駱金龍

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

0 引言

南海某油田采用輕型高壓直流輸電系統(tǒng)進行平臺之間的電力輸送。在高電壓、大功率電力輸送以及電力晶閘管自身功耗（通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗、開關損耗）會導致系統(tǒng)功率單元（晶閘管閥組）產生大量熱量。為保證穩(wěn)定運行，直流輸電系統(tǒng)正負極閥組各配置了一套獨立的水冷系統(tǒng)裝置為其降溫。水冷系統(tǒng)包括主循環(huán)回路、去離子回路、氮氣穩(wěn)壓回路、管路及冷卻介質、換熱器。主要流程見圖1。

圖1 水冷系統(tǒng)主要流程

高純水（經去離子后的蒸餾水）由主循環(huán)泵升壓后，以恒定壓力和流速流經空氣換熱器進行熱交換，冷卻后的純水進入晶閘管閥組散熱器帶走熱量，溫度升高后的純水回流至主循環(huán)泵的進口，構成密封式循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

純水的溫度由PLC 控制。根據熱負荷的變化，PLC 根據供水溫度變送器反饋的信號調節(jié)電動三通閥閥位來控制進入換熱器的冷卻介質流量，達到精確控制冷卻介質溫度的目的。

為適應大功率電力電子設備在高電壓條件下的運行要求，防止在高電壓環(huán)境下產生漏電流，冷卻介質必須具備極低的電導率，因此在主循環(huán)回路上并聯(lián)了去離子水處理回路，即預設一定流量的冷卻介質流經離子交換器，不斷凈化管路中可能析出的離子，然后通過緩沖罐，與主循環(huán)回路冷卻介質在主循環(huán)泵（主泵）入口合流。與緩沖罐連接的氮氣穩(wěn)壓系統(tǒng)保持系統(tǒng)管路中冷卻介質的充滿及隔絕空氣。系統(tǒng)設置了電加熱器對純水溫度進行強制補償，防止進入晶閘管閥組的純水溫度過低導致凝露。

1 存在的問題

1.1 撬外換熱器存在缺陷，導致純水泄漏

水冷系統(tǒng)運行1 年左右，由于海上高溫潮濕含鹽環(huán)境影響、換熱器材料問題，水冷系統(tǒng)撬外換器盤管逐步開始出現滲漏。由于換熱器盤管比較密集、層數較多，不易發(fā)現且無法焊接修復。初期滲漏大的盤管只能使用儀表管將其旁通棄用。隨著滲漏點增加，考慮到盤管封堵旁通數量增多后散熱量不能足會導致閥組溫度升高，對泄漏量小的盤管只能采取臨時堵漏措施，待純水緩沖罐液位降到警戒線時再進行補液。這樣導致水冷系統(tǒng)補液的頻率越來越高。

1.2 補液位置設置不合理，操作程序復雜，停電風險高

當系統(tǒng)的高純水液位低值報警（緩沖罐液位200 mm 報警，100 mm 關停）時，需要進行手動補液。補液裝置設置在直流輸系統(tǒng)電撬塊內，為了確保人身安全，進行補液的條件有2個，即直流電系統(tǒng)啟動前，或者在直流輸電系統(tǒng)單極（正極或負極）停機狀態(tài)下。在進行單極停機和啟動并機時，若并車失敗，系統(tǒng)沖擊可能導致整個直流輸電系統(tǒng)停機，致使全油田停電。操作的越頻繁，風險越高。另外，為了滿足單極運行的帶載能力和提高并車成功率，直流輸電系統(tǒng)退出單極運行前，需要油田將部分設備退出運行，或者油田啟動柴油發(fā)電機分擔部分負荷，每次補液操作，需要動員整個油田的人員配合，程序復雜。

2 問題解決方案

2.1 兩套換熱器換型

由于空氣換熱器裸露在功率集裝箱外部，新型空氣換熱器的純水進口設置在換熱器低處加一個三通，一路安裝隔離閥作為排泄口，便于排液，另一路接隔離閥和單向閥作為新的補液口，蒸餾水只能進不能出，為改造補液方式做準備。純水出口在高處，并設置排氣閥，便于排氣。新?lián)Q熱器的所有管束、翅片、內部框架、外殼、風扇支撐板、螺絲螺母等均為316 L 及以上不銹鋼材料；換熱器運行荷重1.1 t，含4 臺900 mm 風扇，風扇作特殊處理，以滿足海洋惡劣環(huán)境的運行要求。

2.2 改造補液方式，實現在線補液

（1）按照水冷系統(tǒng)的設計以及以往補充純水的參數記錄，補充純水時最主要是要關注3 個參數：純水電導率≤0.2 μS/cm、循環(huán)水泵出口壓力介于（0.25～0.28）MPa、控制補液流量10 L/min。經第三方檢驗以及日常補液記錄，油田自制的蒸餾水在未進行去離子時其電導率值≤0.11 μS/cm，遠小于0.2 μS/cm 警戒值，可直接參與系統(tǒng)冷卻。

（2）補液口和泵的控制方式進行變更，實現直流輸電在線補液。將原來在撬內的離子罐前端的補液口，改在新撬外換熱器處的補液口，消除了撬內空間狹小、周圍高壓設備帶來人員觸電風險，提供了直流輸電在線補液的條件。將移動式外置補液裝置移出撬外，補液前將補液裝置和補液口連接好，給補液泵外接移動電源供電，啟動泵即可以完成補液操作，補液泵的出口設計壓力0.6 MPa，系統(tǒng)運行壓力0.25 MPa 左右，遠大于系統(tǒng)壓力，保證了補充的液體可以注入到系統(tǒng)中。補液裝置包括補液箱、補液泵、流量和壓力控制器，根據系統(tǒng)要求可以進行人工控制補液的壓力和流量。由于蒸餾水已經符合純水電導率≤0.2 μS/cm 的要求，新補充的的蒸餾水一部分直接參與系統(tǒng)冷卻，一部分經離子交換器進行凈化；同時由于新補充的液體經過換熱器盤管回路，有效消除了流量和壓力的波動，保持液體的穩(wěn)定。

3 效果

直流輸電水冷系統(tǒng)改造后運行近1 年，純水補充次數由改造前的44 次/年降低為2 次/年；完全實現了直流輸電系統(tǒng)在正常運行的狀態(tài)下進行補液工作，極大的降低了頻繁并車操作帶來的停電風險；由于實現了直流輸電在線補液，消除了直流輸電系統(tǒng)單極帶載不足的問題，減少了部門之間的配合環(huán)節(jié)；簡化了操作程序，一般只需2 人即可操作，降低了人工成本。本次改造成本約45 萬元，將直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性由原來的93%提高到99.9%，為該油田的安全生產提供了保障，效果顯著。