山丘區(qū)輸水工程安全運行調度系統(tǒng)及安全運行調度方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輸水工程安全運行調度系統(tǒng)，特別涉及一種山丘區(qū)多起伏、長距離、高揚程具有加壓輸水和有壓重力流輸水方式的復雜輸水系統(tǒng)的安全運行調度系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及利用所述輸水工程安全運行調度系統(tǒng)的調度運行方法。
【背景技術】
[0002]山丘區(qū)長距離高揚程管道輸水工程中，各類水錘事故的發(fā)生是較為普遍的現象，尤其是管線高差起伏較大、地形復雜的工程。事故產生的實例也是多種多樣的，輸水系統(tǒng)中常因開啟水泵或其他調度運行方法不當等原因，使輸水管內的壓力在下降之后又產生不同程度的壓力上升，從而導致水錘發(fā)生。水錘事故都會造成不同程度的災害，輕則造成水管破裂(即爆管)，致使供水中斷，影響正常的生產和生活，重則造成淹毀泵站等嚴重后果。個別情況下，還會因水錘事故破壞管線，造成水流沖壞建筑物、損壞設備、傷及操作人員等次生災害。對于容易發(fā)生水柱分離以及斷流再彌合水錘的山丘區(qū)輸水工程，一般采用如下三種輸水方式:(I)全部加壓輸水方式；(2)加壓輸水和有壓重力流輸水結合方式；(3)重力流輸水。相比較而言，在不具備完全重力流輸水條件下，加壓結合有壓重力流是較為經濟的輸水方式。在具有加壓輸水和有壓重力流輸水方式的復雜輸水系統(tǒng)中，以往在工程實際中，操作人員往往僅憑經驗，在一定的工況范圍內進行操作運行，其結果容易造成水錘事故多發(fā)。合理的確定調度運行方法和系統(tǒng)裝置成為該類工程實施應用的難題。因此，合理的調度運行方法和系統(tǒng)裝置的配置是實現輸水工程的安全運行關鍵之所在，也是本發(fā)明需要解決的冋題。

【發(fā)明內容】

[0003]針對現有技術中存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種安全、可靠的安全運行調度系統(tǒng)及調度方法。
[0004]本發(fā)明中的山丘區(qū)輸水工程安全運行調度系統(tǒng)是通過如下技術方案來實現的:一種山丘區(qū)輸水工程安全運行調度系統(tǒng)，包括設置在輸水系統(tǒng)中的分流池、泵站前池、由若干定速水泵和調速水泵組成的泵站、輸水管道、有壓隧洞、設有進口豎井和出口豎井的無壓隧洞、高位水池、設有分水閥門的分水口，其特征是:在所述泵站前池的上游的輸水系統(tǒng)中設有分水閘和節(jié)制閘，在有壓隧洞的進口設置有調流調壓閥，在所述分水口和無壓隧洞的上游均設有調流調壓閥，在輸水系統(tǒng)的末端也設置有調流調壓閥；在泵站前池、泵站的各水泵進出水端、分水口、沿輸水線路臨調點均設置有壓力表、流量計、水位計、計時器，還包括一控制單元，所述控制單元的數據采集端與所述的壓力表、流量計、水位計、計時器連接，所述控制單元的控制端與控制水泵的水泵控制柜、控制所述調流調壓閥的調流調壓閥控制柜、控制所述節(jié)制閘、分水閘、分水閥門的控制柜連接。
[0005]本發(fā)明通過在泵站前池的上游的輸水系統(tǒng)中設置分水閘和節(jié)制閘便于對上游來水進行控制。通過由若干調速泵和定速泵組成的泵站可以對水泵進行不同的組合以滿足各種工況條件下輸水系統(tǒng)流量平衡要求，不同的水泵組合例如:定速泵臺數、調速泵臺數、調速泵的調速比例等。通過在分水口、無壓隧洞的上游及在輸水系統(tǒng)的末端設置調流調壓閥，便于對輸水系統(tǒng)中的水量及水壓進行及時調控。并通過控制單元對輸水系統(tǒng)中的壓力、流量、水位、時間等進行控制，從而便于實現輸水系統(tǒng)在不同工況條件下的安全調度運行。
[0006]進一步的，在所述有壓隧洞的出口設置有調節(jié)水池。通過調節(jié)水池可以更加明確、安全的將調節(jié)水池上下游壓力管段分為兩段；并且當有壓隧洞進口處的調流調壓閥無法正常關閉時，通過調節(jié)水池的溢流，防止調節(jié)水池下游段管道承受較大的壓力。
[0007]進一步的，在所述有壓隧洞進口處的調流調壓閥的上游設置有兩階段關閉的液控蝶閥，在有壓隧洞進口處的調流調壓閥的下游高點位置管道上設置真空破壞閥。當有壓隧洞進口處的調流調壓閥無法正常關閉時，液控蝶閥分兩階段關閉，防止下游段管道承受較大的壓力。當液控蝶閥關閉過程中，真空破壞閥向管道內大量補氣，防止產生負壓及過高的水錘壓力危及管道安全。
[0008]本發(fā)明中上述的山丘區(qū)輸水工程安全運行調度系統(tǒng)的安全運行調度方法，所采用的技術方案是:其包括如下步驟:
[0009](I)在控制單元中讀入輸水系統(tǒng)運行工況參數，包括輸水系統(tǒng)所含各段的輸水流量、分水流量；
[0010](2)在控制單元中讀入輸水系統(tǒng)中泵站的調控參數，包括泵站設計流量、設計揚程、轉速、泵站前池特征水位以及泵站前池特征水位下水泵不同組合臺數對應的水泵揚程和流量；
[0011](3)根據各工況條件下的輸水流量和泵站前池設計水位確定水泵運行組合方案，該水泵運行組合方案中包括定速泵臺數、調速泵臺數、調速泵的調速比例，并在控制單元中讀入系統(tǒng)各工況條件下的泵站水泵運行組合方案；
[0012](4)在控制單元中讀入輸水系統(tǒng)中各調流調壓閥流量一開度的對應關系值，及分水閘、節(jié)制閘流量一開度的對應關系值；
[0013](5)采集實時運行工況下各水泵的特征數據、全線調壓點的流量、壓力、水位、開度、時間數據；
[0014](6)按照指定工況水泵運行組合方案和時間間隔逐臺開機或停機或工況轉換，開機、停機過程和系統(tǒng)正常運行采用增減泵站機組、水泵調速、分水閘和節(jié)制閘開度、調流調壓閥開度進行流量、壓力、水位控制，所述分水閘、節(jié)制閘、調流調壓閥的開度控制量與相應工況下的水泵運行組合方案相對應。
[0015]進一步的方案是，正常開機時先開變速泵，后開定速泵。
[0016]進一步的，輸水系統(tǒng)運行過程中至少是以泵站前池、高位水池、無壓隧洞進、出口豎井的特征水位的變化作為泵站水泵開機和變速泵調速的控制參數，以水位穩(wěn)定在設計水位作為開機過程和系統(tǒng)正常運行的控制目標。
[0017]當泵站事故停電時，所述調流調壓閥執(zhí)行正常關閥程序，并調整節(jié)制閘、分水閘的開度，使泵站前池水位穩(wěn)定在設計水位。
[0018]當輸水主管道出現管道爆管事故時，首先泵站執(zhí)行正常停機程序，泵站前池的多余水量通過溢流管溢流，所述調流調壓閥執(zhí)行正常關閥程序，再關閉事故點管道上、下游的電動檢修蝶閥。
[0019]本發(fā)明能夠根據給定的工況條件，以調度系統(tǒng)流量平衡為原則，確定本發(fā)明中的運行調度系統(tǒng)的泵站水泵投入數量(包括定速泵和調速泵)和開機次序及時間間隔，以泵站前池、高位水池、調節(jié)水池、無壓隧洞進、出口豎井的運行水位穩(wěn)定在設計水位為控制目標和最高水位、最低水位為邊界條件，聯合調度水泵運行、調流調壓閥開度，進行流量、壓力和水池水位控制，從而解決輸水系統(tǒng)正常開機、正常停機及事故停機的安全運行問題。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例1中的輸水工程安全運行調度系統(tǒng)的前半部分組成示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實施例1中的輸水工程安全運行調度系統(tǒng)的后半部分組成示意圖(接前半部分)；
[0022]圖3是本發(fā)明實施例1中的輸水系統(tǒng)縱斷面的布置示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明實施例1中的控制系統(tǒng)組成示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實施例2中的輸水工程安全運行調度系統(tǒng)的前半部分組成示意圖；
[0025]圖6是本發(fā)明實施例2中的輸水工程安全運行調度系統(tǒng)的后半部分組成示意圖(接前半部分)；
[0026]圖7是本發(fā)明實施例2中的輸水系統(tǒng)縱斷面的布置示意圖；
[0027]圖中，I是分流池，2是分水閘，3是節(jié)制閘，4是泵站前池，5是泵站，6是輸水管道，7是高位水池，8是調流調壓閥A，9是有壓隧洞，10是調節(jié)水池，11是調流調壓閥D，12是分水口，13是調流調壓閥B，14是無壓隧洞進口豎井，15是無壓隧洞，16是無壓隧洞出口豎井，17是調流調壓閥C，18是暗渠出口，19是水庫，20是有壓隧洞出口，21是有壓隧洞進口，22是流量計井A，23是流量計井B，24是流量計井C，25是無壓隧洞進口，26是無壓隧洞出口，27是下級泵站前池，28是真空破壞閥，29是壓力傳感器，30是液控蝶閥，31是分流池水位傳感器，32是分水閘控制單元，33是節(jié)制閘控制單元，34是泵站前池水位傳感器，35是泵站出口流量傳感器，36是高位水池水位傳感器，37是調流調壓閥A流量傳感器，38是調流調壓閥A控制單元，39是調節(jié)水池水位傳感器，40是調流調壓閥D流量傳感器，41是調流調壓閥D控制單元，42是調流調壓閥B流量傳感器，43是調流調壓閥B控制單元，44是無壓隧洞進口豎井水位傳感器，45是無壓隧洞出口豎井水位傳感器，46是調流調壓閥C流量傳感器，47是調流調壓閥C控制單元，48是下級泵站前池水位傳感器，49是泵站控制單元，50是下級泵站控制單元，51是總控制單元。
【具體實施方式】
[0028]下面通過具體實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明:
[0029]實施例1
[0030]如附圖1-圖4所示，一種山丘區(qū)輸水工程安全運行調度系統(tǒng)，包括設置在輸水系統(tǒng)中的分流池1、泵站前池4、由若干定速水泵和調速水泵組成的泵站5、輸水管道6、有壓隧洞9、設有進口豎井14和出口豎井16的無壓隧洞15、高地水池7、設有分水閥門的分水口12，其特征是:在所述泵站前池4的上游設有分水閘2和節(jié)制