二次加壓泵站供水壓力大閉環(huán)節(jié)能控制

劉海明　馮大明　宋昊昌

一、概述

1、前言

隨著城市高層建筑的增多，市政管網(wǎng)出現(xiàn)壓力不足的情況，對(duì)于高層建筑希望采取無水箱給水方式。要解決這些問題，就必須對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化恒壓控制，采用自動(dòng)恒壓控制給水技術(shù)。變頻調(diào)速恒壓給水技術(shù)就是這種技術(shù)的應(yīng)用，它是當(dāng)前先進(jìn)的給水技術(shù)，該技術(shù)有如下特點(diǎn)：高效節(jié)能，用水壓力恒定，延長設(shè)備使用壽命，功能齊全等。

2、變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)原理

變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、變頻調(diào)速器、壓力傳感器、電機(jī)泵組及自動(dòng)切換裝置等組成，壓力傳感器放置點(diǎn)即為變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的壓力控制點(diǎn)。變頻調(diào)速給水恒壓系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)能否達(dá)到理想的工況，壓力控制點(diǎn)設(shè)置的形式是關(guān)鍵因素之一。壓力控制點(diǎn)的設(shè)置有兩種形式：一是將控制點(diǎn)設(shè)于泵站出口，按該點(diǎn)的壓力進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，間接保證最不利點(diǎn)的水壓穩(wěn)定，稱之為泵出口恒壓控制。二是將控制點(diǎn)設(shè)于最不利點(diǎn)處，直接按最不利點(diǎn)水壓進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，稱之為用戶最不利點(diǎn)恒壓控制。

3、出口恒壓與最不利點(diǎn)恒壓控制的分析、對(duì)比

3.1 對(duì)于泵出口恒壓控制來說，當(dāng)管網(wǎng)用水量增大時(shí)，最不利點(diǎn)水壓開始減低，而出口壓力反映還不明顯，當(dāng)管網(wǎng)用水量繼續(xù)增加時(shí)，出口壓力才能顯示減小。調(diào)速系統(tǒng)才能開始增速補(bǔ)充流量；管網(wǎng)用水量減少時(shí)，最不利點(diǎn)要落后于出口壓力點(diǎn)的反映速度，調(diào)系統(tǒng)會(huì)先于最不利點(diǎn)提前減量送水。

3.2 對(duì)于最不利點(diǎn)恒壓控制來說，當(dāng)管網(wǎng)用水量增加時(shí)，最不利點(diǎn)壓力下降就能傳送給控制系統(tǒng)進(jìn)行增量控制。管網(wǎng)用水量減少時(shí)，管網(wǎng)壓力整體提升，當(dāng)最不利點(diǎn)壓力提高到供水服務(wù)要求壓力時(shí)，反回控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，控制系統(tǒng)進(jìn)行減量送水。

3.3 利用最不利點(diǎn)控制與泵站出口恒壓控制相比，供水量相同時(shí)，最不利點(diǎn)恒壓控制的水泵以更低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，更節(jié)能。同時(shí)，最不利點(diǎn)恒壓控制更易于實(shí)現(xiàn)水泵在高效段運(yùn)行，水泵工作效率更高些。

4、現(xiàn)今的變頻調(diào)速給水系統(tǒng)多采用泵出口恒壓控制，這種設(shè)置方式管理方便，設(shè)置點(diǎn)易確定，但技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能不十分理想，建議改為最不利點(diǎn)恒壓控制。

二、系統(tǒng)架構(gòu)及原理

1、壓力不利點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件及功能需求

1.1壓力最不利點(diǎn)的選擇

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)測(cè)確定最不利壓力點(diǎn)，通常最不利壓力點(diǎn)在管網(wǎng)的最末端，或某一個(gè)區(qū)域的最高點(diǎn)。

1.2通訊要求

由于區(qū)域性加壓泵站的壓力不利點(diǎn)通常距離泵站較遠(yuǎn)，而且環(huán)境復(fù)雜，無法通過電纜鋪設(shè)實(shí)現(xiàn)壓力傳感器信號(hào)傳輸?shù)奖谜?。因此，我們采用GPRS無線數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)壓力不利點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸。

2、GPRS無線數(shù)據(jù)采集終端功能需求

2.1電源供應(yīng)

由于壓力不利點(diǎn)的地理位置分散，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，不能夠保證有 220V 電源供應(yīng)。所以，現(xiàn)場(chǎng)采用電池供220V交流供電電源加UPS供電電源供電方式。

2.2設(shè)備功耗

設(shè)備的功耗必須滿足長時(shí)間工作的要求，以降低電池維護(hù)成本。

2.3通訊要求

采用 GPRS 無線通信。

2.4設(shè)備體積

由于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)處于居民區(qū)、廠區(qū)或野外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的體積就必須滿足小型化的要求。

3、泵站監(jiān)控調(diào)度中心建設(shè)

3.1總體要求

3.1.1數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與下達(dá)：

泵站中心調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)確保從各數(shù)據(jù)源采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、真實(shí)。泵站信息的數(shù)據(jù)采集周期為1分鐘可調(diào)，存入歷史數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)周期為1分鐘可調(diào)；壓力不利點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集周期為1分鐘可調(diào)，存入歷史數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)周期為1分鐘可調(diào)；壓力不利點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖谜緢?zhí)行端的周期為1分鐘。

3.1.2訪問方式

（1）中心調(diào)度系統(tǒng)相關(guān)軟件具備客戶端訪問及局域網(wǎng)/公網(wǎng)訪問三種方式。

（2）提供一個(gè)統(tǒng)一的信息訪問平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)入口，統(tǒng)一管理。在瀏覽器環(huán)境下，通過一次身份認(rèn)證，按照各自的權(quán)限，動(dòng)態(tài)瀏覽系統(tǒng)信息。

3.2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及通訊

3.2.1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信功能

（1）數(shù)據(jù)通信的內(nèi)容

調(diào)度中心從泵站采集的數(shù)據(jù)：水位、水泵運(yùn)行狀態(tài)、頻率、壓力和流量、電流、電壓、溫度、電量等，；從壓力不利點(diǎn)采集壓力數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到泵站執(zhí)行端。

（2）數(shù)據(jù)通信的方式

調(diào)度中心與遠(yuǎn)程站之間數(shù)據(jù)通信方式采用GPRS無線方式。

3.3泵站監(jiān)控系統(tǒng)

3.3.1系統(tǒng)的基本功能

泵站調(diào)度系統(tǒng)是生產(chǎn)信息采集、預(yù)處理中心和調(diào)度命令發(fā)布管理中心。系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的主要任務(wù)是：采集泵站、壓力不利點(diǎn)的實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理和有效調(diào)度。

3.3.2數(shù)據(jù)管理功能

（1）數(shù)據(jù)存檔功能

調(diào)度中心調(diào)度工作站對(duì)其從各遠(yuǎn)程站采集到的各種數(shù)據(jù)，按照其不同類型、名稱、屬性、時(shí)序等特征分類，存入到調(diào)度中心的數(shù)據(jù)庫中。

（2）地理信息功能

地理信息系統(tǒng)是在泵站監(jiān)控系統(tǒng)軟件中嵌入電子地圖。

（3）數(shù)據(jù)顯示功能

調(diào)度工作站對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)，可按要求以不同的形式進(jìn)行顯示。其顯示方式為數(shù)據(jù)、工藝圖、表格、圖像、曲線、棒圖、餅圖、符號(hào)等不同形式，并可用顏色和符號(hào)表明數(shù)據(jù)的性質(zhì)。

（4）報(bào)表生成和打印功能

提供豐富數(shù)據(jù)報(bào)表如：水量報(bào)表、壓力報(bào)表等，提供日、月、季、年四種時(shí)間單位統(tǒng)計(jì)。可以生成網(wǎng)頁、EXCEL 電子表格及PDF等格式文件用于打印或保存。

（5）報(bào)警功能

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，發(fā)出聲光警報(bào)，顯示故障點(diǎn)和故障狀態(tài)，可按照?qǐng)?bào)警等級(jí)做出相應(yīng)反應(yīng)，記錄故障的信息。

報(bào)警畫面與其它顯示畫面相比，具有更高的優(yōu)先級(jí)。

三、實(shí)施步驟

1、泵站的選擇

孟家溝泵站是區(qū)域性加壓泵站，日供水約8000立方米。泵站采用無負(fù)壓變頻給水設(shè)備，采用泵出口恒壓控制。

2、壓力最不利點(diǎn)的選擇

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，確定壓力最不利點(diǎn)位于鞍山市久華實(shí)業(yè)發(fā)展公司院內(nèi)（為該區(qū)域的海拔最高處）。

3、測(cè)試與實(shí)施

3.1數(shù)據(jù)采集

將最不利點(diǎn)處壓力數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度中心，數(shù)據(jù)上傳周期為1分鐘；將二次加壓泵站的數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度中心，數(shù)據(jù)上傳周期為1分鐘。

3.2調(diào)度指令下達(dá)到二次加壓泵站

調(diào)度中心依據(jù)最不利點(diǎn)處壓力數(shù)據(jù)以及泵站的運(yùn)行狀況，進(jìn)行分析、計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果下達(dá)到泵站控制終端，調(diào)節(jié)泵站變頻器參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)用戶最不利點(diǎn)恒壓控制。

四、效益評(píng)估

1、能耗評(píng)估

對(duì)于泵出口恒壓控制，當(dāng)供水量小于最大流量時(shí)，最不利點(diǎn)水壓高于其所要求的服務(wù)水壓，造成水壓浪費(fèi)。對(duì)于壓力最不利恒壓控制，當(dāng)流量變化時(shí)，最不利點(diǎn)水壓不變，沒有能量浪費(fèi)。

與泵出口恒壓控制相比，供水量相同時(shí)，最不利點(diǎn)恒壓控制的水泵以更低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，更節(jié)能。同時(shí)，最不利點(diǎn)恒壓控制更易于實(shí)現(xiàn)水泵在高效段運(yùn)行，水泵工作效率更高些。

2、管網(wǎng)漏損評(píng)估

泵站壓力最不利點(diǎn)恒壓優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)施后，以用水高峰時(shí)段水泵出口所需壓力進(jìn)行恒壓供水方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐圆煌瑫r(shí)段用水需求壓力供水方式，這樣有效降低了系統(tǒng)平均供水壓力。

夜間最小流量是評(píng)估供水管網(wǎng)實(shí)際漏損情況的重要指標(biāo)。通過對(duì)孟家溝二次加壓泵站實(shí)施壓力最不利點(diǎn)恒壓優(yōu)化控制改造后，平均夜間最小流量由32m3/S降低至29m3/S，平均每小時(shí)減少漏失3m3，以每天10小時(shí)（每天小流量運(yùn)行約10小時(shí)以上），每月30天計(jì)算，每月可降低900 m3管網(wǎng)漏失，每年可降低管網(wǎng)漏失10000 m3以上，以每噸水2元計(jì)算，每年可減少20000元漏失損失。供水壓力降低，爆管率隨之降低，同時(shí)也延長了管網(wǎng)使用壽命。

3、區(qū)域管網(wǎng)爆管判斷

調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)對(duì)最不利點(diǎn)壓力監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步提升了二次供水調(diào)度的信息化管理水平，使過去二次供水調(diào)度僅對(duì)供水泵站進(jìn)行監(jiān)控提升為對(duì)泵站及泵站供水區(qū)域全面監(jiān)測(cè)。

4、社會(huì)效益評(píng)估

二次加壓泵站實(shí)施壓力最不利點(diǎn)恒壓優(yōu)化控制改造后，區(qū)域最不利點(diǎn)壓力維持恒定，確保了整個(gè)區(qū)域供水壓力的達(dá)標(biāo)，大大提高了壓力合格率，減少投訴次數(shù)。