換流站工業(yè)用水系統(tǒng)缺陷分析及診斷方法研究

肖一鵬，尹海濤，雷慶山，李良創(chuàng)

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州，510000）

1 換流站工業(yè)用水系統(tǒng)運行狀態(tài)研究

換流站供水系統(tǒng)由深水光明水務(wù)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(shè)計標(biāo)高 47.45m，市政給水管道引接點地面標(biāo)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(biāo)高約31m處設(shè)置了增壓設(shè)施。增壓設(shè)備采用無負(fù)壓管道疊壓設(shè)備，直接串聯(lián)在供水管道上。無負(fù)壓管道疊壓設(shè)備設(shè)置在泵房內(nèi)。

這其中，生產(chǎn)給水系統(tǒng)包括三臺工業(yè)水泵，二用一備，主要為閥冷系統(tǒng)補水管道，全站共 4 套閥冷系統(tǒng)，每套閥冷系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)有電動消防泵兩臺，穩(wěn)壓泵兩臺，柴油消防給水泵一臺，在站內(nèi)設(shè)置環(huán)形消防主管，采用穩(wěn)高壓系統(tǒng)，電動消防泵在管內(nèi)壓力下降幅度較大時啟動，無火災(zāi)報警或使用消防用水的情況下由穩(wěn)壓泵來維持管內(nèi)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(nèi)設(shè)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(yè)水池，主要向生產(chǎn)給水系統(tǒng)進(jìn)行供水。

站內(nèi)生活給水系統(tǒng)供水范圍主要包括各建筑室內(nèi)生活給水、空調(diào)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(jī)組集水池、水泵機(jī)組和控制設(shè)備為一體的三位一體給水設(shè)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(yè)用水系統(tǒng)給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 換流站工業(yè)用水系統(tǒng)重要指標(biāo)分析

2.1 生產(chǎn)供水系統(tǒng)

生產(chǎn)供水系統(tǒng)主要為閥冷系統(tǒng)補水，而閥冷系統(tǒng)需要將內(nèi)冷水帶入高壓電氣設(shè)備換流閥中進(jìn)行熱量交換，采用水冷的方式為換流閥降溫。因此，閥冷系統(tǒng)對于冷卻水的溫度，流量，電導(dǎo)率均有嚴(yán)格的要求。

閥冷系統(tǒng)作為換流站重要的組成部分，供水不足，水質(zhì)下降，水溫上升都會直接影響換流閥的散熱能力，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q流站功率輸送能力受到影響。一般而言，閥冷系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)監(jiān)控著從工業(yè)補水泵開始的整個冷卻回路，對參數(shù)超限及設(shè)備故障將進(jìn)行報警。工業(yè)補水泵之外的生產(chǎn)供水系統(tǒng)部分，則需要監(jiān)控其供水能力，確保閥冷系統(tǒng)能夠正常運行。工業(yè)補水泵之外即為工業(yè)水池，為確保其供水能力，應(yīng)實時監(jiān)測工業(yè)水池水位，設(shè)置有關(guān)水位變化率的判定邏輯，根據(jù)水位高低控制站外泵房水泵的啟停。

2.2 消防供水系統(tǒng)

消防給水系統(tǒng)包括室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)，消防給水系統(tǒng)獨立設(shè)置，采用消火栓系統(tǒng)和水噴霧滅火系統(tǒng)合用管網(wǎng)系統(tǒng)。在站內(nèi)設(shè)置環(huán)形消防主管，室內(nèi)外消火栓及水噴霧滅火系統(tǒng)給水管均由該消防環(huán)管引出。消防環(huán)管采用穩(wěn)高壓系統(tǒng)，由消防供水設(shè)備統(tǒng)一維持壓力和加壓供水。

站內(nèi)同一時間火災(zāi)次數(shù)按一次考慮，經(jīng)計算比較后確定最大一次火災(zāi)滅火用水量為控制樓室內(nèi)外消火栓滅火用水量之和，為 486m3，因此在生產(chǎn)消防水池內(nèi)存有 500 m3消防用水量。消防給水流量根據(jù)單臺換流變水噴霧滅火系統(tǒng)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(tǒng)最不利噴頭工作壓力要求。因此，在正常運行時，水泵會根據(jù)表1條件進(jìn)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(tǒng)需要在工作狀態(tài)維持管道內(nèi)的水壓，保障消防能力滿足快速滅火的要求。整個消防系統(tǒng)在啟動前是一個封閉的水系統(tǒng)，因此，在消防泵出水管道設(shè)置的壓力計可以監(jiān)測整個封閉系統(tǒng)的壓力，控制水泵在無火災(zāi)報警的情況下啟停，維持水壓。

2.3 生活供水系統(tǒng)

生活供水系統(tǒng)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(wǎng)向站內(nèi)各用水點供水。生活供水系統(tǒng)作用是滿足運行人員站內(nèi)生活所需用水以及綠化用水，與設(shè)備無直接聯(lián)系，因此，其主要監(jiān)測方向應(yīng)該在于是否產(chǎn)生漏水現(xiàn)象導(dǎo)致補給水管道供水能力下降，影響工業(yè)水池水位，對應(yīng)的監(jiān)測參數(shù)應(yīng)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(shè)置了增壓泵房，由兩路增壓設(shè)備向換流站供水。補水量按生活生產(chǎn)最高日最大時用水量之和考慮，約 50m3/h。自增壓泵房至工業(yè)水池的補給水管道是換流工業(yè)用水系統(tǒng)的主管道，其水流量，壓力，水泵狀態(tài)等參數(shù)應(yīng)作為監(jiān)控的重點。

3 換流站工業(yè)用水系統(tǒng)常見缺陷及診斷方法

3.1 工業(yè)水池液位異常下降

工業(yè)水池是整個換流站工業(yè)用水系統(tǒng)的核心，其水位是反映系統(tǒng)供水量的重要指標(biāo)，水位的異常下降將直接增加設(shè)備的運行風(fēng)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(yè)水池連接著整個供水系統(tǒng)，首先，應(yīng)排查站外泵房及站側(cè)補給水管道部分。需要確認(rèn)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(dǎo)致，應(yīng)將故障水泵置于就地停止?fàn)顟B(tài)，由另一路水泵供水，若兩路水泵均故障，考慮到生產(chǎn)供水系統(tǒng)最大水量需求為24 m3/h，應(yīng)根據(jù)當(dāng)前水位計算工業(yè)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(yīng)聯(lián)系自來水公司，確認(rèn)沿途管道是否有管道破裂。

站外水泵無異常應(yīng)繼續(xù)排查站側(cè)補給水管道是否有破裂導(dǎo)致漏水，補給水管道無法直接觀察，在此可以借鑒差動保護(hù)的思路，通過觀察比較站外泵房出水口和工業(yè)水池進(jìn)水處的水流量，如果水流量差距過大，則可認(rèn)為管道中間出現(xiàn)漏水，需要進(jìn)行進(jìn)一步處理。

生產(chǎn)供水系統(tǒng)自工業(yè)補水泵至工業(yè)水池的部分，可在現(xiàn)場進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)有無漏水現(xiàn)象，消防供水系統(tǒng)同理。生活供水系統(tǒng)、閥冷系統(tǒng)和站內(nèi)消防管網(wǎng)發(fā)生的滲漏現(xiàn)象，以東方換流站的運行經(jīng)驗而言，其滲漏水速度和工業(yè)水池補水不會導(dǎo)致工業(yè)水池液位發(fā)生異常。

若以上均未發(fā)現(xiàn)異常，工業(yè)水池外觀檢查也無漏水現(xiàn)象，可爬上工業(yè)水池頂端，觀察實際水位，同時檢查水池內(nèi)的傳感器功能。東方換流站采用浮球液位計監(jiān)測工業(yè)水池液位，根據(jù)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(yè)水池本體地下部分可能出現(xiàn)裂縫，考慮到工業(yè)水池儲水量較大，地下部分承受水壓較高，無法進(jìn)行不停水修補作業(yè)，需要申請停電檢修，排空水池，查找漏水點進(jìn)行修補。

3.2 用水量異常

工業(yè)水池補水量較大，相對而言，因滲漏水導(dǎo)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(guī)的參數(shù)監(jiān)測難以發(fā)現(xiàn)，需要對累積的用水量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷是否存在漏水現(xiàn)象。

東方換流站在運行期間曾因為用水量異常發(fā)現(xiàn)了工業(yè)水池存在滲漏點的問題。具體用水量數(shù)據(jù)如圖2所示，可以看到在同為滿負(fù)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(jù)上一小節(jié)的診斷方法排查之后，判斷為工業(yè)水池地下部分存在漏水，并嘗試挖掘?qū)ふ?，最終在地下3m5左右的水管和水池連接處發(fā)現(xiàn)裂縫。

圖2 東方站每月用水量

用水量異常用于發(fā)現(xiàn)更為隱蔽的、不會引起工業(yè)水池液位下降的滲漏水現(xiàn)象。

3.3 東方換流站監(jiān)控措施

東方換流站對閥冷系統(tǒng)有全面，詳細(xì)的參數(shù)監(jiān)控和保護(hù)裝置投入，對增壓設(shè)備、消防工業(yè)水池水位、浮球狀態(tài)和消防水管壓力也有傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但因為站側(cè)供水管道缺少流量、壓力監(jiān)測手段，站內(nèi)外水流量不直觀，無法判斷站側(cè)供水管道狀態(tài)。此次項目，在工業(yè)水池進(jìn)水口安裝流量計進(jìn)行流量監(jiān)測，補全站側(cè)供水管道的監(jiān)測手段，方便運行人員查找故障點。