换流阀冷却系统腐蚀与沉积分析模型与影响因素研究

摘要

直流换流阀水路冷却系统中存在的腐蚀与沉积问题给直流输电系统的安全可靠运行带来极大隐患。多年运行的直流工程已经多次发生由于阀冷系统腐蚀与沉积问题而引起的故障，严重时甚至能导致系统停运。国内对换流阀冷却系统的腐蚀与沉积问题研究起步较晚，相关的分析模型与影响因素研究也很少，因此本文主要从这两方面着手分析阀冷系统的腐蚀与沉积问题。由于本文的研究属于多学科间交叉，以及相关研究文献比较匮乏，给本文的研究带来很大的困难。
　　本文根据现有检修检测结果以及相关研究文献总结推断出导致换流阀冷却系统电化学腐蚀与沉积问题的机理，为将来深化研究换流阀冷却系统的腐蚀与沉积问题奠定基础。研究换流阀冷却水路中铝合金散热器和均压电极的腐蚀与沉积问题，通常采用常规的电化学测量手段，但此种方法耗时长、效率低，因此本文采用了有限元法实物仿真以及等效电路建模相结合的方式进行研究。
　　对于均压电极的电极反应，其主要为电化学沉积反应，本文应用有限元法，考虑电极动力学边界条件，分析了实际物理模型反应电流分布，在不考虑双电层结构中电容结构情况下，分析了包括外加电压、温度、电解质电导率等各类因素对电极反应的影响。
　　本文通过有限元法提取的等效参数，结合相关经典电化学理论，建立了等效电路分析模型。对比了采用线性电极电解质边界条件时的有限元法仿真结果与基于等效线性电阻、电容器件的电路仿真结果。考虑电极反应电路模型中等效电阻、电容的非线性特性，建立了非线性等效电路模型，基于该非线性模型讨论了不同类型的外加激励对电极反应的影响。得到了交流激励腐蚀危害远小于直流激励腐蚀危害的仿真结果，获得了不同外加激励作用下反应电流与泄漏电流之间的比例关系。选取与实际工程波形较为类似的半波整流波形为激励源波形，无论激励幅值大小，反应电流与泄漏电流的比值均在63.75％左右。结合对半波整流电压激励波形的幅频分析可知，影响电极反应电流的主要因素是外加电压激励中的直流分量。反应电流与泄漏电流比例关系的确定可为电极腐蚀速率、沉积量的计算提供帮助。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 选题背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本课题的主要研究内容

第2章 阀冷系统电化学腐蚀机理分析

2．1 沉积物状况分析

2．2 沉积物来源分析

2．3 腐蚀机理分析

2．4 本章小结

第3章 基于有限元法反应电流研究

3．1 软件介绍

3．2 仿真模型及参数介绍

3．3 仿真结果及分析

3．3．1 电流密度分布及仿真条件确定

3．3．2 外加电压对腐蚀影响

3．3．3 电极表面温度对反应电流影响

3．3．4 冷却水电导率对腐蚀影响

3．3．5 水管长度对腐蚀影响

3．4 本章小结

第4章 基于电路等效建模的反应电流研究

4．1 电极反应等效模型

4．2 有限元法与等效电路法仿真结果对比

4．3 交直流激励对反应电流影响

4．4．1 激励源为工频正弦交流电压源

4．4．2 激励源为半波整流电压源

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢