换流站工业用水系统缺陷分析及诊断方法研究

肖一鹏，尹海涛，雷庆山，李良创

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，广东广州，510000）

1 换流站工业用水系统运行状态研究

换流站供水系统由深水光明水务有限公司市政给水管道引接两根换流站补给水管道供水，由于换流站地面设计标高 47.45m，市政给水管道引接点地面标高约 20.00m，考虑到供水高程要求，两路供水管道均在换流站附近，地面标高约31m处设置了增压设施。增压设备采用无负压管道叠压设备，直接串联在供水管道上。无负压管道叠压设备设置在泵房内。

这其中，生产给水系统包括三台工业水泵，二用一备，主要为阀冷系统补水管道，全站共 4 套阀冷系统，每套阀冷系统均配有单独的喷淋水池，单座喷淋水池补水量需求为 6m³/h。消防给水系统设有电动消防泵两台，稳压泵两台，柴油消防给水泵一台，在站内设置环形消防主管，采用稳高压系统，电动消防泵在管内压力下降幅度较大时启动，无火灾报警或使用消防用水的情况下由稳压泵来维持管内压力，柴油消防给水泵作为电动消防泵故障时的紧急备用手段，正常情况下不投入使用。站内设有两个有效容积为1000 m³的水池，其中消防储水为500 m³，其余容量作为工业水池，主要向生产给水系统进行供水。

站内生活给水系统供水范围主要包括各建筑室内生活给水、空调冷却水补水及室外绿化给水部分，采用直供方式。生活给水机组集水池、水泵机组和控制设备为一体的三位一体给水设备。水池有效容积15m³，可基本满足最高日生活用水量的 30%。

图1 换流站工业用水系统给水系统结构

2 换流站工业用水系统重要指标分析

2.1 生产供水系统

生产供水系统主要为阀冷系统补水，而阀冷系统需要将内冷水带入高压电气设备换流阀中进行热量交换，采用水冷的方式为换流阀降温。因此，阀冷系统对于冷却水的温度，流量，电导率均有严格的要求。

阀冷系统作为换流站重要的组成部分，供水不足，水质下降，水温上升都会直接影响换流阀的散热能力，进而导致换流站功率输送能力受到影响。一般而言，阀冷系统的自动控制系统监控着从工业补水泵开始的整个冷却回路，对参数超限及设备故障将进行报警。工业补水泵之外的生产供水系统部分，则需要监控其供水能力，确保阀冷系统能够正常运行。工业补水泵之外即为工业水池，为确保其供水能力，应实时监测工业水池水位，设置有关水位变化率的判定逻辑，根据水位高低控制站外泵房水泵的启停。

2.2 消防供水系统

消防给水系统包括室内外消火栓系统和水喷雾灭火系统，消防给水系统独立设置，采用消火栓系统和水喷雾灭火系统合用管网系统。在站内设置环形消防主管，室内外消火栓及水喷雾灭火系统给水管均由该消防环管引出。消防环管采用稳高压系统，由消防供水设备统一维持压力和加压供水。

站内同一时间火灾次数按一次考虑，经计算比较后确定最大一次火灾灭火用水量为控制楼室内外消火栓灭火用水量之和，为 486m³，因此在生产消防水池内存有 500 m³消防用水量。消防给水流量根据单台换流变水喷雾灭火系统给水流量和消火栓给水流量之和考虑，水压满足水喷雾灭火系统最不利喷头工作压力要求。因此，在正常运行时，水泵会根据表1条件进行启停，维持管道压力。

表1 泵的启停条件

由此可以看出，消防供水系统需要在工作状态维持管道内的水压，保障消防能力满足快速灭火的要求。整个消防系统在启动前是一个封闭的水系统，因此，在消防泵出水管道设置的压力计可以监测整个封闭系统的压力，控制水泵在无火灾报警的情况下启停，维持水压。

2.3 生活供水系统

生活供水系统采用直供方式，由站外补给水管道直接供给生活水池，通过生活给水管网向站内各用水点供水。生活供水系统作用是满足运行人员站内生活所需用水以及绿化用水，与设备无直接联系，因此，其主要监测方向应该在于是否产生漏水现象导致补给水管道供水能力下降，影响工业水池水位，对应的监测参数应为生活水池水位。

2.4 站外增压泵房

因供水高程要求，换流站设置了增压泵房，由两路增压设备向换流站供水。补水量按生活生产最高日最大时用水量之和考虑，约 50m³/h。自增压泵房至工业水池的补给水管道是换流工业用水系统的主管道，其水流量，压力，水泵状态等参数应作为监控的重点。

3 换流站工业用水系统常见缺陷及诊断方法

3.1 工业水池液位异常下降

工业水池是整个换流站工业用水系统的核心，其水位是反映系统供水量的重要指标，水位的异常下降将直接增加设备的运行风险，若水位极低还会迫使换流阀停运，因此，需要尽快定位故障原因和位置，消除缺陷。

工业水池连接着整个供水系统，首先，应排查站外泵房及站侧补给水管道部分。需要确认站外水泵是否正常工作，检查水泵控制屏上有无报警信号。如果由水泵故障导致，应将故障水泵置于就地停止状态，由另一路水泵供水，若两路水泵均故障，考虑到生产供水系统最大水量需求为24 m³/h，应根据当前水位计算工业水池储水支撑时间并在此之前完成故障排除。如果显示水源缺水，且水箱液位为0，出水压力为0，应联系自来水公司，确认沿途管道是否有管道破裂。

站外水泵无异常应继续排查站侧补给水管道是否有破裂导致漏水，补给水管道无法直接观察，在此可以借鉴差动保护的思路，通过观察比较站外泵房出水口和工业水池进水处的水流量，如果水流量差距过大，则可认为管道中间出现漏水，需要进行进一步处理。

生产供水系统自工业补水泵至工业水池的部分，可在现场进行外观检查，确认有无漏水现象，消防供水系统同理。生活供水系统、阀冷系统和站内消防管网发生的渗漏现象，以东方换流站的运行经验而言，其渗漏水速度和工业水池补水不会导致工业水池液位发生异常。

若以上均未发现异常，工业水池外观检查也无漏水现象，可爬上工业水池顶端，观察实际水位，同时检查水池内的传感器功能。东方换流站采用浮球液位计监测工业水池液位，根据水位的不同使浮球液位计的干簧受磁性吸合，把液面位置变化成电信号。因此，可以通过手动改变液位计位置测试液位计是否正常。若液位计无异常，实际水位确实较低，则工业水池本体地下部分可能出现裂缝，考虑到工业水池储水量较大，地下部分承受水压较高，无法进行不停水修补作业，需要申请停电检修，排空水池，查找漏水点进行修补。

3.2 用水量异常

工业水池补水量较大，相对而言，因渗漏水导致液位下降的概率较小。渗漏量不足以引起水位下降的缺陷较为隐蔽，通过常规的参数监测难以发现，需要对累积的用水量数据进行分析，判断是否存在漏水现象。

东方换流站在运行期间曾因为用水量异常发现了工业水池存在渗漏点的问题。具体用水量数据如图2所示，可以看到在同为满负荷送电期的7-9月，2020年用水量相较于2019年存在明显的上升，而在这期间，东方站2020年和2019年均没有较长时间的停电计划。由此可以判断，用水量异常存在渗漏水的因素，而根据上一小节的诊断方法排查之后，判断为工业水池地下部分存在漏水，并尝试挖掘寻找，最终在地下3m5左右的水管和水池连接处发现裂缝。

图2 东方站每月用水量

用水量异常用于发现更为隐蔽的、不会引起工业水池液位下降的渗漏水现象。

3.3 东方换流站监控措施

东方换流站对阀冷系统有全面，详细的参数监控和保护装置投入，对增压设备、消防工业水池水位、浮球状态和消防水管压力也有传感器进行数据采集，但因为站侧供水管道缺少流量、压力监测手段，站内外水流量不直观，无法判断站侧供水管道状态。此次项目，在工业水池进水口安装流量计进行流量监测，补全站侧供水管道的监测手段，方便运行人员查找故障点。