厦门柔直工程空气处理组合机滤网清洗装置的设计与研制

陈金文 林汉龙 董伟峰

摘  要：厦门柔直换流站内组合式空气处理机组有ZK30、ZK40、ZK160三种型号，其每台机组每年的滤网更换及定期对滤网拆卸清洗的成本较高。以ZK30为对象，研制一套也适用于ZK40、ZK160型号组合式空气处理机组的滤网清洗装置，实现在机组停运状态下实现免拆卸方式对滤网进行清洗，以降低滤网更换及滤网清洗的成本，延长机组滤网的使用寿命;实现一清洗装置对多机组的过滤器清洗，提升清洗装置的利用率，实现实时免拆卸清洗，提升换流站内设备运行的可靠性。

关键词：变电站;空气处理;组合机;板式过滤器;清洗装置;利用率

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）05-0095-03

Abstract： There are three types of combined air handling units in Xiamen VSC-HVDC Station： ZK30， ZK40 and ZK160. The annual cost of each unit's filter replacement and regular removal and cleaning of the filter is high. Develop a set of filter cleaning devices for ZK30， ZK40， ZK160 combined air handling units to achieve clean-free cleaning of the filter screen in the case of unit shutdown to reduce the cost of filter replacement and filter cleaning， extend the service life of the filter unit of the unit; realize a cleaning device to clean the filter of the multi-unit， improve the utilization rate of the cleaning device， realize real-time disassembly-free cleaning， and improve the reliability of equipment operation in the converter station.

Keywords： substation; air treatment; combination machine; plate filter; cleaning device; utilization rate

1 概述

廈门柔直换流站的桥臂电抗器室设备、阀厅内设备、直流场内设备均为户内设置，各个设备运行功耗发热量需要被带走，以满足夏季运行环境空气不超过40℃;为此需设置通风设备带走一次设备产生的热量，并保持室内设备微正压。

桥臂电抗器设备区每极设置2台ZK160机组（每小时最大通风量约为1.6万m3）机械进风，利用桥臂电抗器室内的地下通道送风，屋顶低噪声离心风机机械排风，其中组合机组设初中效过滤器，机组一备一用，满足排风温度不超过40℃，维持桥臂电抗器室设备区对外部空气5-10Pa的微正压。

阀厅设备区每极设置2台ZK40机组（每小时最大通风量约为0.4万m3）机械进风，其中组合机组设初中高效过滤器，机组一备一用，满足阀厅温度不超过45℃，维持阀厅对外部空气5-10Pa的微正压。

直流场设备区每极设置2台Z30机组（每小时最大通风量约为0.3万m3）机械进风，利用直流场顶部通道送风，屋顶低噪声离心风机机械排风，其中组合机组设初中效过滤器，机组一备一用，满足排风温度不超过40℃，维持直流场设备区对外部空气5-10Pa的微正压。

外部空气通过组合机组进入设备区，再通过顶部排风机排风带走一次设备运行产生的热量，而设置初中高效过滤器是为了过滤被吸入的外部空气中的大部分灰尘，以避免一次设备发生污闪故障。

2 存在问题与空气处理机组板式过滤器的清洗装置现状分析

2017年9月5日，在对直流场一次设备进行紫外测试时，检测到直流场极线平波电抗器的支撑绝缘子有异常放电现象。

经停电检查发现在直流场平波电抗器的支撑瓷瓶上吸附了灰尘过多而导致的异常放电现象。

经检查分析，直流场所设置的ZK30组合机的初中效过滤网为每季度清洗一次，滤网上灰尘过多，灰尘部分会较多的进入直流场内，增加直流场的灰尘量，而且由于是直流设备，其绝缘表面会受静电影响更容易积灰，附着在绝缘子表面的污秽物可溶物质部分会发生潮解，形成一层可导电的薄膜，大大增加了绝缘表面的泄露电流[1]。

目前，换流站内的ZK30、ZK40、ZK160均采取每季度清洗一次、每半年更换一次的维护策略，以维持滤网的清洁度，从而提升进入设备区空气的洁净度。但根据实际的运行维护情况来看，需要缩短滤网清洗的时间间隔。滤网清洗工作开展顺序为：把每极轮洗的运行机组停运，切换到备用机组;把停运机组的滤网从空气处理组合机的初效过滤段内拆卸下来，再用高压水枪对板式过滤器进行冲洗，冲洗完再对滤网进行装设，再把当前运行的机组停下，把清洗完滤网的机组投入运行，以此类推。

实际中，如为增加滤网的洁净度增加滤网清洗的频次，势必会大大增加运行维护的人工成本，同时也让一备一用的机组处于无备用运行状态，降低设备运行的可靠性。

3 空气处理机组滤网清洗装置的研究现状

王文宾[3]所研制的滤网清洗装置只试用于通风管道，不适用于组合式空气处理机组的多片滤网清洗。

现有的空气处理组合机板式过滤器清洗装置一般采用只对单块的板式过滤器清洗的方式，通过装置的传动机构，将板式过滤器传送至清洗槽内，利用超声波清洗及喷淋进行清洗，清洗完成后，再利用传动机构恢复至原安装位置。

现有的清洗装置存在以下问题：（1）对于单块的板式过滤器在线自动清洗较为简单，但对于多块的板式过滤器清洗来说较难实现。（2）需要较多的传动机构，因组合式空气处理机组在使用一个阶段后，机组内部积灰多，且有清洗装置喷淋，内部潮气多，传动机构机械容易生锈、卡涩，导致故障频发。（3）需要设计一个专用的清洗槽及超声波清洗机，所需的安装空间大，成本高，不适用于对现有的空气处理机组板式过滤器加装清洗装置的情况，因机组底部大部分已用水泥浇筑，无法安装清洗槽及超声波清洗机。（4）基本都是一个板式过滤器对应于一套清洗装置设计，装置的利用率低。

4 板式过滤器滤网清洗装置的设计与研制

4.1 板式过滤器滤网清洗装置的意义

研制板式过滤器滤网清洗装置的目的在于实现不拆卸清洗，最大限度的实现设备不停电清洗，降低运维成本，提升设备运行的可靠性。

4.2 板式过滤器滤网清洗装置的结构及工作原理

所设计的板式过滤器滤网清洗装置结构原理如图1所示。

1-缓冲水池;2-水过滤器;3-增压泵;4-清洗剂储罐;5-控制阀门;6-喷淋支管;7-空气处理机组;8-喷淋头;9-排污管道;10-板式过滤器;11-电机;12-风机;13-送风阀;14-两台机组共用的送风管;15-压差传感器;16-泄压安全阀;17-输水主管。

由于电力行业所用的空气处理机组对可靠性要求都比较高，都设置一备一用两台机组，在本设计装置中，可应用于两个电力设备区域内的两套送风系统的四台空气处理机组或更多的机组，以四台机组为例：电力设备区域1设置一套送风系统，含Ⅰ、Ⅱ机组;电力设备区域2设置一套送风系统，含Ⅲ、Ⅳ机组。本装置可以实现一台清洗装置对四台空气处理机组的板式过滤器进行在线不拆卸清洗。

在本装置中，所述输水主管17在增压泵3的上游设有水过滤器2，以对增压泵进水进行过滤，所述输水主管17在增压泵3的上游连接有清洗剂储罐4，以便在清洗滤网的水中利用负压原理添加清洗剂。

如图1所示，为了实现一备一用，所述输水主管17包括两条出水接管和汇流管，所述水池1设有两个出水口，所述两条出水接管的前端分别连接水池1的两个出水口，两条出水接管的后端连接汇流管的前端，汇流管的后端连接所述喷淋支管6。各出水接管上分别设有一个所述水过滤器2和一台所述增压泵3，所述清洗剂储罐4设于增压泵上游，即设置于水泵的负压区内。

为了进行超压保护，与所述喷淋支管6连通的输水主管17上设有泄压安全阀16，以在控制阀门5或喷淋头8堵塞或故障时进行及时泄压。

各送风系统中设有一备一用的两台空气处理机组7，两台机组的送风管14相连通，送风阀13虽处于关闭状态，但并未可达100%密封关闭，故可使正在运行的机组对正在进行清洗的机组滤网进行反吹风风干，在正在清洗的机组电机段内形成正风压，以在清洗时能有效阻挡水雾飘入电机段内，保护电机11，在滤网清洗后可加速板式過滤器风干。

本装置还包括控制装置，各压差传感器分别与控制装置的输入端连接，控制装置的输出端分别与增压泵以及各控制阀门的控制端连接，以控制各部件工作。

所设计装置的工作过程为：清洗装置实时读取空气处理机组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的状态信息，当检测到一台空气处理机组的滤网前后压差大于等于设定值，而该空气处理机组处于停机状态且室外空气湿度低于设定值（低于70%，以确保在晴天时开启进行清洗，可灵活设置）时，则启动喷淋清洗：启动该空气处理机组对应的电动阀门5，然后开启增压泵3，从缓冲水池1抽水，对滤网进行免拆卸的喷淋清洗10min。利用输水主管和喷淋支管6内流体流动及泵前端形成负压的原理，从清洗剂储罐4上吸入一定量的清洗剂，通过喷淋管道6及喷淋头8，对板式过滤器10进行高压喷淋清洗，污水会顺着滤网往下流到板式换热器的边沿挡水板18，沿着往进风口倾斜的沿往下排，产生的污水通过排污管9排走。如果电动阀门5或喷淋头8堵塞或损坏，管道内形成高压，会通过泄压安全阀16进行泄压，并把信号发送给清洗装置进行停机操作，确保装置安全运行。当喷淋清洗完成后，关闭增压泵3，关闭空气处理机组对应的电动阀门5。如有多台机组满足条件，则依次排队，按顺序依次进行喷淋清洗，如某个机组的进水管的电动阀门损坏则跳过，以此类推。

4.3 板式过滤器滤网清洗装置的喷头设计及喷淋泵功率的选择

组合式空气处理机组ZK30所采用的是9个400mm*400mm的板式过滤器，喷头安装的位置设计于滤网的正中间，因组合式空气处理机组初效过滤段内的空间有限，喷淋头离滤网的垂直距离设计为400mm，以便于滤网的定期更换，不妨碍机组内部损坏部件的检修。

其喷淋头型号为1/4-6530，在3公斤压力下喷射角度65度流量11.8L/min。

对于ZK30系列机组，其初效过滤段内有9块滤网，在3公斤压力下，其每分钟的流量为11.8*9=106.2L/min，即106.2/60=1.77L/S。

对于ZK40系列机组，其初效过滤段内有12块滤网，在3公斤压力下，其每分钟的流量为11.8*12=106.2L/min，即141.6/60=2.36L/S。

对于ZK160系列机组，其初效过滤段内有24块滤网，在3公斤压力下，其每分钟的流量为11.8*12=212.4L/min，即212.4/60=4.72L/S。

因此喷淋泵可选择4公斤（考虑管道压力损失），每秒的流量4.72L的泵，也可选择8公斤，每秒的流量10L的泵来作为装置的喷淋泵，可外加设计一个变频器，通过设置频率的大小来灵活调节喷淋泵输出压力的大小。

4.4 板式过滤器滤网清洗装置的改造效果

样机完成研制后，对板式过滤器滤网清洗装置的稳定性和清洗效果进行了现场应用测试。

（1）板式过滤器滤网清洗装置在启动后，能稳定的对ZK30机组的板式过滤网进行持续可靠的喷淋清洗。

（2）每周对滤网每台ZK30机组进行一次滤网清洗，大大降低了滤网的结垢情况的发生，使滤网清洗效果更好。

（3）设计的排污口可及时排出滤网清洗装置所产生的污水，未发生堵塞。

（4）样机装置实现了一对多的清洗，提高了清洗装置利用率。

（5）滤网清洗后，利用另外一台机组的反送风风干，潮湿的滤网在10个小时内基本可风干，其中一备一用机组每48小时轮换一次。

（6）装置相对于传统的拆卸清洗，用水量大大减少。

（7）滤网装置运行可靠，未发生过故障。

（8）传统清洗方法未使用清洁剂，样机装置设计添加清洁剂部件，可提高清洗效果，提高滤网的洁净度，达到利用尽可能少的清洗剂来提高清洗效果。

（9）室内设备区内的积灰程度明显减少。

（10）由人工清洗改为自动清洗，人工成本大大降低和更换成本，减少濾网清洗时脏污粉尘对人体的伤害。

（11）增加装置后，滤网清洗时间由1个月清洗1次，加装滤网清洗装置后2个月清洗1次;每月清洗及安装一台ZK30组合机组滤网需0.5天/人，一年共节省6*0.5天/人=3天/人;延长了滤网的使用寿命，滤网更换时间由3个月更换一次，加装滤网清洗装置后4个月更换1次;更换一台ZK30组合机组滤网需12片初效过滤网，一年共节省12片初效过滤网。

5 结束语

相较于现有技术，本文设计了一种适用于电力行业的空气处理组合机板式过滤器的清洗装置，该清洗装置可以通过一台装置对多台组合式空气处理机组的板式过滤器进行清洗，克服了现有滤网清洗装置无法一对多进行清洗的问题，同时也大大降低了空气处理机组滤网的维护和更换成本，降低了室内设备区一次设备发生污闪的风险。此外，该装置结构简单，易于在现有未装设滤网清洗装置的机组上加装，具有很强的实用性及应用前景。

参考文献：

[1]蒲正波.自动反冲洗滤网的应用[J].科技创新与应用，2015（33）：62.

[2]王剑坤.±500kV换流站直流场设备外绝缘故障原因及对策分析[J].低碳世界，2016（8）：32-33.

[3]王文宾，李志峰.通风管中过滤网自动清洗装置的设计与研制[J].煤矿机械，2016，37（03）：38-40.

[4]许志红.电器理论基础[M].北京：机械工业出版社，2014：75-94.

[5]张文军，余冬梅，杨丽红.SJ1513型梗丝加料机热风滤网内部清洗系统的研制[J].价值工程，2017，36（07）：145-147.

[6]闫东波，何北海，朱先军.超声波滤网清洗装置[Z].

[7]王晓.一种造纸过滤网用的清理装置[Z].