GF管路系统在高压直流输电换流阀纯水冷却系统中的应用

GF管路系统在高压直流输电换流阀用纯水冷却系统中的应用
一、高压直流输电发展概述
高压直流输电是将三相交流电通过换流站转换为直流电，然后通过高压直流输电线路送往另一个换流站，重新还原为三相交流电的输电方式，是目前最先进的高效、经济、环保的大容量、长距离、低损耗输电技术。

作为远距离电力传输的理想技术，高压直流输电技术可以将偏远地区的电能顺利输送到用电负荷的中心区域，目前在国内得到了广泛应用，主要用于远距离大功率输电、海底电缆送电及不同或相同额定频率交流系统之间的非同步联络等方面。

换流站是高压直流输电系统中实现交直流电力变换的电力工程主要设施之一，换流站的设备需求投资占据整个直流输电工程投资规模的半数以上，而换流阀作为换流站的核心设备，其投资需求占据总投资的10%左右，可见，换流阀在直流输电工程中具有极其重要的作用。

基于换流阀内可控硅元件及其辅助设备的特性，其对冷却系统的要求十分苛刻，冷却效果的好坏将直接影响其换流性能的发挥，从而进一步影响到整个直流工程运行的经济性和可靠性。

从比热容的角度看，水的比热容是常见物质中最高的，为4.2 KJ/(Kg.℃)，是煤油（2.1 KJ/(Kg.℃)）的两倍，它的换热系数是空气自然对流冷却的150-300倍，可大大提高被冷却器件的通流容量，相比油冷却方式，水的比热较油几乎大一倍，无论是从冷却效果和环境影响方面看，水冷却都具有明显的优势，散热效率最高。

同时，水作为热转移媒质还有无污染、可循环利用和能耗低的优点，特别是密闭式循环冷却设备还可以通过“水-风”或“水-水”换能的方式将热量高效地与外界交换，而不需借助在室内安装大功率空调来吸收热量，所以水冷也是最节能的冷却方式。

然而，水中的杂质离子会在高压下产生电腐蚀和漏电，所以对冷却水的要求很高，比如水的杂质含量、氧气含量、电导率（＜0.5μs/cm）、水温、水压和流速等都要严格控制，以保证冷却水的纯度，同时还可以在循环系统中加装离子交换树脂，对冷却水进行进一步的纯化处理。

目前，在IEC（国际电工委员会）和IEEE（美国电气和电子工程师协会）的一系列关于换流阀体的性能和试验方法的标准中均将密闭式循环纯水冷却设备作为首选的冷却方法，而在高压直流输电( HVDC)和可控串补( TCSC)中更将其列为唯一可行的冷却方式。

因此，配备安全可靠的密闭式循环纯水冷却系统，对冷却水温度、流量、水质等指标精确调控，实现系统的控制与保护及通讯功能，使高压直流输电系统中的核心部件—换流阀正常工作，是高压直流输电回路稳定运行的基础。

二、高压直流输电设备的国产化发展趋势
根据智能电网发展建设规划，在“十二五”期间，我国的智能电网将全面进入建设高峰期。

国内电网建设的持续快速发展推动了高压直流输电工程建设步伐的加快，为高压直流输电技术的快速发展和建设规模的稳步推进提供了动力源泉，而纯水冷却设备作为直流输电工程中换流阀的关键冷却设备也将迎来极大的发展机遇。

近年来，经过多年的超常规、跨越式发展，国内直流输电工程成套设备设计制造技术实现了由技术引进向自主创新的战略转型发展。

通过国外先进直流技术的引进、消化、吸收和再创新过程，国内直流输电工程设备的国产化率已经提高到70%以上了，主要设备基本都是国内厂商供货，换流阀纯水冷却设备也逐步
实现了全面国产化。

而在21世纪以前，我国的直流输电系统用纯水冷却设备基本都是从国外进口（如ABB和西门子等），随着国内行业技术的发展，直流输电工程换流阀用纯水冷设备也逐步实现了国产化，并逐步取代了进口产品的市场。

在国内直流输电设备的国产化发展趋势推动下，国内具有自主知识产权的换流阀纯水冷却设备在直流输电工程的应用将会越来越广泛，并逐步在国内输配电领域用纯水冷却设备市场中占据主导地位，全面引领国内直流输电换流阀纯水冷却设备的市场导向。

目前国内活跃在该领域的公司主要有：中国电科院(中电普瑞电力工程有限公司)、河南许继柔性输电有限公司、北京博电电力有限公司、南方电网技术研究中心、西安西电工程有限公司、南京国电南自新能源工程技术有限公司、南京南瑞继保工程技术有限公司、广州高澜节能技术有限公司等。

三、国内高压直流输电换流阀用纯水冷却设备市场规模及容量预测
在高压直流输电工程中，每一条直流输电线路两端都需要建立一个换流站进行交直流电能转换，而每个换流站中都需要配置必备的一套换流阀设备。

由于每条输电线路的输电电压不尽相同，导致换流阀设备的散热要求也不一样，因此根据不同的输电电压配套同样的纯水冷却设备的数量也是不一样的。

一般情况下，根据直流输电电压的高低，每项高压直流输电工程需要配套2-8套不等的纯水冷却设备。

在常规高压情况下或直流联网工程中，每个换流站中的换流阀设备配置2套纯水冷却设备就能够满足去散热需求，而在超高压条件下，则一般需要配置4套纯水冷却设备，在超高压条件下，则需要配置8套纯水冷却设备才能满足去换流阀设备的散热需求。

因此，根据近年来我国高压直流输电工程线路的建设投运情况可以看出，在“十一五”期间，国内高压直流输电换流阀用纯水冷却设备的市场规模达到8.73亿元，期间年均增长速度达到了14.08%。

根据国家电网公司和南方电网公司在建的高压直流输电工程及部分建设规划，预计在“十二五”期间，国内高压直流输电换流阀用纯水冷却设备的市场规模将保持15%左右的年均增长速度稳步增长，到2015年达到4.53亿元，预计“十二五”期间的市场总容量将达到17.47亿元，如下图：
四、GF管路系统在高压直流输电换流阀用纯水冷却系统的应用
将近三十年以来，聚偏二氟乙烯（PVDF）管路系统已被确认为去离子水和超纯水的运输的首选材料。

其用途以微电子产业为主, 在没有抗氧化剂,填充剂, 紫外线稳定剂和处理助手的情况下, 是超纯液体运输的理想选择。

在新的应用增长领域, PVDF再次被呼吁以满足高纯度的要求, 并帮助世界上不断增长的电力需求。

特别是在中国, 电力站到工业的大型网站和城市都是长距离的传输。

所产生的电力, 必须转换为高压直流电（HVDC）在传输过程中从源头到使用区, 然后最后再转化成交流电。

在这个转换过程中晶闸管的冷却水是由去离子水完成。

该输水管路系统必须提供过去的钢铁管路系统和其他聚合物的无法提供的特性, 即要求保持冷却水的纯净、非导电性、承受80摄氏度的热量、具有良好的机械特性、能够被定制成特定的形状、具有安全、可靠和易于安装技术的特点。

目前, GF已经与中国电科院(中电普瑞电力工程有限公司)、河南许继柔性输电有限公司、广州高澜节能技术有限公司有一定的合作。

正在与西安西电工程有限公司、南京国电南自新能源工程技术有限公司接洽合作意向。

因此，随着换流站的建设步伐进入历史发展快通道，未来五年，GF管路系统在高压直流输电换流阀纯水冷却系统中将具备良好的市场发展前景。

三峡-常州直流输电工程政平换流站晶闸管换流阀
河南许继电气换流阀PVDF冷却管路系统。