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供水管网阀门远程调控系统的研制与应用
1、管网阀门调控的现状
近年来,随着技术进步和改造资金投入,多数供水企业建立了供水数据监测与控制系统(SCADA),实现了水源和原水输送系统监测、净水构筑物和工艺设备监控以及供水管网测压等功能。部分供水企业还建立了“呼叫中心”热线电话系统和管网地理信息系统(GIS)。上述系统的建立能及时监控供水设备运行和发现管网事故,极大提升供水服务水平。
限于技术、设备和系统设计理念等多方面原因,对管网调度管理和运行调控还限于人工操作。水压遥测和事故信息获取、采集与判断已实现信息化和自动化,但阀门启闭和调节还必须依靠操作工人到现场手动完成。这主要有以下几点不足:
①供水管网工况瞬时万变,管网实时优化运行靠人工现场调节几乎不可能实现。
②为确保供水系统安全运行,在发生重大供水事故时,需对管网中若干重要阀门多次反复调控,人工操作难以胜任。
③从管网事故信息的获取、判断到人工现场调控阀门,根据城市规模、抢修力量及交通路况情况,会有1h左右的延时。这会造成事故损失扩大,引发相关问题。
④目前管网调度模式对用户端不能实现及时合理的调节和控制。
2、管网阀门远程调控的意义
管网阀门是供水系统中的重要设施,起到输送、关断、调节供水流量、压力和改变流向等管网调控作用,是供水系统畅通输配和管网抢修、维护、改造的重要保证措施。
管网阀门上述功能的及时实现直接影响供水安全和供水行业的服务质量。重要的是,当供水系统发生重大故障以及处理大的爆管事故时,管网阀门如不能及时有效地调控将延误处理事故时机,造成严重后果。
供水管网科学调度与实时调控首先要解决阀门远程调控问题,管网中若干重要阀门和关键阀门能否实现及时有效地调控直接影响供水安全,在调度中心直接实现对管网重要阀门远程调控操作对保证供水系统安全正常运行具有重要意义。
3、实现方案
供水系统实现科学调度的关键是增加控制手段和工作模式与管理制度的创新。针对完全依靠人工操作调控阀门不能及时应对突发事故处理、不利于供水管理和服务的现状,通过对项目目标、设备工作环境以及RTU、电动执行机构等因素和设备技术参数进行考察和分析后,提出利用现有管网测压RTU设备对管网重要阀门进行遥测、遥控的技术方案,以及时应对管网事故和适应工况变化,提高供水管理和服务水平。
3．1技术方案
①远程通讯/控制终端选型
管网阀门远程调控系统和现有SCADA系统兼容,可以充分利用现有设备、无线频谱等资源。RTU选用现有SCADA系统中采用的MOSCADRTU,根据控制目标重新编写相应控制程序。
②上位机组态编程
在调度中心端上位机设定控制窗口和操作画面,通过基于短波电台的无线SCADA系统实时检测阀门
③执行机构选型
管网阀门安装在潮湿环境下的阀门井里,工作环境恶劣。为确保控制可靠性和设备安全,选用防护等级为IP68的电动头和高可靠性阀门配合作为执行机构,达到正常工作要求。
④电源
在被控阀门点附近单位寻找合适的动力/照明电源作为被控阀门系统的工作电源。根据电源情况选择电动头的驱动电源方式。在条件许可的情况下,尽可能选用动力电源作为工作电源。
⑤附属仪表
为及时掌握阀门调控情况和效果,在阀门下游安装压力传感器。采集的压力信号通过RTU传输到SCADA系统,平时作为测压点使用。
3．2系统安全措施
为保证设备安全和人身安全,方案设计和项目实施采取的技术措施有:
①供电安全
由于工作场合特殊,电源箱设计有漏电保护器。电动头电源仅在进行远程调控操作时通过RTU控制接通,阀门井内设备平时和市电隔离。
②阀门井及井盖设计选型
良好的外部环境是设备安全运行的重要因素。尽管设计选用设备能满足“浸水环境”工作,为提高系统可靠性,阀门井设计采用电信防水井盖,防止雨水侵入阀门井,为执行机构提供良好的外部工作环境。阀门井设计考虑了对井室积水作下渗处理,井室内设有渗水坑。
井室内设定位置设计安装干簧管水位开关,若因某种原因阀门井进水/渗水,水位达到设定高度时RTU会发送水位报警信息提示检修。
③操作时管网运行安全
阀门远程操作采取“动—停—动”的间歇运行模式进行控制,减少因阀门调控产生压力波动对管网安全运行的影响。该控制过程由“调度端上位机—现场RTU”在程序控制下共同实现。
④操作权限及系统管理
关键阀门是影响供水运行的重要设备,为防止误操作,调度中心上位机设有登陆密码和管理权限,并制定了相应的管理操作规程,如:对阀门远程调控系统操作实行操作票制度、定期对阀门进行启闭操作防止设备锈蚀、根据季节定时遥控接通电动头内置防潮除湿电热装置等。
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