷卻設備的運行參數進行全面監測。同時試驗裝置設置有全面的預警和保護功能，可在試品和試驗裝置的運行參數異常時及時發出預警信號，嚴重時會產生保護動作。

使用本試驗裝置進行試驗時，主要試驗項目的具體步驟如下：

壓力試驗步驟：

1、將試驗平臺與試品正確連接，將加壓泵系統通過預留壓力試驗接口連接於內循環水測量平臺，關閉pH計測量裝置前後閥門；

2、通過測量監控系統設置壓力試驗目標壓力，並啟動加壓泵系統，對試品進行增壓，待壓力達到試驗壓力後，增壓泵自動停止增壓；

3、關閉壓力試驗接口閥門，監測試品壓力，完成壓力試驗。

水質測量試驗步驟：

1、將試驗平臺與試品正確連接，啟動補水裝置，使管道中充滿符合規定的補充水，記錄補充水量和初始電導率；

2、確保pH值測量迴路兩端閥門處於開啟狀態後，啟動試品水機，並調節水阻調節閥門，使試品供水壓力及供水流量達到額定值；

3、啟動試品去離子支路，待其流量達到額定時，開始計時，並監測內冷卻水電導率及pH值，如內冷卻水電導率穩定至規定範圍內時，記錄試品內冷卻水電導率、pH值和時間，完成試驗水質測量試驗。

水力性能試驗步驟：

1、將試驗平臺與試品正確連接，啟動補水裝置，使管道中充滿符合規定的補充水；

2、啟動試品主泵，並調節水阻調節閥門，使試品工作於額定工況；

3、調節水阻調節閥門，並記錄進閥流量和壓力(測量點不少於5個)，完成水力性能試驗。

換熱性能試驗步驟：

1、將試驗平臺與試品正確連接，啟動補水裝置，使管道中充滿符合規定的補充水；

2、啟動主循環泵，調整內冷卻水流量至規定值；

3、啟動功率負載裝置，待內冷卻水溫度上升至高於外冷卻水溫度10℃時，使外冷卻水開始流動並調節流量達到規定值；

4、觀察各處溫度計的溫度，待其穩定後，記錄各處的溫度值。然後，連續觀察10min，選取其中3～5個時間點記錄各處的溫度值。根據計算，可得到試品的傳熱係數，完成換熱性能試驗。

連續運行試驗步驟：

1、將試驗平臺與試品正確連接，啟動補水裝置，使管道中充滿符合規定的補充水；

2、啟動試品，並調節水阻調節閥門，使其工作在額定狀態，監測試品各處的流量、壓力、溫度、電導率和pH值；

3、觀察試品電動機、泵、風機和熱交換機等主要部件運行是否正常。

4、保持試品連續運行至試驗要求的時間，完成連續運行試驗。

具體的實驗方法如下：

進行壓力試驗時，壓力試驗平臺6由預留接口接至內循環水測量平臺4。關閉pH值變送器44前後的閥門。由補水泵對試品及試驗裝置進行補水，補水完成後，關閉補水泵，並關閉補水管道閥門。在測量監控主機上設置試驗壓力並啟動加壓泵。試品達到試驗目標壓力後，會自動關閉加壓泵。然後手動關閉加壓管道閥門，並保持至試驗所需時間。

換熱性能試驗時，由水阻調節閥門43和功率負載裝置模擬換流閥作為試品水冷卻設備的模擬閥組。啟動試品內冷卻水水機，並調節至額定運行工況。啟動功率負載5，待試品內冷卻水溫度上升至高於外冷卻水溫度10℃時，使外冷卻水開始流動並調節流量達到規定值。由試驗裝置的多種高性能測量儀表對試品水冷卻設備的運行參數進行全面監測。同時試驗裝置設置有全面的預警和保護功能，可在試品和試驗裝置的運行參數異常時及時發出預警信號，嚴重時會產生保護動作。觀察各處溫度計的溫度，待其穩定後，記錄各處的溫度值。然後，連續觀察10min，選取其中3～5個時間點記錄各處的溫度值。根據計算，可得到試品的傳熱係數，完成換熱性能試驗。

水力性能試驗時，關閉功率負載裝置和pH值變送器進/出口閥門，由水阻調節閥門模擬閥組水阻。啟動試品內循環水機，使其工作於額定供水流量和供水壓力。調節主泵出口處的閥門，調節試品供水流量和壓力。記錄進閥流量和壓力(測量點不少於5個)，判斷其是否符合設計要求，完成水力性能試驗。

水質測量試驗時，關閉功率負載裝置5和pH值變送器進/出口閥門，由水阻調節閥門模擬閥組水阻。啟動試品內循環水機，使其工作於額定工況。打開pH值變送器進出/口閥門。待試品工況穩定後，啟動試品去離子支路，待其流量達到額定時，開始計時並監測內冷卻水電導率及pH值。如內冷卻水電導率穩定至規定範圍內時，記錄試品內冷卻水電導率、pH值和時間，完成試驗水質測量試驗。

連續運行試驗時，由水阻調節閥門43和功率負載裝置5模擬換流閥作為試品水冷卻設備的模擬閥組。啟動試品水冷卻設備，使其內外水均達到額定工況。由試驗裝置對試品的運行參數進行全面監測。同時通過驗裝置全面的預警和保護功能，對試品和試驗裝置進行預警保護。同時觀察試品電動機、泵、風機和熱交換機等主要部件運行是否正常。保持試品連續運行至試驗要求的時間，完成連續運行試驗。

進行保護功能試驗以及通信和接口試驗時，功率負載裝置和pH值變送器兩側閥門關閉，通過水阻調節閥門模擬閥組水阻。啟動試品水機，使其運行至額定工況後，通過試品水冷卻設備主機模擬故障情況，判斷其保護功能是否符合設計要求，進行保護功能試驗。檢測試品水冷裝置主機和其保護控制系統之間的上行及下行信息通訊是否正常，進行通信和接口試驗。

如表1所示，為水冷卻設備LWA750-109F連續運行試驗數據記錄。

表1

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。