二次加壓泵站供水壓力大閉環節能控制

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，市政管網出現壓力不足的情況，對于高層建筑希望采取無水箱給水方式。要解決這些問題，就必須對供水系統進行自動化恒壓控制，采用自動恒壓控制給水技術。變頻調速恒壓給水技術就是這種技術的應用，它是當前先進的給水技術，該技術有如下特點：高效節能，用水壓力恒定，延長設備使用壽命，功能齊全等。

2、變頻調速恒壓給水系統原理

變頻調速恒壓給水系統由計算機、變頻調速器、壓力傳感器、電機泵組及自動切換裝置等組成，壓力傳感器放置點即為變頻調速控制系統的壓力控制點。變頻調速給水恒壓系統在應用時能否達到理想的工況，壓力控制點設置的形式是關鍵因素之一。壓力控制點的設置有兩種形式：一是將控制點設于泵站出口，按該點的壓力進行工況調節，間接保證最不利點的水壓穩定，稱之為泵出口恒壓控制。二是將控制點設于最不利點處，直接按最不利點水壓進行工況調節，稱之為用戶最不利點恒壓控制。

3、出口恒壓與最不利點恒壓控制的分析、對比

3.1 對于泵出口恒壓控制來說，當管網用水量增大時，最不利點水壓開始減低，而出口壓力反映還不明顯，當管網用水量繼續增加時，出口壓力才能顯示減小。調速系統才能開始增速補充流量；管網用水量減少時，最不利點要落后于出口壓力點的反映速度，調系統會先于最不利點提前減量送水。

3.2 對于最不利點恒壓控制來說，當管網用水量增加時，最不利點壓力下降就能傳送給控制系統進行增量控制。管網用水量減少時，管網壓力整體提升，當最不利點壓力提高到供水服務要求壓力時，反回控制系統數據信息，控制系統進行減量送水。

3.3 利用最不利點控制與泵站出口恒壓控制相比，供水量相同時，最不利點恒壓控制的水泵以更低的轉速運行，更節能。同時，最不利點恒壓控制更易于實現水泵在高效段運行，水泵工作效率更高些。

4、現今的變頻調速給水系統多采用泵出口恒壓控制，這種設置方式管理方便，設置點易確定，但技術經濟性能不十分理想，建議改為最不利點恒壓控制。

二、系統架構及原理

1、壓力不利點現場條件及功能需求

1.1壓力最不利點的選擇

根據經驗和實測確定最不利壓力點，通常最不利壓力點在管網的最末端，或某一個區域的最高點。

1.2通訊要求

由于區域性加壓泵站的壓力不利點通常距離泵站較遠，而且環境復雜，無法通過電纜鋪設實現壓力傳感器信號傳輸到泵站。因此，我們采用GPRS無線數據采集終端實現壓力不利點數據的傳輸。

2、GPRS無線數據采集終端功能需求

2.1電源供應

由于壓力不利點的地理位置分散，且現場環境復雜，不能夠保證有 220V 電源供應。所以，現場采用電池供220V交流供電電源加UPS供電電源供電方式。

2.2設備功耗

設備的功耗必須滿足長時間工作的要求，以降低電池維護成本。

2.3通訊要求

采用 GPRS 無線通信。

2.4設備體積

由于監測現場處于居民區、廠區或野外，現場設備的體積就必須滿足小型化的要求。

3、泵站監控調度中心建設

3.1總體要求

3.1.1數據的采集、存儲與下達：

泵站中心調度系統應確保從各數據源采集到的數據實時、真實。泵站信息的數據采集周期為1分鐘可調，存入歷史數據庫的存儲周期為1分鐘可調；壓力不利點的數據采集周期為1分鐘可調，存入歷史數據庫的存儲周期為1分鐘可調；壓力不利點的數據傳輸到泵站執行端的周期為1分鐘。

3.1.2訪問方式

（1）中心調度系統相關軟件具備客戶端訪問及局域網/公網訪問三種方式。

（2）提供一個統一的信息訪問平臺，實現單點入口，統一管理。在瀏覽器環境下，通過一次身份認證，按照各自的權限，動態瀏覽系統信息。

3.2網絡架構及通訊

3.2.1系統的數據通信功能

（1）數據通信的內容

調度中心從泵站采集的數據：水位、水泵運行狀態、頻率、壓力和流量、電流、電壓、溫度、電量等，；從壓力不利點采集壓力數據，并轉發到泵站執行端。

（2）數據通信的方式

調度中心與遠程站之間數據通信方式采用GPRS無線方式。

3.3泵站監控系統

3.3.1系統的基本功能

泵站調度系統是生產信息采集、預處理中心和調度命令發布管理中心。系統負擔的主要任務是：采集泵站、壓力不利點的實時參數數據，實現科學化管理和有效調度。

3.3.2數據管理功能

（1）數據存檔功能

調度中心調度工作站對其從各遠程站采集到的各種數據，按照其不同類型、名稱、屬性、時序等特征分類，存入到調度中心的數據庫中。

（2）地理信息功能

地理信息系統是在泵站監控系統軟件中嵌入電子地圖。

（3）數據顯示功能

調度工作站對采集到的各種數據，可按要求以不同的形式進行顯示。其顯示方式為數據、工藝圖、表格、圖像、曲線、棒圖、餅圖、符號等不同形式，并可用顏色和符號表明數據的性質。

（4）報表生成和打印功能

提供豐富數據報表如：水量報表、壓力報表等，提供日、月、季、年四種時間單位統計。可以生成網頁、EXCEL 電子表格及PDF等格式文件用于打印或保存。

（5）報警功能

當故障發生時，發出聲光警報，顯示故障點和故障狀態，可按照報警等級做出相應反應，記錄故障的信息。

報警畫面與其它顯示畫面相比，具有更高的優先級。

三、實施步驟

1、泵站的選擇

孟家溝泵站是區域性加壓泵站，日供水約8000立方米。泵站采用無負壓變頻給水設備，采用泵出口恒壓控制。

2、壓力最不利點的選擇

經現場實地考察，確定壓力最不利點位于鞍山市久華實業發展公司院內（為該區域的海拔最高處）。

3、測試與實施

3.1數據采集

將最不利點處壓力數據上傳到調度中心，數據上傳周期為1分鐘；將二次加壓泵站的數據上傳到調度中心，數據上傳周期為1分鐘。

3.2調度指令下達到二次加壓泵站

調度中心依據最不利點處壓力數據以及泵站的運行狀況，進行分析、計算，并將計算的結果下達到泵站控制終端，調節泵站變頻器參數，最終實現用戶最不利點恒壓控制。

四、效益評估

1、能耗評估

對于泵出口恒壓控制，當供水量小于最大流量時，最不利點水壓高于其所要求的服務水壓，造成水壓浪費。對于壓力最不利恒壓控制，當流量變化時，最不利點水壓不變，沒有能量浪費。

與泵出口恒壓控制相比，供水量相同時，最不利點恒壓控制的水泵以更低的轉速運行，更節能。同時，最不利點恒壓控制更易于實現水泵在高效段運行，水泵工作效率更高些。

2、管網漏損評估

泵站壓力最不利點恒壓優化控制系統實施后，以用水高峰時段水泵出口所需壓力進行恒壓供水方式轉變為以不同時段用水需求壓力供水方式，這樣有效降低了系統平均供水壓力。

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

3、區域管網爆管判斷

調度中心實現對最不利點壓力監測，進一步提升了二次供水調度的信息化管理水平，使過去二次供水調度僅對供水泵站進行監控提升為對泵站及泵站供水區域全面監測。

4、社會效益評估

二次加壓泵站實施壓力最不利點恒壓優化控制改造后，區域最不利點壓力維持恒定，確保了整個區域供水壓力的達標，大大提高了壓力合格率，減少投訴次數。