[发明专利]一种基于超声波的均压电极手持式除垢装置及除垢方法

说明书

本发明请求保护一种基于超声波技术进行阀冷水回路均压电极的手持式除垢装置，属于超声无损去除技术领域。本发明提出的均压电极除垢装置主要包括电流注入模块、垢层厚度检测模块、高频电信号发生模块、功率放大模块、换能器信号模块。厚度检测模块通过施加电流激励测量均压电极电位，根据不同的测量阻抗确定均压电极结垢的厚度，超声波调节模块内置Powell算法，通过测量的厚度信息智能优化高频电信号发生模块发出信号的频率、功率放大模块的放大倍数、以及超声作用时间，实现最优的除垢效果；最后通过换能器模块输出超声波利用空化效应除去电极表面垢层。以往情况下换流阀检修需要抽样拆卸均压电极。

技术领域

本发明属于高压直流输电系统中设备的冷却系统，尤其是一种基于超声波的均压电极手持式除垢装置及除垢方法

背景技术

在特高压输电系统中，换流阀既是系统工作的核心设备，同时也是系统的薄弱环节。换流阀在系统工作过程中会产生大量的热量，其温度过热是导致换流阀故障的重要原因，超过25％的换流阀故障是由阀冷系统造成的。换流阀的冷却系统简称阀冷系统，阀冷系统工作时冷却水带走热量，保证换流阀温度保持正常。而换流阀中各金属构件电位不同与冷却水直接接触，金属件之间电位不同就会产生电流，造成金属构件的腐蚀。通过安装均压电极，使电流通过均压电极泄露，但均压电极在运行过程中不断结垢。电极结垢脱落会引起冷却水管堵塞等问题，导致换流站因阀冷系统故障而停运。

目前国内解决均压电极结垢的方法是定期检修清洗，但采用的方法是拆除电极后由工作人员利用机械的方式除垢，由于拆卸均压电极过程比较繁琐，并且反复拆卸均压电极容易使密封垫圈松动，在进行均压电极清洗工作时往往都是抽样进行检查，若样品结垢不明显不会清理所有电极，这也就造成了严重的安全隐患。

因此，换流阀内冷系统水路电极反应结垢的除垢方式需要更高效，以保证除垢效果和除垢工时，进而保证换流阀安全运行。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于超声波的均压电极手持式除垢装置及方法。本发明的技术方案如下：

一种基于超声波的均压电极手持式除垢装置，其包括：电源模块、垢层厚度检测模块、高频信号发生模块、高频信号检测模块、功率放大模块、信号跟踪控制模块及超声波换能器，其中电源模块分别与垢层厚度检测模块、高频信号发生模块、功率放大模块电连接，所述垢层厚度检测模块与高频信号发生模块相连接，高频信号发生模块分别与信号跟踪控制模块模块、功率放大模块单向连接，信号跟踪控制模块与功率放大模块双向连接，功率放大模块与超声波换能器单向连接，所述电源模块用于为电流注入模块和高频信号发生模块提供电源、垢层厚度检测模块用于通过给均压电极施加一个电压，测量其流入均压电极的电流，并根据实际运行结垢情况，进而确定不同运行时间下换流阀均压电极垢层的厚度；高频信号发生模块用于通过接受厚度检测模块的信息产生对应与能够去除相应垢层的超声波频率的电信号；功率放大模块用于将信号发生模块的信号功率放大；高频信号发生模块应用STM32单片机编程内置Powell算法，通过测量的厚度信息智能优化高频电信号发生模块发出信号的频率、功率放大模块的放大倍数、以及超声作用时间，实现最优的除垢效果；信号跟踪控制模块用于通过测量装置反馈信息在负载变化的情况下，保证输出的驱动信号与目标驱动信号一致；及换能器用于将功率放大模块输出的电信号转化为超声信号实现电信号到超声信号的转化。

进一步的，所述高频信号发生模块将工频信号经整流电路、PWM逆变电路产生高频正弦电信号，高频正弦电信号的频率范围为10KHz-100KHz、通过功率放大模块将电信号的功率放大至50W-3000W、将功率放大后的信号输入换能器模块经过压电转换产生对应频率和功率的超声波。

进一步的，所述垢层厚度检测模块将直流恒流电流源接入待测均压电极端，注入电流为1A，另一端接在离均压电极最近的铝散热器上形成回路，根据测量的接入电阻，判断电极的结垢情况。