“500”水库供水管道监测与自动化控制系统

贾辉+聂建华+许佳

摘 要：本文介绍了“500”水库供水配套管道安全监测，流量计量、自动化控制等综合信息化系统的设计思想、功能实现、运行管理等，通过实现了“无人值班、少人值守”的供水运行管理模式，为其它供水项目的设计提供参考。

关键词：管道监测 流量测量 数据整合 综合管控

新疆“500”水库属于大二型水库，随着工业园区周边用户需水量的不断增加，目前由供水池连接用户管道的单一供水模式已无法满足使用需求。为解决该日益突出的问题，新建11条有压管道直接从水库放空涵取水的模式向各用户配水。其管道安全监测、自动化计量及相应控制系统能有效减轻运行值班人员劳动强度，为合理配置水资源及安全供水起到积极作用。

1.安全监测系统结构与仪器布设

1.1系统结构

根据现场无人值守要求，现场布置的安全监测自动化采集系统经过主干光缆将数据传输到“500”管理处汇入大坝安全监测及评估系统。

1.2主要仪器的布设

1.2.1钢管管壁应力监测

在主管段的明管与埋管交叉部位沿两管相交闭合曲线布置一周钢板计，共计6支（差阻式）。选择一根用户分水管，沿主管与分水管相交闭合曲线布置一周钢板计，共计4支（差阻式）。

1.2.2变形监测

在进水口断面监测钢管外包新混凝土与老混凝土之间的轴向相对变形，断面下、左、右各布置1支剪变形计，如图1。

1.2.3钢管内水压力监测

在明管与埋管交叉部位前端、主管的分水管前端、主管的尾端各布置一支内水压力计和压力表。内水压力计的量程核定为30米。

1.3仪器设备配置及技术要求，见表1。

2.计量系统设计

2.1设备选型

考虑计量系统需长期稳定可靠运行，以及售后服务的专业程度和现场人员掌握维护，可采用国外知名品牌GE超声波流量计。GE超声波流量计集最先进的间接流量测量技术的变送器封装为一体，直接安装在测量点上可间接无损测量，它是专为满管水，热水，循环水和污水等设计的产品。

2.2技术指标

夹装式测量精度：管径>150mm：通常为读数的±1%～±2%；

管径<150mm：通常为一般读数的±2%～±5%；

测量范围：-12.2m/s～12.2m/s。

2.3性能要求

流量计传感器采用外贴式安装，每两条供水管道共用一台流量计主机，实现对各管道流量数据的现地显示和存储。一旦流量数据远端采集装置出现故障，现地流量计能脱离远端数据采集单元并保持正常工作，不影响正常供水和计量。

2.4系统结构

供水管道流量计量系统采用485通信和以太网通信相结合的方式。每台流量计主机提供MODBUS协议的串口，串口间采用串联的方式相互连接，通过通信电缆接入“500”出口管理站已建成的流量测量系统，在“500”管理处操作员站上进行显示和存储。在“500”流量计量房设置1台流量计屏显示，用于安装8套流量计主机，屏内安装24V开关电源等装置。

3.电源及防雷设计

3.1UPS不间断电源

出口管理站使用已建的电源系统，计量井需新增一套UPS不间断电源，支持8小时可持续供电，以保证流量计设备的用电安全。

流量计主机及传感器每套功耗50W，共计400W；

流量计屏，共500W；

以上统计的总功耗为1000W，考虑适当的裕量，选用3KVA的UPS。3.2避雷防护

流量计屏中安装电源避雷器，并做好屏柜接地。考虑测量系统的电气和信号防雷与配电及房建的防雷采用等电位联合接地方案，在建筑物每个房间内配置两个等电位连接体。

4.软件设计与主要应用功能

4.1逐级管理分散处置原则

现地控制检测层：放空涵闸门现地控制和供水管道在线监测两个单元安全级别及优先级最高，它向下接收各类传感器与执行机构的输入输出信息，采集设备运行参数和状态信号；向上接收上级控制主机的监测监控命令，并上传现场的实时信息，实施对现场执行机构的逻辑控制。现地控制级的设计保证当它与主机系统脱离后仍然能实现对闸门、管道运行进行必要的监视和控制功能，而当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。

4.2 闸门 5级联控供水工作模式

“500”放空涵建有两孔30吨液压闸门，为保障供水生产和水库放空涵安全作用，在2005年已安装闸控系统现地/手动操控、现场/自动触摸屏控制、远方/自动计算机控制的基础上。2009年至2011年分别两次改造升级，开发专门针对供水模式设计的闸门开环及闭环自动控制系统，闭环供水控制模式为设定蓄水池水位区间参数等控制条件，对闸门开度控制进行反馈，能满足单日20万方供水量的小量级使用条件。在2011年后用户供水量递增显著，设计用户供水方式为蓄水池加有压管道两种模式，单日供水可满足20 — 100万方，针对以上条件开发了闸门开环自动控制模式，闸门开度保护行程在20cm—100cm范围，供水池水位减少到低限值时，闸门自行逐级调节，到达预警水位时闸门逐级关闭保证蓄水池水位不超过告警水位数值，直到达到下线预警水位时才逐级提升闸门开度。当超过高底线告警水位时，闸门执行闭锁条件关闭闸门并发出紧急告警，预留时间让值守人员排除障碍后解除锁定恢复正常供水。

5.应急预案及实施经验

5.1应急预案

在一个独立控制系统中，要完成一个或多个循环工作，外部或客观条件制约作用。建立应急预案也要结合外部预案执行。如应急供电与抢修恢复预案；闸门卡滞与液压系统故障排除；蓄水池水位超限与关闭闸门及用户供水管道；特定条件下控制系统退出运行启动应急供水方式等。5.2运行经验总结

设计重要的供水项目需要建立一套独立的控制系统和软件平台，同时根据硬件的实际工况确定采用何种自动控制模式；供水项目需要单独进行应急预案的设计，必须考虑周全，确保供水系统运行的安全稳定；加强对专业技术人员的培养，能正确掌握供水自动化系统的使用模式和要点，同时需要及时发现问题、排查隐患，确保系统安全工作；信息化系统的设备可靠性及冗余设计安全性至关重要。

5.3优化调度

该系统能充分发挥出合理调水，科学计量，安全运行，可靠供水，事故预警和故障及时排查，并提供专家诊断功能。系统兼容处理流域降水、工农业用水、生活用水以及上下游水资源信息，建立水资源数据链关系，在合理调配水资源统一指挥调度下，充分发挥水库联动运行的经济效益和社会效益。

6.结论

新疆“500”供水闸联动稳控及水务综合管理系统的建设采用先进的软硬件平台，充分使用当代水利建设设计理念，该项目的建设极大的提高了“500”水库供水安全和供水可靠性，实现从有人到少人再到无人化管理，保持该地区国民经济可持续发展，对边疆经济发展具有积极意义。

参考文献：

[1]霍宁，谢亚平，周庆忠.泵站综合自动化.水电厂自动化[J]，2002，04.

[2]龚玉栋，刘新泉.解台泵站计算机自动控制系统设计.水电自动化与大坝监测[J]，2007，04.endprint