二次供水泵房智慧化精準調(diào)控的研究與實現(xiàn)

郭照鋒

摘? 要：為了供水科學調(diào)度，對公司服務區(qū)域內(nèi)163套二次供水設施進行升級改造，在二次供水水箱進水閥位置加裝遠程控制裝置，并與自來水公司調(diào)度中心聯(lián)網(wǎng)，在用水高峰時間段關閉進水閥，非用水高峰期開閥儲水，利用二次供水水箱的調(diào)蓄功能，實現(xiàn)削峰填谷，起到高峰期穩(wěn)定管網(wǎng)水壓的目的。經(jīng)過精準化調(diào)控，起到了錯峰供水的作用，由于錯峰生產(chǎn)，同時起到了節(jié)約電費的作用。精準化的調(diào)控無論是應對夏季高峰供水，還是節(jié)能降耗，都具有重大意義。

關鍵詞：二次供水? 削峰填谷? 管網(wǎng)壓力? 節(jié)能降耗

中圖分類號：TU991.3? 文獻標識碼：A

Abstract： In order to scientifically dispatch water supply， 163 sets of secondary water supply facilities in our service area were upgraded. The remote control device shall be installed at the inlet valve of the secondary water supply tank and connected with the dispatching center of the water supply company. The inlet valve was closed during peak hours， and the valve was opened for water storage during non peak hours. The regulation and storage function of the secondary water supply tank was used to realize peak shaving and valley filling. It can stabilize the water pressure of the pipe network in the peak period. Through precise regulation， it plays the role of staggered peak water supply. Due to staggered peak production， it also plays the role of saving electricity charges. Precise regulation is of great significance to deal with peak water supply in summer and energy conservation and consumption reduction.

Key Words： Secondary water supply; Peak cutting and valley filling; Pipe network pressure; Energy saving

1 背景與意義

1.1背景

隨著鄭州市高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)（以下簡稱：高新區(qū)）的高速發(fā)展，人口的急速的增加，2018年高新區(qū)用水用戶超過16萬戶，管網(wǎng)供水不足開始顯現(xiàn)。夏季用水高峰初期，高新供水陸續(xù)接到多起投訴電話反映用水壓力低，用水高峰期無水的情況。經(jīng)工作人員上門實地訪查發(fā)現(xiàn)，這些用戶多是小區(qū)直供層用戶，一樓商戶和工業(yè)用戶等。經(jīng)測量個別商業(yè)用戶在用水高峰期供水壓力在0.1 MPa左右。

水壓低和無水的情況嚴重影響了居民的正常生活和高新供水的服務質(zhì)量。經(jīng)統(tǒng)計，這些用戶大多分布在管網(wǎng)末梢位置和個別規(guī)模較大小區(qū)。隨著開發(fā)區(qū)不斷的發(fā)展建設，每年都有大量人口和企業(yè)增加，用水量也每年都在遞增，提高管網(wǎng)供水能力，改善管網(wǎng)末梢供水壓力是高新供水有限公司面臨的急迫問題[1]。

經(jīng)過調(diào)查分析，絕大部分用戶用水壓力低原因是管網(wǎng)供水壓力低，供水管線過長，距離水廠較遠，高峰期水廠供水不足導致。2018年供水高峰時期，高新供水公司供水量達9.8萬m3/d，接近滿負荷（10萬m3/d）運行，然而水廠日生產(chǎn)水能力/d，清水池容積卻只有9 000 m3，無法滿足高新區(qū)城市日益增長的用水需求。

1.2解決方案分析

通常解決供水壓力低問題的方法多采用加大給水管通徑，提高供水壓力。目前，水廠已有兩條DN1000供水管線， 高峰期供水壓力已提高至0.42 MPa，但如果增建新的供水管線和送水泵房，也會受到清水池只有9 000m3容積的限制。且考慮施工環(huán)境及施工周期等因素，無法保證短期內(nèi)實現(xiàn)。然而水廠的日產(chǎn)水能力是17萬m3，鑒于此，那么是否可以增建大容積清水池充分利用水廠產(chǎn)能呢？高新區(qū)水廠占地面積只有約20 000 m2，水廠現(xiàn)有設施已經(jīng)非常緊湊，即使忽略其他因素，僅場地面積限制已經(jīng)使得增建清水池方案不可行了。另外，高新區(qū)水廠位于高新區(qū)東南角位置，供水管線過長，沿途水頭損失嚴重。

綜上所述，從根本上解決當前問題還是要建設第二水廠，才能有效改善管網(wǎng)末梢供水壓力，但受資金和施工周期影響，還無法解決近兩年供水壓力。因此，需要尋求新的方法來解決短期內(nèi)面臨的問題。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，目前高新區(qū)有二次供水泵房134個，水箱163個，總?cè)莘e約16 953m3。這些水箱的進水都采用浮球控制方式，水箱一直保持滿水狀態(tài)。那么如果能充分利用這些水箱的蓄水功能，錯峰供水，將能充分發(fā)揮水廠產(chǎn)能，緩解供水壓力。

2技術方案設計

2.1設計原則

設計目的是利用二次供水泵房水箱蓄水功能實現(xiàn)錯峰供水，緩解管網(wǎng)供水壓力，改善管網(wǎng)直供用戶的用水質(zhì)量，然而改造措施需要實施在二次供水泵房。那么在二次供水泵房改造方案設計時應該遵循一定的原則。

2.1.1 安全原則

不論采用任何方案或改造方式，都應該保證安全的前提下實施。在方案設計過程中應該考慮到可能影響安全的因素。如果泵房水箱溢水或管道漏水造成地面積水，為了保障維修人員的安全，應當在控制箱內(nèi)設置漏電保護開關，在設備驗收過程中，應當重點檢查是否安裝漏電保護開關，檢查控制箱是否有效接地。

2.1.2 用水保障原則

二次供水泵房改造后必須保證二次供水用戶的用水壓力和用水質(zhì)量。應當采取措施確保二次供水水箱水質(zhì)，供水量和防止溢水。

2.1.3穩(wěn)定

改造技術方案實施時，應當先選擇改造地點進行足夠時間和多項目的測試，提供一個可靠的控制系統(tǒng)，以便更好的推廣和實施，避免因系統(tǒng)不穩(wěn)定給用戶帶來諸多的不便而造成用戶的抵觸，給方案的推廣和大面積實施形成阻礙。給高新供水公司形象帶來損害。

2.1.4經(jīng)濟原則

采取方案在滿足功能需求的同時應當盡可能地降低改造成本[2]。

2.2準備工作

在方案設計前對高新區(qū)所有泵房進行了調(diào)查和統(tǒng)計工作作為方案分析和設計的依據(jù)。統(tǒng)計內(nèi)容包括泵房位置，二次供水設備品牌，水箱容積，溢流口高度，進水口高度，浮球高度，出水口高度，有效調(diào)節(jié)容積，供水用戶數(shù)量，二次供水水泵保護液位等。

2.3智慧化改造方式

2.3.1現(xiàn)狀進水方式

目前，中、高層泵房水箱主要由水力浮球閥進行控制，水力浮球閥安裝在水箱進水口處。當水位下降到浮球閥低位時，主閥門打開進水;當水位升高到浮球閥高位時，主閥門關閉進水。這種補水方式雖然簡單，但是頻繁開啟閥門，容易造成進水浮球閥的損壞，造成對市政管網(wǎng)壓力的沖擊，絕大部分時間水箱液位一直保持在高水位狀態(tài)，水箱里的水無法得到充分置換，對水質(zhì)也會造成一定的影響。

2.3.2 二次供水精準化控制原理

精準化控制的原理就是，將水箱進水閥門改造為可遠程控制閥門，在用水高峰期關閉進水閥門，使用水箱中儲存的水給高層用戶供水，避免用水高峰期水箱進水閥門打開給管網(wǎng)壓力帶來的損失，從而改善直供用戶用水質(zhì)量，在用水低谷期打開供水閥門給二次供水水箱補水，通過這種方式來合理利用水廠產(chǎn)能，實現(xiàn)用水平衡、穩(wěn)定管網(wǎng)壓力、節(jié)能降耗[3]。

2.3.3 系統(tǒng)架構(gòu)及基本功能

（1）在每個泵房內(nèi)安裝一套配水控制終端，內(nèi)設工業(yè)級可編程控制器，可實時控制二次供水水箱進水閥門，可監(jiān)測測水箱液位狀態(tài)。（2）設置人機操作面板，可實現(xiàn)本地操作和參數(shù)設置。（3）設本地手/自動操作模式，可實現(xiàn)系統(tǒng)本地手動運行和自動運行，提高系統(tǒng)可靠性，保障本地供水。（4）可設置至少4個高峰時間段。（5）設置物聯(lián)網(wǎng)傳輸終端，能夠通過移動無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)狡髽I(yè)數(shù)據(jù)中心服務器，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制閥門開啟和設置參數(shù)。（6）企業(yè)數(shù)據(jù)中心軟件平臺具備歷史數(shù)據(jù)記錄，報警記錄，歷史數(shù)據(jù)查詢，用戶操作日志等功能。（7）根據(jù)水箱溢流口位置和進水口高度設置高水位，當水位到達高水位后關閉進水閥門，根據(jù)出水口高度和二次供水水泵保護液位設置低液位，當水箱水位低于低液位時打開閥門開始蓄水[4]。

配水控制終端根據(jù)設定的高峰期時間段開啟和關閉閥門，當進入高峰時段后關閉閥門，高峰時間段結(jié)束時打開閥門，同時根據(jù)液位計控制水箱液位，保證高層用戶有水用的情況下，盡可能在高峰期減少水箱進水。

2.4保障措施

（1）設置低峰期液位上限：如果電磁浮球閥壞的情況下，會一直補水，此參數(shù)設定上限防止水溢流到水箱外部。

（2）低峰期液位下限：浮球閥正常的情況下，此參數(shù)不起作用，以浮球閥位置作為液位控制。當浮球閥壞的情況下，此參數(shù)為了保證在低峰期都能維持在一個高水位。

（3）高峰期液位上限：此參數(shù)設置要低于低峰期上限，高峰期盡量減少補水時間，補到上限即關閉電磁閥。

（4）高峰期液位下限：此參數(shù)設置要高于停泵液位，留足補水時間，防止補水不及時造成停泵現(xiàn)象。

（5）浮球閥液位：根據(jù)現(xiàn)場測量所得。

（6）報警上限：低于溢流口位置，達到此上限即報警通知管理人員。

（7）報警下限：高于停泵液位，達到此上限即報警通知管理人員。

（8）在接近地面2 cm位置設置水浸開關，如檢測到有溢水情況同樣發(fā)出報警信號通知管理人員[5]。

2.5試點測試

由于關系到超10萬戶居民用水，因此在方案整體實施前為確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定、可靠，要對系統(tǒng)進行全面的測試。首先，選擇相對比較近的，方便維護的13個居民社區(qū)作為試點來測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性。其次做好應急方案，安排好機動人員，隨時準備處理故障停水問題，以免造成長時間停水，影響居民正常用水。

3智慧化改造的效果及其他作用

用時兩個多月，高新區(qū)130多個泵房改造完畢。經(jīng)過一段時間的使用和測試，對泵房智慧化改造的效果做了總結(jié)，并發(fā)現(xiàn)了一些有利于供水服務工作的其他作用。

3.1 錯峰供水，緩解高峰供水壓力

圖2是某居民小區(qū)二次供水泵房12月份28日0點到31日0點的液位歷史曲線和閥門狀態(tài)圖，從圖中可以看出液位和閥門狀態(tài)隨時間的變化。

在1：30開啟閥門，液位從1.6 m補至2.1 m;在7：00～9：30早高峰期間關閉閥門，從水箱取水，液位從2.0 m降到1.63 m，過了高峰期開始打開閥門補水。在21：30開始進入晚高峰期間關閉閥門，從水箱取水，液位從2.05 m降到1.56 m，直到過了1：30打開閥門開始補水。

3.2 發(fā)揮蓄水功能，利用水廠夜間產(chǎn)能

水廠的產(chǎn)能是17萬m3/天，用水主要集中在24：00點前，如果使二次供水水箱在每日0點后補水，將會在一定程度上緩解白天供水壓力。

3.3協(xié)助管理人員了解現(xiàn)場狀況并提高服務效率

二次供水部門工作人員可以通過瀏覽器訪問服務器查看采集到的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，依據(jù)這些壓力、閥門狀態(tài)，參數(shù)設置等。根據(jù)這些可以預先分析造成泵房設備故障的原因，可以為去現(xiàn)場處理問題做好準備工作，甚至避免去現(xiàn)場處理問題。

3.4 及時發(fā)現(xiàn)和解決溢水事件

每處本地控制系統(tǒng)都設有水浸開關和報警輸出?；蛲ㄟ^報警輸出警示物業(yè)管理人員，或通過公司數(shù)據(jù)中心報警提示二次供水服務人員，都能夠及早地發(fā)現(xiàn)泵房溢水事件，以便及時處理。同時，二次供水部門服務人員可以通過歷史數(shù)據(jù)分析溢水原因。

3.5 改善水箱中的自來水水質(zhì)

水箱液位通常是由液位浮球開關來控制的，水箱的液位長期保持滿水狀態(tài)，這樣不利用其內(nèi)部水的循環(huán)，容易存在死水區(qū)。智慧化改造后通過電動浮球閥啟閉、在高峰期最大程度地從水箱取水，避免因自來水長期在水箱內(nèi)存留而造成的二次污染，極大地改善了水箱水質(zhì)。

3.6 降低生產(chǎn)成本

因為高峰期利用水箱作為清水池，可以減少白天水廠水量的供應，據(jù)鄭州市2018年電費收費標準，夜間0：00以后電價約為平段電價的50%。夜間箱補水能夠增加水廠夜間產(chǎn)量，做到均衡生產(chǎn)，同時可以降低水廠的用電成本。

4 技術展望

4.1 智能自適應調(diào)控

各個二次供水泵房存在水箱大小不同，用水量不同，進水管道通徑不同。如果結(jié)合自動化控制技術，通過單個控制終端，記錄和分析該泵房的用水量和用水時段，自動調(diào)整進水量和進水流量，實現(xiàn)不同泵房的差異化控制，達到按需供給的目的;避免生活用水在水箱中過多的滯留，提高用水質(zhì)量，減少保鮮和殺菌藥劑的投放[6]。

4.2? 實現(xiàn)智慧化云控制

以智慧水務平臺為控制中樞，根據(jù)區(qū)域管網(wǎng)壓力統(tǒng)籌控制二次供水泵房進水時間和流量，平衡管網(wǎng)壓力，提高管道使用壽命，降低爆管率，從而提高居民用水質(zhì)量，降低漏失率和二次污染[7]。

4.3 努力降低改造成本

總結(jié)實施結(jié)論，優(yōu)化、完善技術方案，形成企業(yè)標準。利用二次供水設備原有控制系統(tǒng)，降低改造成本。

參考文獻

[1]陸智勇，倪云.中高層住宅二次供水泵房水箱削峰作用的探索和研究[J].城鎮(zhèn)供水，2020（1）：65-72.

[2]楊亞龍，楊先鋒，方潛生.基于新型建筑智能化平臺的二次供水優(yōu)化運行算法研究[J].安徽建筑大學學報，2020（3）：26-31.

[3]莊仲輝.寧波市二次供水改造方案優(yōu)化設計研究和探討[J].給水排水，2015，51（12）：79-81.

[4]趙丹，張建煜，王申，等.淺談鄭州市二次供水水箱優(yōu)化調(diào)控改造思路[J].城鎮(zhèn)供水，2019（6）：51-53，24.

[5]鄒享保，王文勝.新型智能二次供水控制系統(tǒng)研究[J].機電信息，2019（24）：36-38.

[6]郭晶晶，王雲(yún)子.信息技術在二次供水行業(yè)監(jiān)管中的應用探析[J].城鎮(zhèn)供水，2021（4）：92-94.

[7]高偉，程彩霞，趙曄，等.加強小區(qū)二次加壓調(diào)蓄設施建設與管理思路研究[J].城鄉(xiāng)建設，2020（14）：20-22.