二次加压泵站供水压力大闭环节能控制

刘海明　冯大明　宋昊昌

一、概述

1、前言

随着城市高层建筑的增多，市政管网出现压力不足的情况，对于高层建筑希望采取无水箱给水方式。要解决这些问题，就必须对供水系统进行自动化恒压控制，采用自动恒压控制给水技术。变频调速恒压给水技术就是这种技术的应用，它是当前先进的给水技术，该技术有如下特点：高效节能，用水压力恒定，延长设备使用寿命，功能齐全等。

2、变频调速恒压给水系统原理

变频调速恒压给水系统由计算机、变频调速器、压力传感器、电机泵组及自动切换装置等组成，压力传感器放置点即为变频调速控制系统的压力控制点。变频调速给水恒压系统在应用时能否达到理想的工况，压力控制点设置的形式是关键因素之一。压力控制点的设置有两种形式：一是将控制点设于泵站出口，按该点的压力进行工况调节，间接保证最不利点的水压稳定，称之为泵出口恒压控制。二是将控制点设于最不利点处，直接按最不利点水压进行工况调节，称之为用户最不利点恒压控制。

3、出口恒压与最不利点恒压控制的分析、对比

3.1 对于泵出口恒压控制来说，当管网用水量增大时，最不利点水压开始减低，而出口压力反映还不明显，当管网用水量继续增加时，出口压力才能显示减小。调速系统才能开始增速补充流量；管网用水量减少时，最不利点要落后于出口压力点的反映速度，调系统会先于最不利点提前减量送水。

3.2 对于最不利点恒压控制来说，当管网用水量增加时，最不利点压力下降就能传送给控制系统进行增量控制。管网用水量减少时，管网压力整体提升，当最不利点压力提高到供水服务要求压力时，反回控制系统数据信息，控制系统进行减量送水。

3.3 利用最不利点控制与泵站出口恒压控制相比，供水量相同时，最不利点恒压控制的水泵以更低的转速运行，更节能。同时，最不利点恒压控制更易于实现水泵在高效段运行，水泵工作效率更高些。

4、现今的变频调速给水系统多采用泵出口恒压控制，这种设置方式管理方便，设置点易确定，但技术经济性能不十分理想，建议改为最不利点恒压控制。

二、系统架构及原理

1、压力不利点现场条件及功能需求

1.1压力最不利点的选择

根据经验和实测确定最不利压力点，通常最不利压力点在管网的最末端，或某一个区域的最高点。

1.2通讯要求

由于区域性加压泵站的压力不利点通常距离泵站较远，而且环境复杂，无法通过电缆铺设实现压力传感器信号传输到泵站。因此，我们采用GPRS无线数据采集终端实现压力不利点数据的传输。

2、GPRS无线数据采集终端功能需求

2.1电源供应

由于压力不利点的地理位置分散，且现场环境复杂，不能够保证有 220V 电源供应。所以，现场采用电池供220V交流供电电源加UPS供电电源供电方式。

2.2设备功耗

设备的功耗必须满足长时间工作的要求，以降低电池维护成本。

2.3通訊要求

采用 GPRS 无线通信。

2.4设备体积

由于监测现场处于居民区、厂区或野外，现场设备的体积就必须满足小型化的要求。

3、泵站监控调度中心建设

3.1总体要求

3.1.1数据的采集、存储与下达：

泵站中心调度系统应确保从各数据源采集到的数据实时、真实。泵站信息的数据采集周期为1分钟可调，存入历史数据库的存储周期为1分钟可调；压力不利点的数据采集周期为1分钟可调，存入历史数据库的存储周期为1分钟可调；压力不利点的数据传输到泵站执行端的周期为1分钟。

3.1.2访问方式

（1）中心调度系统相关软件具备客户端访问及局域网/公网访问三种方式。

（2）提供一个统一的信息访问平台，实现单点入口，统一管理。在浏览器环境下，通过一次身份认证，按照各自的权限，动态浏览系统信息。

3.2网络架构及通讯

3.2.1系统的数据通信功能

（1）数据通信的内容

调度中心从泵站采集的数据：水位、水泵运行状态、频率、压力和流量、电流、电压、温度、电量等，；从压力不利点采集压力数据，并转发到泵站执行端。

（2）数据通信的方式

调度中心与远程站之间数据通信方式采用GPRS无线方式。

3.3泵站监控系统

3.3.1系统的基本功能

泵站调度系统是生产信息采集、预处理中心和调度命令发布管理中心。系统负担的主要任务是：采集泵站、压力不利点的实时参数数据，实现科学化管理和有效调度。

3.3.2数据管理功能

（1）数据存档功能

调度中心调度工作站对其从各远程站采集到的各种数据，按照其不同类型、名称、属性、时序等特征分类，存入到调度中心的数据库中。

（2）地理信息功能

地理信息系统是在泵站监控系统软件中嵌入电子地图。

（3）数据显示功能

调度工作站对采集到的各种数据，可按要求以不同的形式进行显示。其显示方式为数据、工艺图、表格、图像、曲线、棒图、饼图、符号等不同形式，并可用颜色和符号表明数据的性质。

（4）报表生成和打印功能

提供丰富数据报表如：水量报表、压力报表等，提供日、月、季、年四种时间单位统计。可以生成网页、EXCEL 电子表格及PDF等格式文件用于打印或保存。

（5）报警功能

当故障发生时，发出声光警报，显示故障点和故障状态，可按照报警等级做出相应反应，记录故障的信息。

报警画面与其它显示画面相比，具有更高的优先级。

三、实施步骤

1、泵站的选择

孟家沟泵站是区域性加压泵站，日供水约8000立方米。泵站采用无负压变频给水设备，采用泵出口恒压控制。

2、压力最不利点的选择

经现场实地考察，确定压力最不利点位于鞍山市久华实业发展公司院内（为该区域的海拔最高处）。

3、测试与实施

3.1数据采集

将最不利点处压力数据上传到调度中心，数据上传周期为1分钟；将二次加压泵站的数据上传到调度中心，数据上传周期为1分钟。

3.2调度指令下达到二次加压泵站

调度中心依据最不利点处压力数据以及泵站的运行状况，进行分析、计算，并将计算的结果下达到泵站控制终端，调节泵站变频器参数，最终实现用户最不利点恒压控制。

四、效益评估

1、能耗评估

对于泵出口恒压控制，当供水量小于最大流量时，最不利点水压高于其所要求的服务水压，造成水压浪费。对于压力最不利恒压控制，当流量变化时，最不利点水压不变，没有能量浪费。

与泵出口恒压控制相比，供水量相同时，最不利点恒压控制的水泵以更低的转速运行，更节能。同时，最不利点恒压控制更易于实现水泵在高效段运行，水泵工作效率更高些。

2、管网漏损评估

泵站压力最不利点恒压优化控制系统实施后，以用水高峰时段水泵出口所需压力进行恒压供水方式转变为以不同时段用水需求压力供水方式，这样有效降低了系统平均供水压力。

夜间最小流量是评估供水管网实际漏损情况的重要指标。通过对孟家沟二次加压泵站实施压力最不利点恒压优化控制改造后，平均夜间最小流量由32m3/S降低至29m3/S，平均每小时减少漏失3m3，以每天10小时（每天小流量运行约10小时以上），每月30天计算，每月可降低900 m3管网漏失，每年可降低管网漏失10000 m3以上，以每吨水2元计算，每年可减少20000元漏失损失。供水压力降低，爆管率随之降低，同时也延长了管网使用寿命。

3、区域管网爆管判断

调度中心实现对最不利点压力监测，进一步提升了二次供水调度的信息化管理水平，使過去二次供水调度仅对供水泵站进行监控提升为对泵站及泵站供水区域全面监测。

4、社会效益评估

二次加压泵站实施压力最不利点恒压优化控制改造后，区域最不利点压力维持恒定，确保了整个区域供水压力的达标，大大提高了压力合格率，减少投诉次数。