“500”水庫供水管道監測與自動化控制系統

賈輝+聶建華+許佳

摘 要：本文介紹了“500”水庫供水配套管道安全監測，流量計量、自動化控制等綜合信息化系統的設計思想、功能實現、運行管理等，通過實現了“無人值班、少人值守”的供水運行管理模式，為其它供水項目的設計提供參考。

關鍵詞：管道監測 流量測量 數據整合 綜合管控

新疆“500”水庫屬于大二型水庫，隨著工業園區周邊用戶需水量的不斷增加，目前由供水池連接用戶管道的單一供水模式已無法滿足使用需求。為解決該日益突出的問題，新建11條有壓管道直接從水庫放空涵取水的模式向各用戶配水。其管道安全監測、自動化計量及相應控制系統能有效減輕運行值班人員勞動強度，為合理配置水資源及安全供水起到積極作用。

1.安全監測系統結構與儀器布設

1.1系統結構

根據現場無人值守要求，現場布置的安全監測自動化采集系統經過主干光纜將數據傳輸到“500”管理處匯入大壩安全監測及評估系統。

1.2主要儀器的布設

1.2.1鋼管管壁應力監測

在主管段的明管與埋管交叉部位沿兩管相交閉合曲線布置一周鋼板計，共計6支（差阻式）。選擇一根用戶分水管，沿主管與分水管相交閉合曲線布置一周鋼板計，共計4支（差阻式）。

1.2.2變形監測

在進水口斷面監測鋼管外包新混凝土與老混凝土之間的軸向相對變形，斷面下、左、右各布置1支剪變形計，如圖1。

1.2.3鋼管內水壓力監測

在明管與埋管交叉部位前端、主管的分水管前端、主管的尾端各布置一支內水壓力計和壓力表。內水壓力計的量程核定為30米。

1.3儀器設備配置及技術要求，見表1。

2.計量系統設計

2.1設備選型

考慮計量系統需長期穩定可靠運行，以及售后服務的專業程度和現場人員掌握維護，可采用國外知名品牌GE超聲波流量計。GE超聲波流量計集最先進的間接流量測量技術的變送器封裝為一體，直接安裝在測量點上可間接無損測量，它是專為滿管水，熱水，循環水和污水等設計的產品。

2.2技術指標

夾裝式測量精度：管徑>150mm：通常為讀數的±1%～±2%；

管徑<150mm：通常為一般讀數的±2%～±5%；

測量范圍：-12.2m/s～12.2m/s。

2.3性能要求

流量計傳感器采用外貼式安裝，每兩條供水管道共用一臺流量計主機，實現對各管道流量數據的現地顯示和存儲。一旦流量數據遠端采集裝置出現故障，現地流量計能脫離遠端數據采集單元并保持正常工作，不影響正常供水和計量。

2.4系統結構

供水管道流量計量系統采用485通信和以太網通信相結合的方式。每臺流量計主機提供MODBUS協議的串口，串口間采用串聯的方式相互連接，通過通信電纜接入“500”出口管理站已建成的流量測量系統，在“500”管理處操作員站上進行顯示和存儲。在“500”流量計量房設置1臺流量計屏顯示，用于安裝8套流量計主機，屏內安裝24V開關電源等裝置。

3.電源及防雷設計

3.1UPS不間斷電源

出口管理站使用已建的電源系統，計量井需新增一套UPS不間斷電源，支持8小時可持續供電，以保證流量計設備的用電安全。

流量計主機及傳感器每套功耗50W，共計400W；

流量計屏，共500W；

以上統計的總功耗為1000W，考慮適當的裕量，選用3KVA的UPS。3.2避雷防護

流量計屏中安裝電源避雷器，并做好屏柜接地。考慮測量系統的電氣和信號防雷與配電及房建的防雷采用等電位聯合接地方案，在建筑物每個房間內配置兩個等電位連接體。

4.軟件設計與主要應用功能

4.1逐級管理分散處置原則

現地控制檢測層：放空涵閘門現地控制和供水管道在線監測兩個單元安全級別及優先級最高，它向下接收各類傳感器與執行機構的輸入輸出信息，采集設備運行參數和狀態信號；向上接收上級控制主機的監測監控命令，并上傳現場的實時信息，實施對現場執行機構的邏輯控制。現地控制級的設計保證當它與主機系統脫離后仍然能實現對閘門、管道運行進行必要的監視和控制功能，而當其與主機恢復聯系后又能自動地服從上位機系統的控制和管理。

4.2 閘門 5級聯控供水工作模式

“500”放空涵建有兩孔30噸液壓閘門，為保障供水生產和水庫放空涵安全作用，在2005年已安裝閘控系統現地/手動操控、現場/自動觸摸屏控制、遠方/自動計算機控制的基礎上。2009年至2011年分別兩次改造升級，開發專門針對供水模式設計的閘門開環及閉環自動控制系統，閉環供水控制模式為設定蓄水池水位區間參數等控制條件，對閘門開度控制進行反饋，能滿足單日20萬方供水量的小量級使用條件。在2011年后用戶供水量遞增顯著，設計用戶供水方式為蓄水池加有壓管道兩種模式，單日供水可滿足20 — 100萬方，針對以上條件開發了閘門開環自動控制模式，閘門開度保護行程在20cm—100cm范圍，供水池水位減少到低限值時，閘門自行逐級調節，到達預警水位時閘門逐級關閉保證蓄水池水位不超過告警水位數值，直到達到下線預警水位時才逐級提升閘門開度。當超過高底線告警水位時，閘門執行閉鎖條件關閉閘門并發出緊急告警，預留時間讓值守人員排除障礙后解除鎖定恢復正常供水。

5.應急預案及實施經驗

5.1應急預案

在一個獨立控制系統中，要完成一個或多個循環工作，外部或客觀條件制約作用。建立應急預案也要結合外部預案執行。如應急供電與搶修恢復預案；閘門卡滯與液壓系統故障排除；蓄水池水位超限與關閉閘門及用戶供水管道；特定條件下控制系統退出運行啟動應急供水方式等。5.2運行經驗總結

設計重要的供水項目需要建立一套獨立的控制系統和軟件平臺，同時根據硬件的實際工況確定采用何種自動控制模式；供水項目需要單獨進行應急預案的設計，必須考慮周全，確保供水系統運行的安全穩定；加強對專業技術人員的培養，能正確掌握供水自動化系統的使用模式和要點，同時需要及時發現問題、排查隱患，確保系統安全工作；信息化系統的設備可靠性及冗余設計安全性至關重要。

5.3優化調度

該系統能充分發揮出合理調水，科學計量，安全運行，可靠供水，事故預警和故障及時排查，并提供專家診斷功能。系統兼容處理流域降水、工農業用水、生活用水以及上下游水資源信息，建立水資源數據鏈關系，在合理調配水資源統一指揮調度下，充分發揮水庫聯動運行的經濟效益和社會效益。

6.結論

新疆“500”供水閘聯動穩控及水務綜合管理系統的建設采用先進的軟硬件平臺，充分使用當代水利建設設計理念，該項目的建設極大的提高了“500”水庫供水安全和供水可靠性，實現從有人到少人再到無人化管理，保持該地區國民經濟可持續發展，對邊疆經濟發展具有積極意義。

參考文獻：

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