浅谈一种基于智能程控的换流站阀冷反渗透膜清洗装置

王鸿，殷红霞，江金成，王学良，夏巍，王权

（国网新疆超高压分公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

阀冷却系统是换流站的直流核心设备之一，用于对换流阀元器件进行持续冷却，确保换流阀运行温度稳定，避免温度过热引起设备损坏造成直流系统停运。随着特高压直流输送功率的不断增加，设备安装空间越来越小，部分换流站自然环境恶劣，夏季温度高，常规的空气冷却器已不满足现场实际运行要求，空冷器加闭式冷却塔的组合冷却方式逐渐发展为主流冷却方式，冷却塔的主要作用就是通过喷淋水和风扇对内水冷散热管进行冷却，冷却塔冷却效率的决定因素在于喷淋水，反渗透系统的主要作用是长时间保持喷淋水无垢及脱盐水状态，否则，对冷却塔冷却效果有负面影响。

目前，换流站反渗透系统主要组成部分是反渗透膜，反渗透膜装在隔膜管内，喷淋水在通过反渗透膜后会造成积垢，可能的原因如下：无机盐积垢、氟化钙、硅化物积垢、金属氧化物积垢、铁、锰、铝等金属之氢氧化物及离子积垢、生物积垢、有机物积垢。结垢后通过反渗透系统的水流量减小，降低了阀外冷系统的冷却效率，同时，反渗透膜的清洗耗时长，大大增加了阀冷系统运维检修的工作量。反渗透膜长时间结垢运行降低了使用寿命，在当前直流检修原则下，阀冷系统维护成本攀升。为了解决阀冷系统反渗透膜清洗效率低且成本高的问题，本文设计了一套阀外冷系统全自动反渗透膜清洗装置，延长反渗透膜的使用寿命，进而达到间接提升阀外冷系统冷却容量的目的，确保直流换流站的安全稳定运行。

1 全自动反渗透膜清洗装置的设计

1.1 全自动反渗透膜清洗装置工艺流程设计

全自动反渗透膜清洗装置包括反渗透膜清洗容器组、清洗液箱、清水箱以及水泵；其特征在于：所述反渗透膜清洗装置通过水泵连接各种清洗液容器以及过滤器流量计；所述反渗透膜清洗容器组包括多个并联的容器，所述容器的两端通过旋转接头分别连接有正向清洗管、反向清洗管。具体的系统流程图如图1所示。

图1 全自动反渗透膜清洗装置流程图

1.2 全自动反渗透膜清洗装置控制策略设计

1.2.1 反渗透膜纯水清洗控制策略设计

启动反渗透膜清洗装置，在触摸屏上点击纯水清洗功能键，系统会自动执行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通过声光提醒运维人员开启反洗命令。

运维人员启动正洗功能时，应该打开阀门5、6、7、9。同时确保阀门1、2、3、4、8关闭。纯水按照注水口、水泵、过滤器、流量表、反渗透膜组依次通过，最后由排水口排出，完成膜组的清洗流程。反洗时，应打开阀门5、6、8、9，同时确保阀门1、2、3、4、7关闭，完成反洗功能。

1.2.2 反渗透膜酸性液清洗控制策略设计

启动反渗透膜清洗装置，在触摸屏上点击酸性液清洗功能键，系统会自动执行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通过声光提醒运维人员开启反洗命令。

运维人员启动正洗功能时，应该打开阀门1、3、6、7。同时确保阀门2、4、5、8、9、11关闭。酸性液从酸性液容器、水泵、过滤器、流量表、反渗透膜组依次通过，最后，由排出到酸性液容器，完成膜组的酸性液清洗流程。反洗时，应打开阀门1、3、6、8，同时确保阀门2、4、5、7、9、11关闭，完成反洗功能。

1.2.3 反渗透膜碱性液清洗控制策略设计

启动反渗透膜清洗装置，在触摸屏上点击碱性液清洗功能键，系统会自动执行一次正洗一次反洗并在正洗完成后通过声光提醒运维人员开启反洗命令。

运维人员启动正洗功能时，应该打开阀门2、4、6、7。同时确保阀门1、3、5、8、9关闭。酸性液从碱性液容器、水泵、过滤器、流量表、反渗透膜组依次通过，最后，由排出到碱性液容器，完成膜组的碱性液清洗流程。反洗时应打开阀门2、4、6、8，同时确保阀门1、3、5、7、9关闭，完成反洗功能。

2 现场试验方案及效果验证

2.1 现场实验方案

通过现场试验，验证全自动反渗透膜清洗装置在手动控制方式和自动控制方式下均可以正常运行，通过模拟该装置的自动、手动各个运行工况，同时，通过模拟氮气流量变送器、补气压力变送器以及氧气浓度变送器故障，检查该装置面板报文正确并可讲报警正确远传至监控后台，提醒运维人员装置故障需进一步检修维护。试验方案见表1。

表1 全自动反渗透膜清洗装置现场试验方案

2.2 效果验证及评价

通过现场试验，所有功能均可以正常实现。目前，该装置已成功应用于±1100kV昌吉换流站，未发现阀冷泄漏以及其他不利于阀冷系统运行的事故。现场的仪表面板如图2所示。

图2 反渗透膜清洗装置控制主界面

主界面右上角有北京时间，该时间可调节。左侧为清洗模式，共有纯水正清洗、纯水反清洗、酸性正清洗、酸性反清洗、碱性正清洗和碱性反清洗六种模式，点击对应模式后相应的电动调节阀会自动调节，调节策略如本文1.2章节所述。界面右下角为清洗时间设定和水泵启停按键，水泵启动会在收到各个电磁阀开启或关闭的节点信号满足对应逻辑后开启，否则，会启动失败。清洗时间设定界面如图3所示，阈值选择为1～40min。

图3 反渗透膜清洗装置时间设定界面

该装置还有人性化的报警界面，可以提示运维人员装置工作异常的原因，运维人员可通过报警描述进行相应的维修以便解除报警。报警界面如图4所示。

图4 反渗透膜清洗装置报警记录界面

按照直流检修原则，每年需更换4个阀组共计112只反渗透装膜，共计花费33.6万元，（参考电商价格每只3000元），可大幅度节约公司成本。该装置成本低，简单可靠，可推广至装有反渗透系统的场所，提高反渗透膜的使用寿命，降低运维成本，具有很高的实际工程意义与应用价值。

3 结语

本文是针对在给喷淋水脱盐的反渗透装置的基础上，根据反渗透膜的持续使用时间长、造成反渗透膜积垢等特点，提出通过离线装置对反渗透膜进行清洗的方式，利用清洗装置对反渗透膜进行一次性彻底清洗，大大缩短反渗透膜清洗时间，简化清洗工序，延长反渗透膜的使用寿命，间接提升阀外冷系统冷却容量。其创新性和科学性主要包括以下几个方面。

（1）该装置可完全兼容现有阀冷系统控制系统，运行安全可靠，系统自动控制，自动化程度高。

（2）该装置能极大地提升换流站冷却系统反渗透膜使用效率，从而减少运维人工及运行成本，达到节能增效的目的。

（3）该装置具有在线监测系统，能实时监测并配置了声光报警器，运维安全性高。