山丘区输水工程安全运行调度系统及安全运行调度方法

摘要

本发明公开了一种山丘区输水工程安全运行调度系统，其包括分流池、泵站前池、泵站、输水管道、有压隧洞、无压隧洞、高位水池、分水口，在泵站前池的上游的输水系统中设有分水闸和节制闸，在有压隧洞的进口设置有调流调压阀，在所述分水口和无压隧洞的上游均设有调流调压阀，在输水系统的末端也设置有调流调压阀；在泵站前池、泵站的各水泵进出水端、分水口、沿输水线路临调点均设置有压力表、流量计、水位计、计时器，还包括一控制单元，所述控制单元的数据采集端与所述的压力表、流量计、水位计、计时器连接，所述控制单元的控制端与控制水泵的水泵控制柜、控制所述调流调压阀的调流调压阀控制柜、控制所述节制闸、分水闸、分水阀门的控制柜连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种输水工程安全运行调度系统，特别涉及一种山丘区多起伏、 长距离、高扬程具有加压输水和有压重力流输水方式的复杂输水系统的安全运 行调度系统。本发明还涉及利用所述输水工程安全运行调度系统的调度运行方 法。

背景技术

山丘区长距离高扬程管道输水工程中，各类水锤事故的发生是较为普遍的 现象，尤其是管线高差起伏较大、地形复杂的工程。事故产生的实例也是多种 多样的，输水系统中常因开启水泵或其他调度运行方法不当等原因，使输水管 内的压力在下降之后又产生不同程度的压力上升，从而导致水锤发生。水锤事 故都会造成不同程度的灾害，轻则造成水管破裂(即爆管)，致使供水中断，影 响正常的生产和生活，重则造成淹毁泵站等严重后果。个别情况下，还会因水 锤事故破坏管线，造成水流冲坏建筑物、损坏设备、伤及操作人员等次生灾害。 对于容易发生水柱分离以及断流再弥合水锤的山丘区输水工程，一般采用如下 三种输水方式：(1)全部加压输水方式；(2)加压输水和有压重力流输水结合 方式；(3)重力流输水。相比较而言，在不具备完全重力流输水条件下，加压 结合有压重力流是较为经济的输水方式。在具有加压输水和有压重力流输水方 式的复杂输水系统中，以往在工程实际中，操作人员往往仅凭经验，在一定的 工况范围内进行操作运行，其结果容易造成水锤事故多发。合理的确定调度运 行方法和系统装置成为该类工程实施应用的难题。因此，合理的调度运行方法 和系统装置的配置是实现输水工程的安全运行关键之所在，也是本发明需要解 决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种安全、可靠的安全运 行调度系统及调度方法。

本发明中的山丘区输水工程安全运行调度系统是通过如下技术方案来实现 的：一种山丘区输水工程安全运行调度系统，包括设置在输水系统中的分流池、 泵站前池、由若干定速水泵和调速水泵组成的泵站、输水管道、有压隧洞、设 有进口竖井和出口竖井的无压隧洞、高位水池、设有分水阀门的分水口，其特 征是：在所述泵站前池的上游的输水系统中设有分水闸和节制闸，在有压隧洞 的进口设置有调流调压阀，在所述分水口和无压隧洞的上游均设有调流调压阀， 在输水系统的末端也设置有调流调压阀；在泵站前池、泵站的各水泵进出水端、 分水口、沿输水线路临调点均设置有压力表、流量计、水位计、计时器，还包 括一控制单元，所述控制单元的数据采集端与所述的压力表、流量计、水位计、 计时器连接，所述控制单元的控制端与控制水泵的水泵控制柜、控制所述调流 调压阀的调流调压阀控制柜、控制所述节制闸、分水闸、分水阀门的控制柜连 接。

本发明通过在泵站前池的上游的输水系统中设置分水闸和节制闸便于对上 游来水进行控制。通过由若干调速泵和定速泵组成的泵站可以对水泵进行不同 的组合以满足各种工况条件下输水系统流量平衡要求，不同的水泵组合例如： 定速泵台数、调速泵台数、调速泵的调速比例等。通过在分水口、无压隧洞的 上游及在输水系统的末端设置调流调压阀，便于对输水系统中的水量及水压进 行及时调控。并通过控制单元对输水系统中的压力、流量、水位、时间等进行 控制，从而便于实现输水系统在不同工况条件下的安全调度运行。

进一步的，在所述有压隧洞的出口设置有调节水池。通过调节水池可以更 加明确、安全的将调节水池上下游压力管段分为两段；并且当有压隧洞进口处 的调流调压阀无法正常关闭时，通过调节水池的溢流，防止调节水池下游段管 道承受较大的压力。

进一步的，在所述有压隧洞进口处的调流调压阀的上游设置有两阶段关闭 的液控蝶阀，在有压隧洞进口处的调流调压阀的下游高点位置管道上设置真空 破坏阀。当有压隧洞进口处的调流调压阀无法正常关闭时，液控蝶阀分两阶段 关闭，防止下游段管道承受较大的压力。当液控蝶阀关闭过程中，真空破坏阀 向管道内大量补气，防止产生负压及过高的水锤压力危及管道安全。

本发明中上述的山丘区输水工程安全运行调度系统的安全运行调度方法， 所采用的技术方案是：其包括如下步骤：

(1)在控制单元中读入输水系统运行工况参数，包括输水系统所含各段的输水 流量、分水流量；

(2)在控制单元中读入输水系统中泵站的调控参数，包括泵站设计流量、设计 扬程、转速、泵站前池特征水位以及泵站前池特征水位下水泵不同组合台数对 应的水泵扬程和流量；

(3)根据各工况条件下的输水流量和泵站前池设计水位确定水泵运行组合方 案，该水泵运行组合方案中包括定速泵台数、调速泵台数、调速泵的调速比例， 并在控制单元中读入系统各工况条件下的泵站水泵运行组合方案；

(4)在控制单元中读入输水系统中各调流调压阀流量—开度的对应关系值，及 分水闸、节制闸流量—开度的对应关系值；

(5)采集实时运行工况下各水泵的特征数据、全线调压点的流量、压力、水位、 开度、时间数据；

(6)按照指定工况水泵运行组合方案和时间间隔逐台开机或停机或工况转换， 开机、停机过程和系统正常运行采用增减泵站机组、水泵调速、分水闸和节制 闸开度、调流调压阀开度进行流量、压力、水位控制，所述分水闸、节制闸、 调流调压阀的开度控制量与相应工况下的水泵运行组合方案相对应。

进一步的方案是，正常开机时先开变速泵，后开定速泵。

进一步的，输水系统运行过程中至少是以泵站前池、高位水池、无压隧洞 进、出口竖井的特征水位的变化作为泵站水泵开机和变速泵调速的控制参数， 以水位稳定在设计水位作为开机过程和系统正常运行的控制目标。

当泵站事故停电时，所述调流调压阀执行正常关阀程序，并调整节制闸、 分水闸的开度，使泵站前池水位稳定在设计水位。

当输水主管道出现管道爆管事故时，首先泵站执行正常停机程序，泵站前 池的多余水量通过溢流管溢流，所述调流调压阀执行正常关阀程序，再关闭事 故点管道上、下游的电动检修蝶阀。

本发明能够根据给定的工况条件，以调度系统流量平衡为原则，确定本发 明中的运行调度系统的泵站水泵投入数量(包括定速泵和调速泵)和开机次序 及时间间隔，以泵站前池、高位水池、调节水池、无压隧洞进、出口竖井的运 行水位稳定在设计水位为控制目标和最高水位、最低水位为边界条件，联合调 度水泵运行、调流调压阀开度，进行流量、压力和水池水位控制，从而解决输 水系统正常开机、正常停机及事故停机的安全运行问题。

附图说明

图1是本发明实施例1中的输水工程安全运行调度系统的前半部分组成示 意图；

图2是本发明实施例1中的输水工程安全运行调度系统的后半部分组成示 意图(接前半部分)；

图3是本发明实施例1中的输水系统纵断面的布置示意图；

图4是本发明实施例1中的控制系统组成示意图；

图5是本发明实施例2中的输水工程安全运行调度系统的前半部分组成示 意图；

图6是本发明实施例2中的输水工程安全运行调度系统的后半部分组成示 意图(接前半部分)；

图7是本发明实施例2中的输水系统纵断面的布置示意图；

图中，1是分流池，2是分水闸，3是节制闸，4是泵站前池，5是泵站，6 是输水管道，7是高位水池，8是调流调压阀A，9是有压隧洞，10是调节水池， 11是调流调压阀D，12是分水口，13是调流调压阀B，14是无压隧洞进口竖井， 15是无压隧洞，16是无压隧洞出口竖井，17是调流调压阀C，18是暗渠出口， 19是水库，20是有压隧洞出口，21是有压隧洞进口，22是流量计井A，23是 流量计井B，24是流量计井C，25是无压隧洞进口，26是无压隧洞出口，27 是下级泵站前池，28是真空破坏阀，29是压力传感器，30是液控蝶阀，31是 分流池水位传感器，32是分水闸控制单元，33是节制闸控制单元，34是泵站前 池水位传感器，35是泵站出口流量传感器，36是高位水池水位传感器，37是调 流调压阀A流量传感器，38是调流调压阀A控制单元，39是调节水池水位传 感器，40是调流调压阀D流量传感器，41是调流调压阀D控制单元，42是调 流调压阀B流量传感器，43是调流调压阀B控制单元，44是无压隧洞进口竖井 水位传感器，45是无压隧洞出口竖井水位传感器，46是调流调压阀C流量传感 器，47是调流调压阀C控制单元，48是下级泵站前池水位传感器，49是泵站控 制单元，50是下级泵站控制单元，51是总控制单元。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：

实施例1

如附图1-图4所示，一种山丘区输水工程安全运行调度系统，包括设置在 输水系统中的分流池1、泵站前池4、由若干定速水泵和调速水泵组成的泵站5、 输水管道6、有压隧洞9、设有进口竖井14和出口竖井16的无压隧洞15、高地 水池7、设有分水阀门的分水口12，其特征是：在所述泵站前池4的上游设有 分水闸2和节制闸3，在有压隧洞9的进口设置有调流调压阀A8，在有压隧洞 9的出口设置有调节水池10，在所述分水口12的上游设有调流调压阀D11，在 无压隧洞15的上游设有调流调压阀B13，在输水系统的末端设置有调流调压阀 C24；在泵站前池4、泵站5的各水泵进出水端、分水口12、沿输水线路临调点 均设置有压力表、流量计、水位计、计时器；还设有控制水泵的控制柜，控制 所述调流调压阀的调流调压阀控制柜，控制所述节制闸、分水闸、分水阀门的 控制柜；还包括一控制单元，所述控制单元的数据采集端与所述的压力表、流 量计、水位计、计时器连接，所述控制单元的控制端与水泵控制柜、调流调压 阀控制柜、控制所述节制闸、分水闸、分水阀门的控制柜连接。

上述的输水工程安全运行调度系统的调度方法是：

包括如下步骤：

(1)在控制单元中读入输水系统运行工况参数，包括输水系统所含各段的输水 流量、分水流量；

(2)在控制单元中读入输水系统中泵站的调控参数，包括泵站设计流量、设计 扬程、转速、泵站前池特征水位(最高水位、设计水位、最低水位)以及泵站 前池特征水位下水泵不同组合台数(1台、2台...n台组合)对应的水泵扬程和 流量；

(3)根据各工况条件下的输水流量和泵站前池设计水位确定水泵运行组合方案 该运行组合方案中包括定速泵台数、调速泵台数、调速泵的调速比例，并在控 制单元中读入系统各工况条件下的泵站水泵运行组合方案；

(4)在控制单元中读入输水系统中各调流调压阀流量—开度的对应关系值，及 分水闸、节制闸流量—开度的对应关系值；

(5)采集实时运行工况下各水泵的特征数据、全线调压点的流量、压力、水位、 开度、时间数据；

(6)按照指定工况水泵运行组合方案和时间间隔逐台开机或停机或工况转换， 开机、停机过程和系统正常运行采用增减泵站机组、水泵调速、分水闸和节制 闸开度、调流调压阀开度进行流量、压力、水位控制，所述分水闸、节制闸、 调流调压阀的开度控制量与相应工况下的水泵运行组合方案相对应。

正常开机时，先开变速泵后开定速泵，按照各工况对应的水泵机组台数的 配置方案和时间间隔顺序开机。输水系统运行过程以泵站前池、高位水池、调 节水池、无压隧洞进出口竖井的特征水位的变化作为各泵站水泵开机和变速泵 调速的控制参数，以水位稳定在设计水位作为开机过程和系统正常运行的控制 目标；开机过程和系统正常运行采用增减泵站机组、水泵调速、分水闸、节制 闸和调流调压阀开度进行流量、压力、水位控制，控制量与工况代号和开机过 程相对应。

正常停机：泵站按设定的间隔逐台停机，调流调压阀执行正常关阀程序， 节制闸开度减小、分水闸开度增大，各控制量与停机过程相对应。

事故停机：

(1)当泵站事故停电时，调流调压阀A、调流调压阀B、调流调压阀C、 调流调压阀D执行正常关阀程序，并调整节制闸、分水闸开度，泵站前池水位 稳定在设计水位。

(2)当发生管道爆管或其它事故时：

当监测到某段管道上下游相邻流量、压力监测点显示的流量出现较大偏差 或压力突然发生剧变时，即可判定该两监测点间管道出现事故。首先泵站执行 正常停机，泵站前池的多余水量通过溢流管溢流，调流调压阀A、调流调压阀B、 调流调压阀C、调流调压阀D执行正常关阀程序，再关闭事故点管道上、下游 电动检修蝶阀。若分水管道流速大于某一值时，认为分支管道发生事故，在关 闭分水口调流调压阀门，保护主管道系统的压力和防止大量失水浪费。若主管 道系统不需停机，则相应调整系统运行工况。

本实施例中的其他部分采用现有技术，在此不再赘述。

实施例2

如附图5-图7所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实 施例中在有压隧洞9进口处的调流调压阀A8的上游设置有两阶段关闭的液控蝶 阀30，在有压隧洞9进口处的调流调压阀A8的下游高点位置管道上设置真空 破坏阀28。而在有压隧洞9的出口不设调节水池。

本实施例中设置液控蝶阀30和真空破坏阀28的目的是当有压隧洞进口处 的调流调压阀无法正常关闭时，液控蝶阀分两阶段关闭，防止下游段管道承受 较大的压力。当液控蝶阀关闭过程中，真空破坏阀向管道内大量补气，防止产 生负压及过高的水锤压力危及管道安全。

本实施例中的其他部分与实施例1相同，在此不再赘述。