[0001] 本发明涉及管道除垢领域，具体讲涉及一种电抗器冷却管路除垢装置。

[0002] 换流阀是直流输电工程的核心设备，饱和电抗器是特高压换流阀的关键器件，其作用是保护晶闸管的稳定运行：在晶闸管开通时，电抗器可限制电流变化率、降低不饱和电感的影响，保护晶闸管；此外电抗器可承受大部分的电压应力，降低晶闸管的电压变化率，保护晶闸管在换流阀系统遭受陡波或雷电冲击时不被损坏。饱和电抗器工作时可降低换流阀的无功损耗，但电抗器线圈的铁心会产生磁滞损耗和涡流损耗，损耗生成的热量若不能及时散出，会导致电抗器内部温度过高，致使相关绝缘性材料老化速度加快，降低使用年限，甚至导致电抗器运行故障，影响换流阀的正常运行。因此电抗器需要配备冷却系统，现有饱和电抗器的冷却方式多为水冷。

[0003] 饱和电抗器的冷却管路主要是铝合金材质，冷却介质长期流过该铝合金管路，容易在磁场、电场等的影响下产生腐蚀或结垢问题，具体来讲，饱和电抗器冷却管路积垢的危害具体表现在下述几个方面：

[0004] (1)电抗器冷却管路积垢后管径变小，内腔腐蚀结垢会增加冷却管路流阻，降低水流量，影响电抗器正常散热效果，使得电抗器长期处于不利的高温条件工作，导致其使用寿命降低。

[0005] (2)电抗器冷却管路与整个换流阀冷却系统相连通，电抗器冷却管路内腔腐蚀结垢后，垢层容易在水流冲击下脱落，脱落的垢层容易堵塞冷却管路或散热器，致使换流阀子模块升温、晶闸管结温过高等引起直流闭锁。

[0006] (3)电抗器冷却管路垢层清理不及时，容易引起垢下腐蚀问题，严重的直接导致铝合金管路腐蚀破损、漏水，直接烧毁电抗器。

[0007] (4)由于检修工期紧、任务重，并且电抗器冷却管路拆卸不方便，因此某些换流站检修期间未开展电抗器内部的检修工作，无法直接观察到管道内壁面腐蚀结垢样貌，忽视了电抗器冷却管路内壁面腐蚀问题。

[0008] 由于电抗器冷却管路的直径较小且弯管很多，多层冷却管路盘旋缠绕在芯体周围，不易拆卸且更换繁琐。目前特高压换流站检修期间缺乏对饱和电抗器冷却管路结垢清除方案，为特高压直流系统的安全运行埋下隐患。

[0032] 为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实施例对本发明的内容做进一步的说明。

[0033] 如图1所示，为用于特高压换流阀的一种电抗器1的局部剖面立体结构图，目前，电抗器1的冷却管路12的直径较小约为3‑8mm，多层冷却管路12盘旋缠绕在芯体11周围，其结构复杂不易拆卸，更换繁琐且成本高。在对特高压换流站检修期间，由于缺乏对饱和电抗器冷却管路结垢情况的检测和清除方案，为特高压直流系统的安全运行埋下巨大隐患。

[0034] 为了解决电抗器冷却管路除垢困难的问题，本发明公开了下述实施例并配合附图以说明本发明技术构思。

[0035] 实施例1

[0036] 本发明的方位术语“前”和“后”是指当电抗器冷却管路除垢装置置入所述冷却管路12后，朝向冷却管路12内部深处的方向为“前”，朝向冷却管路12进口的方向为“后”。在指称各个零部件位置时使用“前”、“前端”、“后”、“后端”均以此方向定义为准。

[0037] 如图2所示，本发明公开一种电抗器冷却管路除垢装置，其包括：传力软轴2，套设于所述传力软轴2且前端与传力软轴2前端固定的除垢弹簧3，套接于所述除垢弹簧3前端且开口向后的弹性集垢斗4；所述除垢弹簧3的压缩后外径不小于冷却管路12内径以利用除垢弹簧3的外侧刮除锈垢8。通过所述传力软轴2以实现在弯曲盘绕的冷却管路12内传递拉力和推力；通过将所述传力软轴2从所述除垢弹簧3内部穿过并且将二者前端相互固定以实现驱动除垢弹簧3进出所述冷却管路12；通过所述除垢弹簧3的压缩后外径不小于冷却管路12内径以实现对锈垢的清理，也就是说所述除垢弹簧3在不进入冷却管路12内部而被压缩后直径会大于所述冷却管路12的内径；当所述除垢弹簧3进入冷却管路12内部被压缩后，所述除垢弹簧3的直径变大直至与所述冷却管路3内径相同而形成紧密接触，然后拉动所述传力软轴2并使所述除垢弹簧3向后移动的同时将锈垢刮落；通过所述弹性集垢斗将除垢弹簧刮落的锈垢收集并带出所述冷却管路以完成除垢。本发明通过采用柔性的传力软轴、除垢弹簧及弹性集垢斗等柔性构件，从而具有方便进出弯曲盘绕的冷却管路的优点。

[0038] 优选的，所述除垢弹簧表面包覆耐磨柔性材料，柔性材料选用硫化橡胶或硅胶等耐磨和抗腐蚀抗老化的柔性材料，以防止金属材质的变径弹簧大直径位置直接刮蹭冷却管路12的内壁面产生划痕，影响冷却管路12后续使用寿命；同时柔性材料也能够更好地与管道内壁贴合、清理点蚀凹坑。

[0039] 优选的，所述除垢弹簧3包括两端渐变收缩的变径螺旋弹簧，除垢弹簧3采用两端收缩的形状方便进入和退出冷却管路12，所述弹性集垢斗4是一个锥形结构或锥台结构具有单侧开口的薄壁结构件，其外缘与所述除垢弹簧3的外边缘连接以实现与除垢弹簧3同步扩大与缩小。同时除垢弹簧3的前端采用外径逐渐收缩的锥形结构可以与所述弹性集垢斗4的内表面接触以形成支撑，从而保持所述弹性集垢斗4的形状稳定，另一方面由于所述弹性集垢斗4套接于所述除垢弹簧3的前端，所述除垢弹簧3前端采用锥形结构也更有利于在压缩和拉伸变形时同步驱动所述弹性集垢斗4相应地发生变形。

[0040] 优选的，所述弹性集垢斗4为锥形结构或锥台结构，以方便进入冷却管路12和带出刮除后聚拢的收集锈垢81。所述弹性集垢斗4采用锥形结构或者伞形结构有利于在实现收集锈垢基本功能的同时保证其形状稳定性；进一步地，所述传力软轴2前端穿过所述除垢弹簧3的前端与所述弹性集垢斗的前端固定而进一步提高其形状稳定性，进而避免所述弹性除垢斗4在收集带出锈垢8时发生形变而使得部分锈垢泄露而导致锈垢清除不彻底。

[0041] 优选的，所述弹性集垢斗4的制作材料包括橡胶，硅胶，TPE(热塑性弹性体)或TPU(热塑性聚氨酯弹性体橡胶)，选用多种材料在满足使用需求的同时以适应不同的应用环境和降低制造成本。

[0042] 所述除垢弹簧3采用两端渐缩中间分为两种直径段的变径螺旋弹簧，在功能结构上其包括位于前端作为主体的压缩除垢段31和位于后端的摩擦控制段32，所述压缩除垢段31所包括的弹簧匝数占除垢弹簧3全部匝数的70％‑85％，且所述摩擦控制段32所包括的弹簧匝数为2‑5匝；所述压缩除垢段31的自由状态直径和拉伸状态直径小于所述冷却管路12的内径，以便于进入所述冷却管路12内部；所述摩擦控制段32的自由状态外径大于所述冷却管路12的内径，进入所述冷却管路12内部后能够与管壁形成接触摩擦，在推动传力软轴2时，所述压缩除垢段31被拉伸；在回拉传力软轴2时，所述摩擦控制段32的摩擦力与传力软轴2的拉力共同作用，使得所述压缩除垢段31被压缩，同时所述压缩除垢段31的外径增大与所述冷却管路12内壁形成接触，在传力软轴2向外拉出的带动下所述除垢弹簧与冷却管路
12内壁紧密接触从而将锈垢8刮除并由所述弹性集垢斗4将收集锈垢81带出而完成锈垢清理。

[0043] 除垢作业过程中，当向前推动传力软轴2进入冷却管路12时，传力软轴2推动其前端固定的弹性集垢斗4行进并拉动所述除垢弹簧3的压缩除垢段31，由于所述摩擦控制段32与冷却管路12的内壁存在摩擦力，所述除垢弹簧3被传力软轴2推动发生拉伸变形，所述摩擦控制段32经拉伸变形后外径变小从而与冷却管路12的内壁之间的摩擦力下降，在传力软轴2的拉伸作用下所述弹性集垢斗4的外径也变小以利于通行，所述除垢弹簧3和弹性集垢斗4被所述传力软轴2带动下向冷却管路12内部移动；利用传力软轴2、除垢弹簧3和弹性积垢斗4自身的柔韧性来通过弯曲盘绕的冷却管路12。

[0044] 当向后拉动传力软轴2退出冷却管路12时，传力软轴2拉动其前端固定的弹性集垢斗4后退并拉动所述除垢弹簧3的压缩除垢段31，由于所述摩擦控制段32与冷却管路12的内壁存在摩擦力，所述除垢弹簧3被传力软轴2拉动发生压缩变形从而外径变大与所述冷却管路12的内壁形成接触以刮除锈垢8，所述摩擦控制段32经压缩变形后外径变大从而与冷却管路12的内壁之间的摩擦力增大，在传力软轴2继续向后退出时进一步对除垢弹簧3压缩从而使得所述压缩除垢段31和所述摩擦控制段32的外径均变大与冷却管路12的内壁形成紧密接触，同时所述在传力软轴2的压缩作用下所述弹性集垢斗4的外径也变大与所述冷却管路12的内壁形成接触，所述除垢弹簧3和弹性集垢斗4被所述传力软轴2带动下向冷却管路12内部移动的同时实现了对冷却管路12内壁上的锈垢8的刮除，并且由所述弹性集垢斗4将刮除下来的锈垢8收集并带出，当传力软轴2带动除垢弹簧3和弹性集垢斗4退出冷却管路12时即完成了除垢作业。

[0045] 为了进一步提高电抗器冷却管路除垢装置的可操作性，所述传力软轴2包括多条导向钢丝、束裹于所述导向钢丝上的多个抗压钢圈、用于保护和固定所述抗压钢圈的防腐保护套管、和包裹于所述防腐保护套管外部的抗磨金属层；所述导向钢丝用于传递拉力或者推力，采用多条导向钢丝能够通过拉动或推动部分钢丝以实现对传力软轴2的弯曲方向控制，从而方便通过弯曲盘绕的冷却管路12以完成除垢作业。

[0046] 所述抗压钢圈用于固定所述导向钢丝以避免多条导向钢丝在弯曲控制或者传递推力时散开；所述防腐保护套管用于固定所述抗压钢圈以避免串动，同时也避免所述导向钢丝和抗压钢圈被氧化腐蚀；所述抗磨金属层采用钨丝编织套管或者不锈钢编织套管以避免所述防腐保护套管被磨损划伤。

[0047] 电抗器冷却管路除垢装置还包括与所述传力软轴2连接的手持控制器6以用于操控传力软轴2的头部弯曲程度和弯曲方向，从而能够更方便地通过复杂弯曲的冷却管路12，相比于仅利用传力软轴2的柔韧性来通过弯曲盘绕的冷却管路12的使用方式工作效率更高，使用更方便。

[0048] 优选的，所述手持控制器6包括与所述传力软轴2连接的软轴驱动器，与所述软轴驱动器电连接用于显示状态和操作信息的显示屏幕，以及位于显示屏幕一侧与所述软轴驱动器电连接的多个按键。通过软轴驱动器可以准确控制传力软轴2的弯曲程度和弯曲方向；通过显示屏幕可以显示操作命令状态、传力软轴2弯曲状态、电量状态等信息；所述按键用于输入操作指令。

[0049] 为了实现对冷却管路12内部状态的直观检查，进而实现在早期发现锈蚀严重的潜在泄露点以避免泄漏事故，电抗器冷却管路除垢装置还包括贯穿所述弹性集垢斗4且与所述传力软轴2前端连接的可控探头7，所述可控探头7通过导线与手持控制器5电连接以接受电源和传递控制及视频信号。

[0050] 优选的，手持控制器6还包括高清检测显示屏幕以显示冷却管路12内部的实时视频。

[0051] 优选的，所述可控探头7包括探头主体71，设置于所述探头主体71前端的LED灯73，设置于所述探头主体71圆周表面上的广角摄像头72；所述LED灯73和广角摄像头72分别与所述手持控制器6电连接以接受电源、传输控制信号和视频信号。

[0052] 优选的，所述探头主体71的圆周表面具有凹槽711，所述广角摄像头72设置于凹槽711的底面以避免与冷却管路12管壁摩擦损坏。

[0053] 优选的，所述探头主体71包括用于驱动所述探头主体71旋转的伺服电机，从而实现对冷却管路12内部的全周向视频检查；另一种全周向视频方案是在所述探头主体71圆周方向上安装多个广角摄像头72，通过多个不同方向的广角摄像头72的视区拼合来实现同时对冷却管路12内部全周向视频检查。

[0054] 实施例2

[0055] 本发明公开了一种电抗器冷却管路除垢装置，提供了另外一种控制除垢弹簧伸缩状态的技术方案，用于更准确地控制所述除垢弹簧3的伸缩状态以减少对冷却管路12的内壁磨损。

[0056] 如图3所示，除垢弹簧3采用两端渐缩中间等径的变径螺旋弹簧，电抗器冷却管路除垢装置包括：传力软轴2、套设于所述传力软轴2且前端与传力软轴2前端固定的除垢弹簧3、外缘与所述除垢弹簧3连接的弹性集垢斗4、套设于所述传力软轴2上且与所述除垢弹簧3的后端连接的弹簧状态控制器5、以及设置于所述传力软轴2内部的导线(图中未显示)；所述弹簧状态控制器5通过所述导线与所述手持控制器6电连接以实现对所述除垢弹簧3的伸缩状态控制。

[0057] 优选的，所述弹簧状态控制器5包括套设于所述传力软轴2上的吸附套管51和活动套管52；所述活动套管52与所述除垢弹簧3后端连接，所述吸附套管51与所述传力软轴2固定且位于除垢弹簧3内部；所述吸附套管51和活动套管52其中一个的内部具有电磁线圈(图中未显示)且通过所述导线与手持控制器5连接，另一个具有用于被吸附以控制除垢弹簧3伸缩状态的磁性元件。本发明通过弹簧状态控制器5和手持控制器6实现对除垢弹簧3伸缩状态的准确控制，进而实现进入电抗器冷却管道12阻力小和拉出除垢效率高的效果。

[0058] 优选的，所述磁性元件包括铁磁性金属或者永磁体；所述永磁体的两极连线与所述传力软轴2的轴心共线。

[0059] 优选的，所述手持控制器还包括用于操控所述吸附套管51内部电磁线圈电流通断或者改变电流方向的按键。

[0060] 为了实现对冷却管路12内部状态的直观检查，进而实现在早期发现锈蚀严重的潜在泄露点以避免泄漏事故，电抗器冷却管路除垢装置还包括贯穿所述弹性集垢斗4且与所述传力软轴2前端连接的可控探头7，所述可控探头7通过导线与手持控制器5电连接以接受电源和传递控制及视频信号。本发明通过与所述传力软轴前端连接的可控探头以及手持控制器，实现对冷却管路内部的可视化的直观检查；通过在可控探头设置多个广角摄像头而实现对管道内壁的全周向检视，减少对可控探头的位置操控而提高检视效率。

[0061] 优选的，手持控制器6还包括高清检测显示屏幕以显示冷却管路12内部的实时视频。

[0062] 优选的，所述可控探头7包括探头主体71，设置于所述探头主体71前端的LED灯73，设置于所述探头主体71圆周表面上的广角摄像头72；所述LED灯73和广角摄像头72分别与所述手持控制器6电连接以接受电源、传输控制信号和视频信号。

[0063] 优选的，所述探头主体71的圆周表面具有凹槽711，所述广角摄像头72设置于凹槽711的底面以避免与冷却管路12管壁摩擦损坏。

[0064] 优选的，所述探头主体71包括用于驱动所述探头主体71旋转的伺服电机，从而实现对冷却管路12内部的全周向视频检查；另一种全周向视频方案是在所述探头主体71圆周方向上安装多个广角摄像头72，通过多个不同方向的广角摄像头72的视区拼合来实现同时对冷却管路12内部全周向视频检查。

[0065] 为了所述电磁线圈连线方便且导线不易损坏，将所述电磁线圈设置在所述吸附套管51内部，所述活动套管52由铁磁性金属。如图4所示，所述吸附套管51内部电磁线圈通电产生磁场后与所述活动套管52吸合，从而压缩所述除垢弹簧3使其外径增大与所述冷却管路12内壁形成紧密接触，所述传力软轴2向外拉出时带动所述除垢弹簧3和弹性集垢斗4将冷却管路12内壁上的锈垢刮除并由弹性集垢斗4将收集锈垢81带出以完成除垢作业。

[0066] 当所述活动套管52采用永磁体制成时，通过改变所述吸附套管51内部电磁线圈的电流方向引起电磁线圈的磁极变换，从而使得所述除垢弹簧3具有压缩状态(电磁线圈与永磁体磁性相吸)、自由状态(电磁线圈断电不相互吸附或排斥)和拉伸状态(电磁线圈与永磁体磁性相排斥)三种状态，由于所述除垢弹簧3在拉伸状态下外径进一步缩小，从而可以适应更小直径的冷却管路12除垢。

[0067] 所述传力软轴能360°摆动。所述可控探头7伸入电抗器冷却管路12内部，由LED灯73辅助照明，以便于广角摄像头72拍摄冷却管路12内部情况，拍摄内容经由手持控制器6上的高清显示屏幕显示，同时手持控制器6能够控制可控探头7摆动方向，以便于可控探头7通过弯曲管路，降低可控探头7与管路内壁面的摩擦，也能起到保护冷却管路12与除垢设备的作用。可控探头7后端装接除垢弹簧3，可通过弹簧状态控制器5控制除垢弹簧3的最大直径，当弹簧最大直径与管路内径相等时，就可以在探头前进移动过程中除去垢层。变径螺旋弹簧由较厚的硫化橡胶保护套包裹，防止金属材质的除垢弹簧3大直径位置直接刮蹭冷却管路12内壁面产生划痕，影响其后续使用寿命。除垢弹簧3与可控探头7装接处设有弹性集垢斗4，在收回可控探头7的过程中收集锈垢，并且弹性集垢斗4不仅可以收集已经掉落的锈垢，还可二次清理管路内壁上的垢层，并且在可控探头7回收过程中，可再次通过广角摄像头72与高清显示屏幕观察管路内壁面的垢层清理情况。

[0068] 本实施例与实施例1相比，技术差异包括所述除垢弹簧3的形状不同、增加了弹簧状态控制器5，以及手持控制器6上增加了控制所述弹簧状态控制器5伸缩状态的按键。其余未叙及的部件和特征均与实施例1相同，故不再赘述。

[0069] 如图1所示，电抗器1的冷却管路12包含弯曲冷却管路和笔直冷却管路两种不同部分，本发明采用柔性的传力软轴2、除垢弹簧3及弹性集垢斗4等柔性构件能够满足两种不同情况冷却管路的除垢要求。

[0070] 本发明的应用方法为，在腐蚀检测阶段：即可控制探头7前进过程中，可在LED灯73辅助照明条件下通过屏幕显示器和广角摄像头72检测管路内壁面的腐蚀、结垢情况。若发现管路内壁面腐蚀严重、垢层较厚、需要清理垢层，在拉回可控制探头的过程中，通过弹簧状态控制器5施加在除垢弹簧3上的拉伸力和压缩力的不同而控制除垢弹簧3的拉伸或压缩状态，弹簧拉伸状态下，直径变小，弹簧处于压缩状态，直径增加，借此改变弹簧直径并与管路内壁面接触，在后退过程中产生摩擦，同时，除垢弹簧3上设置有较厚的耐磨柔性材料外层，一方面可以避免与冷却管路12内壁摩擦产生损伤，另一方面橡胶材料受除垢弹簧3与冷却管路12内壁面的挤压，可生成变形与壁面更好贴合。摩擦掉落的锈垢在弹性集垢斗4内腔形成收集锈垢81，所述收集锈垢81由弹性集垢斗4带出。并且在后退清理时，通过广角摄像头72观察冷却管路12内壁面的清理情况。

[0071] 本发明通过传力软轴2传递推力或拉力；在所述传力软轴2推动除垢弹簧3时，所述除垢弹簧3及其前端的弹性集垢斗4拉伸变形后外径小于冷却管路12的内径，从而可以将除垢弹簧3和弹性集垢斗4送入冷却管路12内部；通过采用柔性的传力软轴2、除垢弹簧3及弹性集垢斗4等柔性构件，从而本发明具有方便进入弯曲盘绕的冷却管路12的优点。

[0072] 本发明公开了一种电抗器冷却管路除垢装置，为特高压换流阀饱和电抗器冷却管路检测、垢层清理提供了新的有效途径，提高了特高压换流站检修效率。

[0073] 本发明通过弹簧状态控制器控制变径弹簧状态、改变弹簧直径，弹簧外包覆硫化橡胶外被，可更好的与内壁面贴合、避免内壁面磨损，同时较厚的耐磨柔性材料外层也弥补了弹簧变径尺寸较小、点蚀凹坑不易清理的问题，确保本发明可用于不同管径的电抗器除垢；并且利用弹簧的形变特性，能更好地通过、清理电抗器的弯曲冷却管路。

[0074] 本发明实现了电抗器冷却管路检测与除垢功能一体化，可先检测电抗器冷却管路内壁面的腐蚀、结垢情况，若需要除垢，在取回可控制探头的过程中就能完成垢层清理、锈垢收集、检测清理状态等工作，使得饱和电抗器冷却管路检测与除垢能够在一个流程内完成。

[0075] 以上仅为本发明的较优实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。