长距离串联加压输水工程语音报警系统设值研究
2014-07-03 05:19刘韬赵令剑
电脑知识与技术 2014年12期
刘韬 赵令剑
摘要：语音报警系统是输水工程的日常运行监视的一个重要手段，是工程安全的重要保障，也是工程运行调度的重要依据。该文以辽宁省大伙房水库输水工程为工程背景，结合工程运行监视的实践，以及对工程输水特点深入研究基础上，通过对全线电动设备、流量压力水力参数进行优化报警设限，达到了对工程全线日常安全运行监视的要求，能够有效避免乃至杜绝工程运行过程出现的安全隐患进一步扩大，具有重大的安全意义。
关键词：语音报警系统；安全；优化设限；串联加压技术
中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）12-2873-02
1 工程简介
辽宁省大伙房水库输水工程是辽宁省“十一五”重点基础设施建设项目，是目前国内管道输水距离最长、输水量最大、供水方式最复杂的水利工程。工程的主要任务是将浑江调来的水经大伙房水库调节后，有效配置给辽宁中南部地区的7个缺水城市。考虑到工程身处的地理地势特点，整个输水工程采用密闭有压输水，未设置巨大的开敞前池。
工程主体由供水首部工程、29.1公里输水隧洞及连接段工程、231.7公里输水管线工程、6座配水（加压）站、1座加压泵站、3座加氯站、6座双向和2座单向稳压塔组成。工程沿线设有202个蝶阀、1109个空气阀、19个调流阀和7套加压泵组等设备，以用来满足工程正常运行、检修的调度需求。除此之外，全线的实时水力监测包括流量计和压力计两种，非实时监测由46个野外安全监测测站完成，其中在输水干线布设15台超声波流量计，用于干线流量平衡分析，在每个供水支线设有电磁流量计用以供水的精确测量，在配水站管线旁通管的上下游各设置压力传感器1个（其中上游的传感器与调流阀进口连接，下游与调流阀出口连接），上述仪器可以进行实时数据采集的，安全监测测站在沿线布设，监测对象为变形、内外水压力、位移、裂缝等，用于日常管线安全评估。
2 语音报警系统设值的重要性
根据城市用水的特点，整个输水工程采用24h不间断的输水，由于工程沿线监测设施设备众多、供水支线多、输水距离长，对应的监视任务显得异常繁重。
由于管线采用的串联加压输水特点，工程的压力、流量波动影响范围较大，较大的波动甚至会影响到整个输水管线。当管线压力出现波动时，轻者会使管段空气阀浮球随水压起伏撞击阀罩，影响管线正常输水的进排气和浮球使用寿命，重者导致管线出现水锤、空化空蚀现象，甚至会促成爆管事件。实时监视的目的在于：当管线一旦出现不利工况时，迅速掌握事故的产生原因，及时进行调度调整，防止故障迅速扩大。因此实时掌握管线的运行动态，是保障输水任务顺利进行的前提，也是工程运行安全的基本保障。
考虑到实时监视的上述重要性，以及人为监视的感官疲劳，因此需要采用语音报警系统进行辅助，提高监视的实时性和效率。
3 语音报警系统的监视对象及相应设限依据
3.1 电动设备的监视
大伙房输水的日常调度主要由调度中心统筹完成，沿线的电动设施都可以实现远程调控。涉及到的电动设备类型包括：①电动蝶阀；②电动调流阀；③泵组；④供水首部快速闸门、取水闸门及旋转滤网等。
在正常运行情况下，电动设施的控制分为五级控制，分别为现地电动头控制、现地LCU控制、现地CCU控制、配水站中控控制、调度中心远程控制。运行时，电动设施未经调度中心核实批准是不能进行开关的，语音报警系统自动可以实现对电动设备的调度权限切换、开关状态进行报警，无需人为设限。
3.2 流量监视
输水干线布设的超声波流量计及供水支线的电磁流量计，对应管线的接口口径是不同的，其采集精度也有所不同：超声波流量计，四声道，用于大管径，精度5.0‰；电磁流量计用于精确计量，误差3.0‰。同时，由于干线输水量相应较大，水流紊动较大，正常输水运行时，超声波流量计的真实值难以界定，通过设置真实值的浮动限进行语音报警难度偏大；相反，电磁流量计由于精度较高，采集数值相对稳定，供水流量真实值容易界定，设值难度小。
超声波流量计报警限设值：
依据水量平衡原理，干线超声波流量同支线电磁流量值之间存在着相互联系的，通过建立比例关系，设值电磁报警限后，就可间接实现超声波报警限的设置。
如图1所示的输水干支线流量布设，若将干线超声波流量值作为输水来水，将供水支线的电磁流量作为出水，通过管线流量平衡分析比较发现，由如下的比例关系：
[1.025 [1.025 其中，[QA]、[QB]、[QC]、[QD]为输水干线的超声波流量值，双线运行时流量值相同，且正常采集的浮动限为[Q2]%；[Q1]、[Q2]为供水支线的电磁流量值，上述式始终成立，与供水流量大小无关。至此实现了以电磁流量精确表征超声波流量值的方法，并可以此设置报警浮动限。 工程实践举例，当前情况下，供水支线的累加瞬时流量[Q2]=11.3m3/s，则对应来水干线[11.58 电磁流量的报警设值，依据电磁流量计的采集精度，设限范围为[0.96Q2，1.04Q2]，即可达到实时监视预警的目的。 3.3 压力报警设值 大伙房输水工程的串联加压特点，在初期供水相对较少的情况下，输水干线的消能主要以VAG调流阀进行消能，自大伙房取水首部的120m左右的水位至输水工程末端的营口净水厂稳压配水井的10.8m溢流水位，通过沿线的抚顺干线、沈阳2配水站干线、鞍山出口干线及营口干线进行层级消能，每级消能约为20～30m的压降，虽然输水管线较长，水力计算时也应以长管计，但沿程损失水头较调流阀消掉的水头通常较小，据此可以人为的将整个管线分成5个压力管段级。 1）压力的稳定性 同流量的预警设限相比，压力的报警设限则显得相对简单。这是由于在水力调度达到平衡的输水管线，其管段的压力随时间呈水平线，且对于齐备稳压设施的管段，压力脉动幅度在10cm左右，对于稳压效果相对不足的管段，脉动幅度也多在30～40cm左右。 2）压力敏感性 工程沿线一旦出现关阀或渗漏，相应管段的压力将迅速相应，压力波以水击波波速漫延，因为连通性，压力降幅会越过调流阀波及至相邻的管段，并造成相应的降幅。相较而言，压力降幅的幅度是不同的。同级压力管段有时间响应之分，不同管段有降幅幅度大小之别。工程运行两年来，出现的非正常压力波动的原因和大致变幅有：①调流阀的微调，不同开度范围调动，引起的压力变动幅度不同，在60%～70%开度范围内的微调，压力变幅在40cm左右，开度越大，压力幅度变动越大；②管线微渗通常是短期内难以鉴别的，但长期可以由压力降落坡度来判别；③对于管线运行时的开关阀或重大渗漏，均可造成1.0m以上的压力降幅。 3）压力优化设限 综上管线运行的特点，大伙房压力语音报警的设限主要有两点：①以层级压力管段为参考对象；②设限时考虑不同的幅度等级，一个为[±40cm]的变动低限，一个为[±100cm]的紧急报警限；③压力测点选两个基准点即可，避免重复设限，重复报警。 4 总结 通过对管线的运行规律进行研究，当管线处于恒定流运行工况下，通过合理的流量、压力预警设值，可以有效的掌握管线运行状态，便于迅速查找事故原因，制定相应的调度运行方案，提高工程的寿命周期，保障人民的用水安全和用水质量。需要补充的是，报警水力参数的设值之前，需要建立在管线稳定运行的基础上，与输水非恒定流调度的水平密切相关。
摘要：语音报警系统是输水工程的日常运行监视的一个重要手段，是工程安全的重要保障，也是工程运行调度的重要依据。该文以辽宁省大伙房水库输水工程为工程背景，结合工程运行监视的实践，以及对工程输水特点深入研究基础上，通过对全线电动设备、流量压力水力参数进行优化报警设限，达到了对工程全线日常安全运行监视的要求，能够有效避免乃至杜绝工程运行过程出现的安全隐患进一步扩大，具有重大的安全意义。
关键词：语音报警系统；安全；优化设限；串联加压技术
中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）12-2873-02
1 工程简介
辽宁省大伙房水库输水工程是辽宁省“十一五”重点基础设施建设项目，是目前国内管道输水距离最长、输水量最大、供水方式最复杂的水利工程。工程的主要任务是将浑江调来的水经大伙房水库调节后，有效配置给辽宁中南部地区的7个缺水城市。考虑到工程身处的地理地势特点，整个输水工程采用密闭有压输水，未设置巨大的开敞前池。
工程主体由供水首部工程、29.1公里输水隧洞及连接段工程、231.7公里输水管线工程、6座配水（加压）站、1座加压泵站、3座加氯站、6座双向和2座单向稳压塔组成。工程沿线设有202个蝶阀、1109个空气阀、19个调流阀和7套加压泵组等设备，以用来满足工程正常运行、检修的调度需求。除此之外，全线的实时水力监测包括流量计和压力计两种，非实时监测由46个野外安全监测测站完成，其中在输水干线布设15台超声波流量计，用于干线流量平衡分析，在每个供水支线设有电磁流量计用以供水的精确测量，在配水站管线旁通管的上下游各设置压力传感器1个（其中上游的传感器与调流阀进口连接，下游与调流阀出口连接），上述仪器可以进行实时数据采集的，安全监测测站在沿线布设，监测对象为变形、内外水压力、位移、裂缝等，用于日常管线安全评估。
2 语音报警系统设值的重要性
根据城市用水的特点，整个输水工程采用24h不间断的输水，由于工程沿线监测设施设备众多、供水支线多、输水距离长，对应的监视任务显得异常繁重。
由于管线采用的串联加压输水特点，工程的压力、流量波动影响范围较大，较大的波动甚至会影响到整个输水管线。当管线压力出现波动时，轻者会使管段空气阀浮球随水压起伏撞击阀罩，影响管线正常输水的进排气和浮球使用寿命，重者导致管线出现水锤、空化空蚀现象，甚至会促成爆管事件。实时监视的目的在于：当管线一旦出现不利工况时，迅速掌握事故的产生原因，及时进行调度调整，防止故障迅速扩大。因此实时掌握管线的运行动态，是保障输水任务顺利进行的前提，也是工程运行安全的基本保障。
考虑到实时监视的上述重要性，以及人为监视的感官疲劳，因此需要采用语音报警系统进行辅助，提高监视的实时性和效率。
3 语音报警系统的监视对象及相应设限依据
3.1 电动设备的监视
大伙房输水的日常调度主要由调度中心统筹完成，沿线的电动设施都可以实现远程调控。涉及到的电动设备类型包括：①电动蝶阀；②电动调流阀；③泵组；④供水首部快速闸门、取水闸门及旋转滤网等。
在正常运行情况下，电动设施的控制分为五级控制，分别为现地电动头控制、现地LCU控制、现地CCU控制、配水站中控控制、调度中心远程控制。运行时，电动设施未经调度中心核实批准是不能进行开关的，语音报警系统自动可以实现对电动设备的调度权限切换、开关状态进行报警，无需人为设限。
3.2 流量监视
输水干线布设的超声波流量计及供水支线的电磁流量计，对应管线的接口口径是不同的，其采集精度也有所不同：超声波流量计，四声道，用于大管径，精度5.0‰；电磁流量计用于精确计量，误差3.0‰。同时，由于干线输水量相应较大，水流紊动较大，正常输水运行时，超声波流量计的真实值难以界定，通过设置真实值的浮动限进行语音报警难度偏大；相反，电磁流量计由于精度较高，采集数值相对稳定，供水流量真实值容易界定，设值难度小。
超声波流量计报警限设值：
依据水量平衡原理，干线超声波流量同支线电磁流量值之间存在着相互联系的，通过建立比例关系，设值电磁报警限后，就可间接实现超声波报警限的设置。
如图1所示的输水干支线流量布设，若将干线超声波流量值作为输水来水，将供水支线的电磁流量作为出水，通过管线流量平衡分析比较发现，由如下的比例关系：
[1.025 [1.025 其中，[QA]、[QB]、[QC]、[QD]为输水干线的超声波流量值，双线运行时流量值相同，且正常采集的浮动限为[Q2]%；[Q1]、[Q2]为供水支线的电磁流量值，上述式始终成立，与供水流量大小无关。至此实现了以电磁流量精确表征超声波流量值的方法，并可以此设置报警浮动限。 工程实践举例，当前情况下，供水支线的累加瞬时流量[Q2]=11.3m3/s，则对应来水干线[11.58 电磁流量的报警设值，依据电磁流量计的采集精度，设限范围为[0.96Q2，1.04Q2]，即可达到实时监视预警的目的。 3.3 压力报警设值 大伙房输水工程的串联加压特点，在初期供水相对较少的情况下，输水干线的消能主要以VAG调流阀进行消能，自大伙房取水首部的120m左右的水位至输水工程末端的营口净水厂稳压配水井的10.8m溢流水位，通过沿线的抚顺干线、沈阳2配水站干线、鞍山出口干线及营口干线进行层级消能，每级消能约为20～30m的压降，虽然输水管线较长，水力计算时也应以长管计，但沿程损失水头较调流阀消掉的水头通常较小，据此可以人为的将整个管线分成5个压力管段级。 1）压力的稳定性 同流量的预警设限相比，压力的报警设限则显得相对简单。这是由于在水力调度达到平衡的输水管线，其管段的压力随时间呈水平线，且对于齐备稳压设施的管段，压力脉动幅度在10cm左右，对于稳压效果相对不足的管段，脉动幅度也多在30～40cm左右。 2）压力敏感性 工程沿线一旦出现关阀或渗漏，相应管段的压力将迅速相应，压力波以水击波波速漫延，因为连通性，压力降幅会越过调流阀波及至相邻的管段，并造成相应的降幅。相较而言，压力降幅的幅度是不同的。同级压力管段有时间响应之分，不同管段有降幅幅度大小之别。工程运行两年来，出现的非正常压力波动的原因和大致变幅有：①调流阀的微调，不同开度范围调动，引起的压力变动幅度不同，在60%～70%开度范围内的微调，压力变幅在40cm左右，开度越大，压力幅度变动越大；②管线微渗通常是短期内难以鉴别的，但长期可以由压力降落坡度来判别；③对于管线运行时的开关阀或重大渗漏，均可造成1.0m以上的压力降幅。 3）压力优化设限 综上管线运行的特点，大伙房压力语音报警的设限主要有两点：①以层级压力管段为参考对象；②设限时考虑不同的幅度等级，一个为[±40cm]的变动低限，一个为[±100cm]的紧急报警限；③压力测点选两个基准点即可，避免重复设限，重复报警。 4 总结 通过对管线的运行规律进行研究，当管线处于恒定流运行工况下，通过合理的流量、压力预警设值，可以有效的掌握管线运行状态，便于迅速查找事故原因，制定相应的调度运行方案，提高工程的寿命周期，保障人民的用水安全和用水质量。需要补充的是，报警水力参数的设值之前，需要建立在管线稳定运行的基础上，与输水非恒定流调度的水平密切相关。
摘要：语音报警系统是输水工程的日常运行监视的一个重要手段，是工程安全的重要保障，也是工程运行调度的重要依据。该文以辽宁省大伙房水库输水工程为工程背景，结合工程运行监视的实践，以及对工程输水特点深入研究基础上，通过对全线电动设备、流量压力水力参数进行优化报警设限，达到了对工程全线日常安全运行监视的要求，能够有效避免乃至杜绝工程运行过程出现的安全隐患进一步扩大，具有重大的安全意义。
关键词：语音报警系统；安全；优化设限；串联加压技术
中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）12-2873-02
1 工程简介
辽宁省大伙房水库输水工程是辽宁省“十一五”重点基础设施建设项目，是目前国内管道输水距离最长、输水量最大、供水方式最复杂的水利工程。工程的主要任务是将浑江调来的水经大伙房水库调节后，有效配置给辽宁中南部地区的7个缺水城市。考虑到工程身处的地理地势特点，整个输水工程采用密闭有压输水，未设置巨大的开敞前池。
工程主体由供水首部工程、29.1公里输水隧洞及连接段工程、231.7公里输水管线工程、6座配水（加压）站、1座加压泵站、3座加氯站、6座双向和2座单向稳压塔组成。工程沿线设有202个蝶阀、1109个空气阀、19个调流阀和7套加压泵组等设备，以用来满足工程正常运行、检修的调度需求。除此之外，全线的实时水力监测包括流量计和压力计两种，非实时监测由46个野外安全监测测站完成，其中在输水干线布设15台超声波流量计，用于干线流量平衡分析，在每个供水支线设有电磁流量计用以供水的精确测量，在配水站管线旁通管的上下游各设置压力传感器1个（其中上游的传感器与调流阀进口连接，下游与调流阀出口连接），上述仪器可以进行实时数据采集的，安全监测测站在沿线布设，监测对象为变形、内外水压力、位移、裂缝等，用于日常管线安全评估。
2 语音报警系统设值的重要性
根据城市用水的特点，整个输水工程采用24h不间断的输水，由于工程沿线监测设施设备众多、供水支线多、输水距离长，对应的监视任务显得异常繁重。
由于管线采用的串联加压输水特点，工程的压力、流量波动影响范围较大，较大的波动甚至会影响到整个输水管线。当管线压力出现波动时，轻者会使管段空气阀浮球随水压起伏撞击阀罩，影响管线正常输水的进排气和浮球使用寿命，重者导致管线出现水锤、空化空蚀现象，甚至会促成爆管事件。实时监视的目的在于：当管线一旦出现不利工况时，迅速掌握事故的产生原因，及时进行调度调整，防止故障迅速扩大。因此实时掌握管线的运行动态，是保障输水任务顺利进行的前提，也是工程运行安全的基本保障。
考虑到实时监视的上述重要性，以及人为监视的感官疲劳，因此需要采用语音报警系统进行辅助，提高监视的实时性和效率。
3 语音报警系统的监视对象及相应设限依据
3.1 电动设备的监视
大伙房输水的日常调度主要由调度中心统筹完成，沿线的电动设施都可以实现远程调控。涉及到的电动设备类型包括：①电动蝶阀；②电动调流阀；③泵组；④供水首部快速闸门、取水闸门及旋转滤网等。
在正常运行情况下，电动设施的控制分为五级控制，分别为现地电动头控制、现地LCU控制、现地CCU控制、配水站中控控制、调度中心远程控制。运行时，电动设施未经调度中心核实批准是不能进行开关的，语音报警系统自动可以实现对电动设备的调度权限切换、开关状态进行报警，无需人为设限。
3.2 流量监视
输水干线布设的超声波流量计及供水支线的电磁流量计，对应管线的接口口径是不同的，其采集精度也有所不同：超声波流量计，四声道，用于大管径，精度5.0‰；电磁流量计用于精确计量，误差3.0‰。同时，由于干线输水量相应较大，水流紊动较大，正常输水运行时，超声波流量计的真实值难以界定，通过设置真实值的浮动限进行语音报警难度偏大；相反，电磁流量计由于精度较高，采集数值相对稳定，供水流量真实值容易界定，设值难度小。
超声波流量计报警限设值：
依据水量平衡原理，干线超声波流量同支线电磁流量值之间存在着相互联系的，通过建立比例关系，设值电磁报警限后，就可间接实现超声波报警限的设置。
如图1所示的输水干支线流量布设，若将干线超声波流量值作为输水来水，将供水支线的电磁流量作为出水，通过管线流量平衡分析比较发现，由如下的比例关系：
[1.025 [1.025 其中，[QA]、[QB]、[QC]、[QD]为输水干线的超声波流量值，双线运行时流量值相同，且正常采集的浮动限为[Q2]%；[Q1]、[Q2]为供水支线的电磁流量值，上述式始终成立，与供水流量大小无关。至此实现了以电磁流量精确表征超声波流量值的方法，并可以此设置报警浮动限。 工程实践举例，当前情况下，供水支线的累加瞬时流量[Q2]=11.3m3/s，则对应来水干线[11.58 电磁流量的报警设值，依据电磁流量计的采集精度，设限范围为[0.96Q2，1.04Q2]，即可达到实时监视预警的目的。 3.3 压力报警设值 大伙房输水工程的串联加压特点，在初期供水相对较少的情况下，输水干线的消能主要以VAG调流阀进行消能，自大伙房取水首部的120m左右的水位至输水工程末端的营口净水厂稳压配水井的10.8m溢流水位，通过沿线的抚顺干线、沈阳2配水站干线、鞍山出口干线及营口干线进行层级消能，每级消能约为20～30m的压降，虽然输水管线较长，水力计算时也应以长管计，但沿程损失水头较调流阀消掉的水头通常较小，据此可以人为的将整个管线分成5个压力管段级。 1）压力的稳定性 同流量的预警设限相比，压力的报警设限则显得相对简单。这是由于在水力调度达到平衡的输水管线，其管段的压力随时间呈水平线，且对于齐备稳压设施的管段，压力脉动幅度在10cm左右，对于稳压效果相对不足的管段，脉动幅度也多在30～40cm左右。 2）压力敏感性 工程沿线一旦出现关阀或渗漏，相应管段的压力将迅速相应，压力波以水击波波速漫延，因为连通性，压力降幅会越过调流阀波及至相邻的管段，并造成相应的降幅。相较而言，压力降幅的幅度是不同的。同级压力管段有时间响应之分，不同管段有降幅幅度大小之别。工程运行两年来，出现的非正常压力波动的原因和大致变幅有：①调流阀的微调，不同开度范围调动，引起的压力变动幅度不同，在60%～70%开度范围内的微调，压力变幅在40cm左右，开度越大，压力幅度变动越大；②管线微渗通常是短期内难以鉴别的，但长期可以由压力降落坡度来判别；③对于管线运行时的开关阀或重大渗漏，均可造成1.0m以上的压力降幅。 3）压力优化设限 综上管线运行的特点，大伙房压力语音报警的设限主要有两点：①以层级压力管段为参考对象；②设限时考虑不同的幅度等级，一个为[±40cm]的变动低限，一个为[±100cm]的紧急报警限；③压力测点选两个基准点即可，避免重复设限，重复报警。 4 总结 通过对管线的运行规律进行研究，当管线处于恒定流运行工况下，通过合理的流量、压力预警设值，可以有效的掌握管线运行状态，便于迅速查找事故原因，制定相应的调度运行方案，提高工程的寿命周期，保障人民的用水安全和用水质量。需要补充的是，报警水力参数的设值之前，需要建立在管线稳定运行的基础上，与输水非恒定流调度的水平密切相关。
