[发明专利]基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法

说明书

本发明公开了一种基于电极反应预测换流阀均压电极垢层厚度的方法。为解决目前换流阀水冷系统中均压电极结垢导致的电化学腐蚀和过热问题，本发明采用的技术方案为：针对某换流站所采用的并联水路冷却的换流阀阀段内冷系统结构，确定阀段水路电极反应的物理模型结构，并根据运行工况，进而建立阀段水路电极反应的计算模型；利用水路几何参数、去离子水水质参数以及换流阀运行时工作电压值设置电极电位和去离子水电位的初始值及边界条件；构建电极反应模型；求解电极结垢厚度。本发明有利于进一步获取换流阀运行过程中均压电极的结垢数据、掌握电极结垢规律、及时更换换流阀均压电极，为保障换流站安全稳定运行提供有力的理论和技术支持。

技术领域

本发明涉及高压直流输电系统中设备的冷却系统，尤其是一种基于非线性电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法。

背景技术

换流阀是高压直流输电系统的关键设备，而阀冷系统是换流阀的薄弱点，超过25％的换流阀故障是由阀冷系统造成。换流阀在工作过程会产生大量热量，阀冷系统通过循环冷却水带走热量，使得换流阀正常工作。由于换流阀中各金属构件电位不同，冷却水与金属构件直接接触，会在金属件之间产生泄露电流，造成金属构件的腐蚀。通过安装均压电极，使电流在均压电极处泄露，从而避免金属构件之间产生泄露电流，但均压电极也因此在运行过程中不断结垢。电极结垢严重后，会导致垢层脱落，进一步引起冷却水管堵塞及换流站停运的问题。

目前国内解决均压电极结垢的方法是定期检修清洗，但采用此方法仍然会出现垢层脱落，导致冷却水管堵塞、换流站停运的情况，且此方法需要停运换流站，造成一定的经济损失，还需要投入较大的人力物力。

因此，对换流阀内冷系统水路电极反应及垢层厚度的计算问题需要进一步的深入研究，以期掌握电极结垢规律，进而改善电极结垢情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于非线性电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法，其通过对电极反应的数值模拟，实现不同工况下电极垢层厚度的计算，为进一步获取换流阀运行过程中均压电极的结垢数据、及时更换换流阀均压电极、保障换流站安全稳定运行提供有力的理论和技术支持。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于电极反应预测阀冷系统均压电极垢层厚度的方法，其包括以下步骤：

步骤一，针对某换流站所采用的并联水路冷却的换流阀阀段内冷系统结构，确定阀段水路电极反应的物理模型结构，并根据运行工况，进而建立阀段水路电极反应的计算模型；

步骤二，利用水路几何参数、去离子水水质参数以及换流阀运行时工作电压值设置电极电位和去离子水电位的初始值及边界条件；

步骤三，结合去离子水流场与浓度场特性、电极动力学边界条件、电极垢层膜阻影响、双电层电容的非线性特性，构建电极反应模型；

步骤四，基于沉积量与反应电流密度关系的法拉第定律，求解电极结垢厚度；

步骤五，根据上述步骤，分别数值计算不同电压等级、不同去离子水流速、不同[Al(OH)₄]^-离子浓度下的水路电极反应，并求解计算电极结垢厚度。

作为上述方法的补充，步骤一中，所述的阀段水路电极反应的物理模型结构包括：两支铂电极、带有水接头的水管和去离子水，所述的水管内通去离子水，两支铂电极安装在水管上；所述的阀段水路电极反应为：

阳极：4[Al(OH)₄]^--4e^-→2Al₂O₃↓+8H₂O+O₂↑，

阴极：O²+2H₂O+4e^-→4OH^-。