換流站工業用水系統缺陷分析及診斷方法研究

肖一鵬，尹海濤，雷慶山，李良創

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州，510000）

1 換流站工業用水系統運行狀態研究

換流站供水系統由深水光明水務有限公司市政給水管道引接兩根換流站補給水管道供水，由于換流站地面設計標高 47.45m，市政給水管道引接點地面標高約 20.00m，考慮到供水高程要求，兩路供水管道均在換流站附近，地面標高約31m處設置了增壓設施。增壓設備采用無負壓管道疊壓設備，直接串聯在供水管道上。無負壓管道疊壓設備設置在泵房內。

這其中，生產給水系統包括三臺工業水泵，二用一備，主要為閥冷系統補水管道，全站共 4 套閥冷系統，每套閥冷系統均配有單獨的噴淋水池，單座噴淋水池補水量需求為 6m3/h。消防給水系統設有電動消防泵兩臺，穩壓泵兩臺，柴油消防給水泵一臺，在站內設置環形消防主管，采用穩高壓系統，電動消防泵在管內壓力下降幅度較大時啟動，無火災報警或使用消防用水的情況下由穩壓泵來維持管內壓力，柴油消防給水泵作為電動消防泵故障時的緊急備用手段，正常情況下不投入使用。站內設有兩個有效容積為1000 m3的水池，其中消防儲水為500 m3，其余容量作為工業水池，主要向生產給水系統進行供水。

站內生活給水系統供水范圍主要包括各建筑室內生活給水、空調冷卻水補水及室外綠化給水部分，采用直供方式。生活給水機組集水池、水泵機組和控制設備為一體的三位一體給水設備。水池有效容積15m3，可基本滿足最高日生活用水量的 30%。

圖1 換流站工業用水系統給水系統結構

2 換流站工業用水系統重要指標分析

2.1 生產供水系統

生產供水系統主要為閥冷系統補水，而閥冷系統需要將內冷水帶入高壓電氣設備換流閥中進行熱量交換，采用水冷的方式為換流閥降溫。因此，閥冷系統對于冷卻水的溫度，流量，電導率均有嚴格的要求。

閥冷系統作為換流站重要的組成部分，供水不足，水質下降，水溫上升都會直接影響換流閥的散熱能力，進而導致換流站功率輸送能力受到影響。一般而言，閥冷系統的自動控制系統監控著從工業補水泵開始的整個冷卻回路，對參數超限及設備故障將進行報警。工業補水泵之外的生產供水系統部分，則需要監控其供水能力，確保閥冷系統能夠正常運行。工業補水泵之外即為工業水池，為確保其供水能力，應實時監測工業水池水位，設置有關水位變化率的判定邏輯，根據水位高低控制站外泵房水泵的啟停。

2.2 消防供水系統

消防給水系統包括室內外消火栓系統和水噴霧滅火系統，消防給水系統獨立設置，采用消火栓系統和水噴霧滅火系統合用管網系統。在站內設置環形消防主管，室內外消火栓及水噴霧滅火系統給水管均由該消防環管引出。消防環管采用穩高壓系統，由消防供水設備統一維持壓力和加壓供水。

站內同一時間火災次數按一次考慮，經計算比較后確定最大一次火災滅火用水量為控制樓室內外消火栓滅火用水量之和，為 486m3，因此在生產消防水池內存有 500 m3消防用水量。消防給水流量根據單臺換流變水噴霧滅火系統給水流量和消火栓給水流量之和考慮，水壓滿足水噴霧滅火系統最不利噴頭工作壓力要求。因此，在正常運行時，水泵會根據表1條件進行啟停，維持管道壓力。

表1 泵的啟停條件

由此可以看出，消防供水系統需要在工作狀態維持管道內的水壓，保障消防能力滿足快速滅火的要求。整個消防系統在啟動前是一個封閉的水系統，因此，在消防泵出水管道設置的壓力計可以監測整個封閉系統的壓力，控制水泵在無火災報警的情況下啟停，維持水壓。

2.3 生活供水系統

生活供水系統采用直供方式，由站外補給水管道直接供給生活水池，通過生活給水管網向站內各用水點供水。生活供水系統作用是滿足運行人員站內生活所需用水以及綠化用水，與設備無直接聯系，因此，其主要監測方向應該在于是否產生漏水現象導致補給水管道供水能力下降，影響工業水池水位，對應的監測參數應為生活水池水位。

2.4 站外增壓泵房

因供水高程要求，換流站設置了增壓泵房，由兩路增壓設備向換流站供水。補水量按生活生產最高日最大時用水量之和考慮，約 50m3/h。自增壓泵房至工業水池的補給水管道是換流工業用水系統的主管道，其水流量，壓力，水泵狀態等參數應作為監控的重點。

3 換流站工業用水系統常見缺陷及診斷方法

3.1 工業水池液位異常下降

工業水池是整個換流站工業用水系統的核心，其水位是反映系統供水量的重要指標，水位的異常下降將直接增加設備的運行風險，若水位極低還會迫使換流閥停運，因此，需要盡快定位故障原因和位置，消除缺陷。

工業水池連接著整個供水系統，首先，應排查站外泵房及站側補給水管道部分。需要確認站外水泵是否正常工作，檢查水泵控制屏上有無報警信號。如果由水泵故障導致，應將故障水泵置于就地停止狀態，由另一路水泵供水，若兩路水泵均故障，考慮到生產供水系統最大水量需求為24 m3/h，應根據當前水位計算工業水池儲水支撐時間并在此之前完成故障排除。如果顯示水源缺水，且水箱液位為0，出水壓力為0，應聯系自來水公司，確認沿途管道是否有管道破裂。

站外水泵無異常應繼續排查站側補給水管道是否有破裂導致漏水，補給水管道無法直接觀察，在此可以借鑒差動保護的思路，通過觀察比較站外泵房出水口和工業水池進水處的水流量，如果水流量差距過大，則可認為管道中間出現漏水，需要進行進一步處理。

生產供水系統自工業補水泵至工業水池的部分，可在現場進行外觀檢查，確認有無漏水現象，消防供水系統同理。生活供水系統、閥冷系統和站內消防管網發生的滲漏現象，以東方換流站的運行經驗而言，其滲漏水速度和工業水池補水不會導致工業水池液位發生異常。

若以上均未發現異常，工業水池外觀檢查也無漏水現象，可爬上工業水池頂端，觀察實際水位，同時檢查水池內的傳感器功能。東方換流站采用浮球液位計監測工業水池液位，根據水位的不同使浮球液位計的干簧受磁性吸合，把液面位置變化成電信號。因此，可以通過手動改變液位計位置測試液位計是否正常。若液位計無異常，實際水位確實較低，則工業水池本體地下部分可能出現裂縫，考慮到工業水池儲水量較大，地下部分承受水壓較高，無法進行不停水修補作業，需要申請停電檢修，排空水池，查找漏水點進行修補。

3.2 用水量異常

工業水池補水量較大，相對而言，因滲漏水導致液位下降的概率較小。滲漏量不足以引起水位下降的缺陷較為隱蔽，通過常規的參數監測難以發現，需要對累積的用水量數據進行分析，判斷是否存在漏水現象。

東方換流站在運行期間曾因為用水量異常發現了工業水池存在滲漏點的問題。具體用水量數據如圖2所示，可以看到在同為滿負荷送電期的7-9月，2020年用水量相較于2019年存在明顯的上升，而在這期間，東方站2020年和2019年均沒有較長時間的停電計劃。由此可以判斷，用水量異常存在滲漏水的因素，而根據上一小節的診斷方法排查之后，判斷為工業水池地下部分存在漏水，并嘗試挖掘尋找，最終在地下3m5左右的水管和水池連接處發現裂縫。

圖2 東方站每月用水量

用水量異常用于發現更為隱蔽的、不會引起工業水池液位下降的滲漏水現象。

3.3 東方換流站監控措施

東方換流站對閥冷系統有全面，詳細的參數監控和保護裝置投入，對增壓設備、消防工業水池水位、浮球狀態和消防水管壓力也有傳感器進行數據采集，但因為站側供水管道缺少流量、壓力監測手段，站內外水流量不直觀，無法判斷站側供水管道狀態。此次項目，在工業水池進水口安裝流量計進行流量監測，補全站側供水管道的監測手段，方便運行人員查找故障點。