中国水利水电第七工程局安装分局 四川彭山 620860
摘要：惠南庄泵站是南水北调中线总干渠上唯一的一座大型的泵站，是中线北京段实现管涵加压输水的控制性工程；是一座可自流和加压调流自动化程度较高运行工况复杂的泵站，故泵站的主要设备都引进国处设备，本文主要介绍了泵站技术供水为主要设备提供冷却水的方法。希望对技术供水为国外设备冷却水设计和运行同行有所帮助。
关键词：惠南庄泵站；技术供水；冷却水
1．工程概况
惠南庄泵站是南水北调中线总干渠上的大型加压泵站，泵站位于北京市房山区大石窝镇，距离北京市约有60km，至中线总干渠终点颐和园团城湖约78km。是一座共安装8台水泵（6台工作，2台备用），单机流量为10m3/s，杨程58.2米，最大设计流量为60m3/s；配套电机7300kw，总功率58.4Mw。
北京惠南庄泵站在流量小于20m3/s时采用自流供水方式，从前池利用小流量输水管绕过机组，进入泵站出水管，利用重力自流；当流量要求大于20m3/s时，关闭小流量，经泵站加压增大流量，为了节能及满足流量变化的要求，泵站采用单线2台，或双线4台、6台水泵并联、变频调速相结合的运行方式。
泵站具有单机容量大，特征参数变幅大，调速范围大，运行工况复杂，自动化程度较高等特点。故泵站的主要8台套水泵、电机、变频器（变频驱动装置）、输入变压器采用引进设备，其中水泵由Andriz公司供货，电机、变频器和输入变压器由ABB公司供货。这些设备的冷却水全由技术供水系统来供给。
冷却水正常供给是保证设备正常使运行必要条件，本文以惠南庄泵站的技术供水为例绍介：技术供水的科学供水方式，是保证设备冷却水满足的设备正常运行。
2．技术供水设备的运行
2.1泵站供排水系统介绍
泵站供排水系统包括技术供水系统、技术供水管路，排水沟、排水泵房、集水井。
泵站需要冷却水的设备：8台主电机、8台变频器、8台稀油站、水泵轴密封，8台主电机、8台变频器、8台稀油站的冷却水都由技术供水；水泵轴密封润滑冷却水直接从主水管道取水，利用主水管的压力向轴密封供水进行润滑和冷却。
图一：供排水系统图
技术供水系统由取水管道、技术供水室、供水管道、排水沟（管）组成。技术供水从泵站前池左右侧取水，引到技术供水室（技术供水室设在泵站副厂房B2层，室内共布置供水泵及阀门仪表等），经过滤水器（网孔2mm），由供水泵（共有6 台供水泵，其中4台工作，2台备用，单泵流量125m3/h，扬程40m）加压，经过供水管道向8台主电机、8台变频器、8台稀油站供冷却水；8台主电机、8台稀油站的冷却水回水经过排水沟排至集水井，由排水泵房排至前池（当水质较差时，将污水排至厂外排水沟），水泵轴密封润滑冷却水也通过排水沟排至集水井；8台变频器冷却水经过排水管直接排至前池（见图一）。
2.2技术供水运行方式
从技术供水室右侧供水管为DN150的钢管，是8台变频器供水主管，至8变频器支管分别采用DN50钢管；从技术供水室右侧供水管为DN300的钢管，是8台电机、8台稀油站供水主管，至8台电机支管分别采用DN80钢管，至8台稀油站支管分别采用DN25钢管，到每个设备前都设有阀门用于控制流量或检修。
2.3技术供水运行方式调试
设计中为了满足各设备的用水量，计划通过调节阀来完成。但由于惠南庄泵站机组的运行方式复杂：小流量运行、单线双机运行、双线4机运行、双线6机运行。小流量运行不涉及到机组运行，也不涉及到技术供水；单纯双机运行时，要考虑热备机组，就要考虑到4台机组的技术供水；双线4机运行，要考虑6台机组技术供水；双线6机运行，要考虑8台机组技术供水。在高庄过程中发现通水调节阀无法满足各种运行工况下的供水，即一部分设备的水量多，而另一部分设备水量又达不到要求。采用开启各设备前的阀门开度来调节各设备的流量方式，满足了设计要求，完成了技术供水的调节。并于2015年5月开始进行设备试运行。
3.技术供水故障分析及解决的方案
3.1技术供水故障
5月初进行机组试运行，并完成了6#、7#机组的瓦温稳定试验、三次无故障停机试验及24小时试运行；但按照试运行程序切换到5#、8#机组进行试运行，在5#机组调试过程中因变频器故障跳闸而停机，随即启动6#、7#机组分别与8#机组组合运行，但也相继因变频器冷却水流量低导致变频器温度高故障停机或开机失败。最终导致泵站的试运行工作停止。
3.2技术供水故障分析
3.2.1初步认为是供水管路安装时没有清洗干净，导成杂质堵塞；经拆卸5#变频器中换热器检查，发现换热器进水侧水流通道被絮状物堵塞，当即采用高压水进行反冲洗，冲出一些絮状物杂质，再次进行通水，但通水量仍很小，无法满足变频器冷却水流量要求。考虑絮状物较软，怀疑可能进入换热器内部，淤集在换热器内；在厂家的指导下，我们进行了解体，果真发现在板片之间有许多絮状物堵塞了流水通道，通水有效面大大减少，估计仅五分之一。进行了清洗后，试通水，水的流量恢复正常。从而确认故障原因：由于冷却水流道被堵塞，使水流量小，热交换量也大大降低从而使变频器的热量无法带走，导致温度快速上升，达到停机值或因冷却水流量过小达不到机组启动的条件导致启动失败。随即对8台变频器中的热交换器进行了拆卸进行清洗。
3.2.2水源中的杂质
水源中的絮状物杂质是此次故障的根本原因。我们试运行时间在5月初，正是槐树花飞扬之时，北拒之南的水渠都明渠，槐树花也随风也进入了水中了，因其细软，也通过了技术室中的原滤水器（网孔2mm）进入到变频器、电机、稀油站冷却。由于变频器热交换器的流道较小且是曲线，其通道最先被絮状物堵塞。电机空冷器是管壳式换热器，其热交换器流道未出现堵塞，但时间长久后难免也会出现堵塞的可能。
3.3技术供水改进方案确定
在确认了：技术供水中的絮状物堵塞了换热器流道，是造成变频器冷却水流量低的根本原因，为了解决冷却水在换热器流道堵塞问题，需要解决技术供水水质问题。
在分析技术供水系统水质影响变频器正常运行过程中，发现在夏季炎热季节，技术供水系统水温将超过变频器正常运行的最高温度，即当到夏季时，继续采用从前池取水的技术供水方式也同样影响变频器的正常运行，同样会造成机组停机，机电和稀油站不存在此情况。
为了保证机组的安全运行，针对变频器和电机及稀油站的水质、水温的不同要求。应采用不同的供水方式，电机和稀油站的冷却水只要保证水源中不要再絮状物类的杂质即可。变频器的冷却水却不同了，不仅要保证水质中不要有絮状物类的杂质，还要考虑在夏季炎热季节水源的温度问题。
根据电机、变频器、稀油站、水泵轴密封润滑冷却水（水泵轴密封润滑冷却水在调试、试运行中同样存在常堵塞的现象，在这次改进中也把它改成从技术供水中取水）的用水量，最后确认解决的方案：（1）电机、稀油站及水泵轴密封润滑冷却水的冷却水系统，在技术供水室原供水系统增加2台600m3/h（1台工作，1台备用），网孔0.2mm的高精度全自动过滤器；（2）变频器冷却水系统，采用安装四台风冷式冷水机组、三台冷却塔，冷水机组+冷却塔的复合冷源间接冷却方案。
3.4变频器的冷水机组+冷却塔的复合冷源间接冷水系统工作原理
图二：变频器系统冷却水系统图
采用冷水机组和冷却塔两个冷源冷却变频器的冷却方式，其中冷水机组安装了4台风冷螺杆式冷水机组，3台工作1台备用，单台制冷量为505kw。冷却塔安装了3台闭式冷却塔，2台工作1台备用，单台散热量675.3kw。变频器冷却水水源为生活水再软化，采用密闭式循环方式全自动定压装置补水。当利用冷却塔制冷时，冷却水直接进入变频器，进行变频器冷却。当用冷水机组制冷时，采用板式换热器间接换热（2台，1台工作1台备用），通过换热器的水再进入变频器，进行变频器冷却。见图二。
当环境温度小于25度时，采用冷却塔直接制冷；冷却塔产生的冷却水经冷却水循环泵送至变频器中的换热器，把变频器产生的热量带走温度升高（不高于33.5度），回到冷却塔，经过冷却塔的散热，使水温降低，成为冷却水再次进入变频器，如此循环。
当环境温度高于25度时（主要是夏季），则采用冷水机组+冷却塔组合方式降温。冷水机组产生的冷冻水经冷冻水循环泵送至板式换热器，通水板式换换热器与变频器出来的冷却水换热后回到冷水机组，冷冻水的供回水温度设计值为9/14度。如此循环。
此方案把变频器的冷却水单独分立出来了，不再采用前池的水源了，而采用密闭式循环软化水了，从技术上解决了水质问题和水温问题，同时解决了长久运行后水垢堵塞冷却水流道问题。
3.5技术供水改进后运行情况
整个技术供水改进工作在7初完成，随后进入了试运行工作并于7月13日完成。从7月13日开始了4机为北京供水，即供水流量为40m3/s，已运行4个月，技术供水也经历过了夏季到冬季的考验，运行方式也从冷水机组制冷供水到由冷却塔制冷供水方式，再也没出现因冷却水的原因导致停机，也充分证明，技术供水改进后从水质、水温上达到了设备安全稳定运行的要求，。
4.结束语
在逐渐国外设备与国产设备混用的工程中，要注意给进口设备的冷却水供水杂质的要求。冷却水杂质要求虽是一个很小的要求，一般由设备厂家提出要求，在技术供水设计时，由设计提出大于或等于此要求即可，但在引进设备中有些厂家并没有提出这方面的要求，这样就易出现一个盲区。
作者简介：
刘大功（1971.6～），男，大学，高工，目前从事水利水电建设管理
论文作者:刘大功
论文发表刊物:《基层建设》2015年30期
论文发表时间:2016/8/11
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