區(qū)域調(diào)壓站的智能化實(shí)踐

上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司　徐　箭　張飛飛　潘　良

區(qū)域調(diào)壓站的智能化實(shí)踐

上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司徐箭張飛飛潘良

在城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中，區(qū)域調(diào)壓站是其核心組成部分，區(qū)域調(diào)壓站是調(diào)節(jié)壓力流量的樞紐，是下游用氣安全的保障。文章敘述了區(qū)域調(diào)壓站現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，討論了區(qū)域調(diào)壓站的智能化實(shí)現(xiàn)方式，并進(jìn)行了實(shí)踐。

區(qū)域調(diào)壓站智能化方式智能化實(shí)踐

區(qū)域調(diào)壓站是對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行供氣的燃?xì)庹{(diào)壓站。在城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中，區(qū)域調(diào)壓站是其核心組成部分。區(qū)域調(diào)壓站是調(diào)節(jié)壓力流量的樞紐，也是下游用氣安全的保障。

1　區(qū)域調(diào)壓站的現(xiàn)狀與問(wèn)題

1.1區(qū)域調(diào)壓站的現(xiàn)狀

根據(jù)燃?xì)夤芫W(wǎng)的壓力等級(jí)，區(qū)域調(diào)壓站可分為高中壓站、中中壓站和中低壓站。

1.1.1高中壓站的現(xiàn)狀

高中壓站是特定區(qū)域的主要供氣站點(diǎn)，對(duì)管網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非常重要的節(jié)點(diǎn)。管理人員需要對(duì)高中壓站的運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)和干預(yù)。所以，高中壓站的智能化水平通常較高。

高中壓站一般通過(guò)變送器將調(diào)壓站上的壓力(壓差)、溫度、流量、閥位和泄露報(bào)警等現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，采集給PLC/RTU后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。高中壓站的管理人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)調(diào)壓站上的這些參數(shù)，為調(diào)壓站的安全運(yùn)行提供有力的保障。

除了監(jiān)測(cè)調(diào)壓站上的這些運(yùn)行參數(shù)，必要時(shí)也會(huì)對(duì)其中一些參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)，比如出口壓力和流量。

調(diào)壓站的出口壓力是管網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)。在用氣高峰時(shí)提高出口壓力以增加管網(wǎng)的輸氣能力；在用氣低谷時(shí)降低出口壓力以減少管網(wǎng)中的燃?xì)庑孤┝俊Ｈ绻怯腥酥凳卣?，出口壓力可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員來(lái)調(diào)節(jié)。如果是無(wú)人值守站，那要通過(guò)壓力遙調(diào)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

調(diào)壓站的流量調(diào)節(jié)主要是為了在用氣高峰時(shí)可以對(duì)特定區(qū)域或用戶(hù)進(jìn)行流量分配，或者是用戶(hù)嚴(yán)重欠費(fèi)時(shí)關(guān)閉其用氣通道。這一般通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，流量調(diào)節(jié)通常具備現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程兩種控制方式。

另外，為了在管線(xiàn)出現(xiàn)破損造成燃?xì)獯罅啃孤r(shí)能及時(shí)切斷燃?xì)夤芫€(xiàn)，部分高中壓站還會(huì)設(shè)置遠(yuǎn)程切斷功能。

1.1.2中中壓站的現(xiàn)狀

中中壓站主要是給特定的工商業(yè)用戶(hù)供氣，其供氣區(qū)域和供氣量一般來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)小于高中壓站。故從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，其智能化程度要比高中壓站低。

中中壓站通常只具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的功能，并不具備遠(yuǎn)程控制的能力，個(gè)別特殊情況除外。

1.1.3中低壓站的現(xiàn)狀

中低壓站主要是給居民小區(qū)和其它低壓用戶(hù)供氣。中低壓站通常只具備調(diào)壓功能，基本沒(méi)有設(shè)置監(jiān)控設(shè)備，其管理主要是通過(guò)人工巡檢方式進(jìn)行。

1.2存在的問(wèn)題

1.2.1燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)存在的問(wèn)題

燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)基本由高中壓站、中中壓站、中低壓站及他們之間的管線(xiàn)構(gòu)成。

高中壓站和中中壓站基本實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)，但多數(shù)不具備壓力流量的遠(yuǎn)程控制功能；而絕大多數(shù)的中低壓站甚至連基本的監(jiān)測(cè)功能都不具備。所以，燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)存在如下的問(wèn)題：

(1)各區(qū)域調(diào)壓站供氣量不均衡，部分區(qū)域調(diào)壓站因流量超載導(dǎo)致噪音增大、故障頻發(fā)。

(2)用氣高峰時(shí)，燃?xì)夤芫W(wǎng)壓力較低，無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的用氣量要求；用氣低谷時(shí)，燃?xì)夤芫W(wǎng)壓力較高，導(dǎo)致管道燃?xì)庑孤┰龆唷a(chǎn)銷(xiāo)差增大。

(3)下游出現(xiàn)安全事故時(shí)，無(wú)法對(duì)區(qū)域調(diào)壓站進(jìn)行遠(yuǎn)程切斷，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4)中低壓站不具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備，無(wú)法對(duì)中低壓站上的過(guò)濾器壓差、切斷閥開(kāi)關(guān)、燃?xì)庑孤?、箱體門(mén)開(kāi)關(guān)等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)中低壓站的運(yùn)行狀態(tài)不了解。采用人工巡檢的方式過(guò)于原始，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)中低壓站中出現(xiàn)的問(wèn)題。

(5)高中壓站和中中壓站的監(jiān)測(cè)和控制通過(guò)與RTU/PLC之間的數(shù)據(jù)交換間接實(shí)現(xiàn)，管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)雜、管理效率低下。

(6)一旦工作路調(diào)壓器故障導(dǎo)致該路被安全切斷閥切斷，備用路調(diào)壓器自動(dòng)啟動(dòng)，但是備用路的出口壓力會(huì)低于原工作路的壓力，因此會(huì)降低管網(wǎng)的供氣能力。

1.2.2難以增加監(jiān)控設(shè)備

中低壓站普遍都沒(méi)有設(shè)監(jiān)測(cè)與控制設(shè)備，要在目前條件下增加這些設(shè)備較為困難，主要難點(diǎn)在于：

(1)若要實(shí)現(xiàn)流量監(jiān)測(cè)，需要增加計(jì)量設(shè)備。中低壓站為了節(jié)約用地，普遍結(jié)構(gòu)緊湊，通常沒(méi)有空間來(lái)增加計(jì)量設(shè)備。

(2)增加調(diào)節(jié)閥對(duì)壓力流量進(jìn)行控制，成本較高。

(3)增加壓力(壓差)和溫度等遠(yuǎn)傳儀表，成本較高。

(4)中低壓站通常采用直接作用式調(diào)壓器，無(wú)法改造成可遠(yuǎn)程控制的調(diào)壓器。

(5)數(shù)據(jù)采集、控制及通訊都需要電源，專(zhuān)線(xiàn)供電成本很高。

2　區(qū)域調(diào)壓站的智能化實(shí)現(xiàn)方式

智能化是指?jìng)€(gè)體對(duì)客觀事物進(jìn)行合理分析、判斷及有目的地行動(dòng)和有效地處理周?chē)h(huán)境事宜的綜合能力。區(qū)域調(diào)壓站的智能化有三方面含義：

2.1實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域調(diào)壓站關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能

對(duì)于區(qū)域調(diào)壓站的關(guān)鍵參數(shù)可以進(jìn)行部分監(jiān)測(cè)和整體監(jiān)測(cè)。

2.1.1部分監(jiān)測(cè)

對(duì)區(qū)域調(diào)壓站來(lái)說(shuō)，最關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)參數(shù)是流量和壓力，目前已經(jīng)有帶無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳功能的計(jì)量?jī)x表和壓力儀表，分別配套智能抄表系統(tǒng)和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠初步實(shí)現(xiàn)對(duì)流量和壓力的監(jiān)測(cè)，這種方式已在國(guó)內(nèi)逐步使用。但是，由于這種方式存在壓力和流量參數(shù)相對(duì)獨(dú)立、可擴(kuò)展性差(無(wú)法拓展至壓差、閥位、泄露信號(hào)和門(mén)禁等)和運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域調(diào)壓站的監(jiān)測(cè)。

2.1.2整體監(jiān)測(cè)

為了適應(yīng)區(qū)域調(diào)壓站在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中數(shù)量眾多的特點(diǎn)，要使其監(jiān)測(cè)功能具有可推廣性，必須采用具有無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳功能、擴(kuò)展性強(qiáng)、低功耗(鋰電池供電，無(wú)需外供電)、高性?xún)r(jià)比傳感元件的智能模塊。

2.2實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域調(diào)壓站關(guān)鍵參數(shù)的控制功能

在對(duì)區(qū)域調(diào)壓站關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行整體監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，還能根據(jù)內(nèi)部設(shè)定周期進(jìn)行流量和壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)然也能根據(jù)控制指令對(duì)流量和壓力進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。

2.3實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域調(diào)壓站的自我調(diào)節(jié)和自我診斷功能

所謂自我調(diào)節(jié)功能，就是通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，判定下一時(shí)段的調(diào)節(jié)參數(shù)需求，并完成參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

所謂自我診斷功能，就是通過(guò)對(duì)設(shè)備出現(xiàn)故障前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，作為區(qū)域調(diào)壓站故障診斷和預(yù)警的依據(jù)。

3　區(qū)域調(diào)壓站的智能化實(shí)踐

為了實(shí)現(xiàn)區(qū)域調(diào)壓站的智能化，公司研發(fā)了1臺(tái)智能調(diào)壓站原理樣機(jī)，能夠?qū)φ{(diào)壓站關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行整體監(jiān)測(cè)以及實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力流量的控制功能，系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1。

圖1　智能調(diào)壓站的系統(tǒng)原理

3.1智能調(diào)壓站實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)功能

智能調(diào)壓站的監(jiān)測(cè)參數(shù)見(jiàn)表1，其中，間接流量為計(jì)算值，僅用于流量控制。

表1　智能調(diào)壓站參數(shù)監(jiān)測(cè)

3.2智能調(diào)壓站實(shí)現(xiàn)的控制功能

3.2.1出口壓力的調(diào)節(jié)控制

在出口壓力范圍內(nèi)分別進(jìn)行出口壓力的預(yù)設(shè)、本地控制以及遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，出口壓力測(cè)量值與需求值間的偏差的絕對(duì)值均不大于5%，響應(yīng)時(shí)間不大于10秒。

工作路調(diào)壓器故障，緊急切斷閥切斷后，備用路調(diào)壓器自動(dòng)切換工作并自動(dòng)調(diào)節(jié)至原工作路的壓力。

3.2.2流量計(jì)算及限流控制

在50～1 000 m3/h的計(jì)量范圍內(nèi)，間接流量的計(jì)算精度不低于±4%。

在50～1 000 m3/h的計(jì)量范圍內(nèi)對(duì)智能調(diào)壓站進(jìn)行遠(yuǎn)程限流控制，流量測(cè)量值與需求值間的偏差的絕對(duì)值均不大于4%，響應(yīng)時(shí)間不大于10秒。

3.2.3遠(yuǎn)程切斷控制

在智能監(jiān)控平臺(tái)輸入遠(yuǎn)程切斷指令，智能調(diào)壓站可以停止向下游供氣，響應(yīng)時(shí)間不大于10秒。

3.3智能調(diào)壓站實(shí)現(xiàn)的通訊方式

通過(guò)智能控制器自帶的GSM通訊方式，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)壓站的進(jìn)出口壓力、標(biāo)況瞬時(shí)流量、工況瞬時(shí)流量、流量上限、系統(tǒng)診斷和壓力設(shè)定報(bào)警數(shù)據(jù)等狀態(tài)參數(shù)與手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備之間的交互通訊。

通過(guò)GPRS或光纖、專(zhuān)用線(xiàn)等方式，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)壓站的狀態(tài)參數(shù)與遠(yuǎn)程控制平臺(tái)間的交互通訊。

3.4智能調(diào)壓站實(shí)現(xiàn)的供電方式

采用220V或太陽(yáng)能外供電，可實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器連續(xù)運(yùn)行、每天進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和兩路控制等全功能模式。

無(wú)外供電情況下，使用內(nèi)置鋰電池供電，并切換至省電模式，在每周一次數(shù)據(jù)通訊、壓力變化幅度較低和兩路控制等功能模式下，能正常工作2年。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)數(shù)字化、智能化的手段實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域調(diào)壓站關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)、控制和分析診斷是區(qū)域調(diào)壓站智能化的方向。

智能調(diào)壓站原理樣機(jī)解決了傳統(tǒng)區(qū)域調(diào)壓站供電、通訊等棘手的問(wèn)題。

同時(shí)，通過(guò)在燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)中批量使用智能化區(qū)域調(diào)壓站，以及對(duì)調(diào)壓站運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)區(qū)域調(diào)壓站的自我調(diào)節(jié)和自我診斷將是我們的最終目標(biāo)。

Intelligent Practice of District Regulator Station

Shanghai Fiorentini Gas Equipment Co., Ltd.Xu JianZhang FeifeiPan Liang

In the urban gas distribution system, district regulator station is the core part, which is the hub to adjust the pressure and flow and guarantee the downstream security. This paper describes the district regulator station's situation and the existing problems, discusses the intelligent implementation methods of district regulator station, and puts them into practice.

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