高压直流输电阀冷系统配水管道高低温性能测试装置设计

摘 要：介绍了一种集制冷、加热、恒流量控制一体的自动化阀冷系统配水管道高低温性能测试装置。对该测试装置的工作原理、硬件及控制系统及做了详细阐述。该装置尤其适用于PVDF管道高低温性能测试，拥有完善的故障诊断和安全保护措施，具备就地和远程上位机监控功能，且该装置的平台的可以灵活变换热负荷试验装置等，实现一机多能，提高了设备的利用率。

关键词：换流阀；螺杆机；PVDF；高低温

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.039

0 引言

阀冷系统是特高压直流输电的一个重要组成部分，它将阀体各元件的功耗所产生的热量通过冷却介质源源不断的排放到阀厅外，从而保障晶闸管工作在最佳效率温度范围[1-3]。PVDF配水管道是连接阀冷系统与晶闸管，传导元件损耗的桥梁[1-2]。高低温温度冲击会造成PVDF管道热胀冷缩，容易造成破裂和冷却水渗漏，所以配水管道抵抗高低温温度冲击的能力直接关系到换流阀的安全可靠运行[1]。因而需要对配水管道进行高低温冲击试验，确保其具有足够的抗高低温冲击能力。

1 高低温试验装置工作原理

该装置采用S7-200系统作为主控制系统，通过变频器精确控制高、低温循环流量，通过可控硅控制电加热器精确控制高温循环温度，通过单片机控制螺杆机精确控制低温循环温度，通过电动蝶阀自动控制高低温循环切换，拥有完善的故障诊断和安全保护措施。具备就地触摸屏和远程上位机实现人机交互，具备数据采集、运行参数设定、数据归档等功能。可用于PVDF管道组件的高低温性能测试和空气散热器性能测试。

1-风机；2-电动三通阀；3-高温循环泵；4、11、15、23-压力表；5-自动排气阀；6-电加热器；7-电动蝶阀；9-流量计；10、18、21、22-温度计；12-蝶阀；13-测试管道；14-打压泵；16-低温循环泵；17-过滤器；19、28、29-液位开关；22-液位计；24-补气泵；25-止回阀；26-電磁阀；27-补水泵；30-补水罐；31-脱气罐；32-缓冲罐；33-螺杆机；34-冷冻罐

图1 高低温测试装置工艺流程示意图

2 试验装置系统设计

水泵采用高速离心叶片泵，泵体采用机械密封，接液材质为304 不锈钢。

2.1 稳压系统

稳压系统由缓冲罐、补气泵、气路单向阀、安全阀组成。当缓冲罐内压力降低时，系统控制补气泵开启，给缓冲罐增压，达到预设压力后停止补气。当缓冲罐压力过高时，安全阀自动开启，给缓冲罐泄压，达到全压力后自动关闭，从而达到系统稳压的目的。

2.2 补水系统

主要包括补液箱、补液泵、补水电磁阀液位开关、止回阀组成。补液箱液位下降时，控制补水电磁阀开启实现补液箱补水，液位上升到指定位置时关闭补水电磁阀。补水系统与主系统中间设置过滤器，以避免杂志进入主系统，设置止回阀避免主系统冷却水回流至补液箱。

2.3 脱气加热系统

主要由脱气罐、自动排气阀、4台电加热器组成。系统初始运行过程中管道空气混入较多，为了避免电加热器干烧、水泵发生气蚀，在循环回路中设置脱气罐，其原理为混合在冷却介质中的气泡因流速放缓后在浮力作用下从冷却介质中释放出来，聚集在脱气罐顶部，自动排气阀检测到气体后自动打开阀门排除气体实现脱气目的。高低温试验模式启动后，系统通过可控硅电气元件来调节电加热器的电流来控制电加热器的加热功率，最终控制冷却介质温度。散热器试验模式：通过可控硅电气元件和电加热器功率监测装置来调节电加热器功率保持恒定。

2.4 制冷系统

制冷系统主要水泵、过滤器、水箱、电动阀门、冷水机组等组成。

高温运行时间完成后，由控制系统自动切换至低温运行，通过电动阀门进行控制，低温循环装置中包含螺杆组，并留有足够容量的水箱容量，使得水箱中的水温维持在设定温度范围。

2.5 试压装置

高低温试验管道接口处连接一台试压泵，用于高低温试验之前对PVDF管道进行试压，确保管路连接紧固，以免高温水烫伤试验人员。

3 结语

高低温性能测试装置主要目的是用于PVDF管道组件高低温冲击试验和空气散热器性能试验，是一种多功能的水冷系统组件测试装置。且设计集成了冷水机组冷却、空气散热器冷却、热负荷模拟、管路管件测试、恒流速供水，恒温供水，恒功率供水，自动补水，自动打压，自动稳压，各种模式自动切换于一体的多功能自动化智能保护试验装置，在当前水冷系统应用研究越来越广泛的背景下，该设备作为一个多功能综合试验平台具有较好的应用前景。

参考文献：

[1]陈建业，吴文伟.大功率变流器冷却技术及其进展[J].大功率变流技术，2010（01）：15-30.

[2]崔鹏飞，卢志敏等.高压直流输电阀冷系统流量类仪表检定装置的设计[J].工业仪表与自动化装置，2014（01）：78-80.

[3]李爱生，朱韬析.直流输电工程中阀冷监控系统的改进建议[J].电力系统保护与控制，2010，38（16）：153-156.

作者简介：何政平（1987-），男，湖南娄底人，硕士，电气工程师，主要从事密闭式冷却系统电气设计工作。