探析长距离多级泵站供水系统协调运行的安全策略

探析长距离多级泵站供水系统协调运行的安全策略

王斌

身份证号码： 612722199009274175 神木市神海水务有限责任公司

摘要：长距离多级泵站供水系统的协调运行策略中，多层次调度的综合应用，可靠而有效的提升系统协调运行能力；调蓄池隔断各级泵站流量波动和水锤问题的传递，创造各站相对独立运行条件，调蓄池容应包含上下游及本站事故时所需的安全容积，平衡上下游泵站流量所需的调蓄容积；水泵配置及调速也是重要的调节手段。结合安全溢流和水锤防护措施，综合协调运行策略和事故应急处理措施，长距离多级泵站供水系统可以协调安全稳定运行。

关键词：长距离多级泵站；协调运行；事故应对

1 长距离多级泵站输水系统挑战及总体策略

1.1 多级泵站协调运行的需求

1.1.1 需水量的变化

城乡供水存在日间波动，季节变化，还随着服务区发展而增长。输水系统以满足需求为目标，统一调度，保证发展变化中的供需平衡。

对于多级泵站构成的长距离输水系统，需水量变化，需要各级泵站同步协调增减供水量。在有沿途供水时，各级泵站服务水量存在沿途配水与转输流量变幅的不同步，协调运行难度会进一步增加[1]。

1.2 总体应对策略

协调运行总体应对策略主要有：系统调度、调蓄池设置、水泵配置和调速等多种手段。系统调度可以协调各泵站运行，可以看作整个系统的神经系统，发出调整指令，衔接前后泵站流量[2]。

调蓄池设置可以利用自身调节容量，在部分时间段内存储或补充输出水量，以平衡各站进出流量。同时，调蓄池液位变化可以作为前后级泵站流量不平衡的指示信号，作为调度管理的依据。

水泵配置和调速通过合理确定水泵台数和型号，制定运行规则，调速改变水泵出水能力，弥合泵站进出水的不平衡，以本站调蓄池水位及进出水压力流量为调整依据。

多级泵站可以综合应用以上多种手段，共同保障供水安全。

2 调度管理的综合应用

2.1 系统调度模式

系统调度模式有：中心统筹调度、控制点反馈调度以及泵站就地调度。

2.1.1 中心统筹调度

中心统筹调度是所有泵站、水池信息采集至系统控制中心，由系统控制中心统筹调度。中心统筹调度依赖各泵站的信息采集传输、管控平台和通讯系统[3]。

2.1.2 控制点反馈调度

收集系统控制点的水池水位、用户管网总蓄水量，或是终端供水压力等数据，调度中心分析研判，如需要调整，则直接指令给到起端泵站，中途各级泵站相应调整输送能力。终端的泵站液位可以作为多级泵站系统的调度控制点。

2.1.3 泵站就地调度

各级泵站根据自身进出水状态调节水泵运行。

泵站可以按照本站调蓄池水位，进出水压力、流量值来调整水泵运行组合和水泵转速。该调度方式不依靠外部信息，反应可靠，可以保证本站自身运行安全。

2.1.4 多层次调度综合应用

如前所述，中心统筹调度具有全局性和预先性的统筹优势，统一部署，预先调度，减少各级泵站输送水量差和调控时长，大幅提高系统稳定性。控制点反馈调度处理问题直接迅速，应是中心统筹调度组成部分和补充[4]。

泵站就地调度，同样应是中心统筹调度组成部分和补充，还作为系统i运行的安全底线，在通讯故障时，依靠自身数据，保证系统稳定可靠运行。

2.1.4.1 中心统筹调度系统的应用

中心统筹调度发挥智慧平台辅助决策系统能力，可预判终端泵站需求，如需要增减供水量时，在终端泵站水位大幅变化之前，提前反馈指令起端泵站增减供水。综合来水信息，就地调度系统确认调蓄水位高于安全水位的前提下，中途泵站也可以同步响应中心统筹调度的指令。由此，中心统筹调度涵盖控制点反馈调度和泵站就地调度，预判调度可以更好的稳定各泵站运行。各级泵站水位也可以稳定在较高水位，从而实现节能供水。

2.2 信息收集及指令传递模式

中心统筹调度，统一调度，需要建立较为完备的信息采集系统和通讯系统。

控制点反馈调度和泵站就地调度综合运用模式中，整个系统调整直接抓住起端与终端用户2个关键，实现供给适应需求变化，其他中途泵站跟随自身水位变化适时响应，实现前后衔接。相应的必须传递信息量和对象少，指令传递快速简单，调度对通讯系统的依赖度降低。

3水泵配置及调速原则

3.1 水泵配置及调速作用

水泵配置及调速解决问题：①终端泵站适应供水量的时变化，满足供水压力需求。②多级泵站之间的流量平衡，减少调蓄需求。

起端泵站和中途泵站配置调速主要用以消减偏离设计工况的进出水量的不平衡，共同实现所有各站之间的流量弥合，同时减少调蓄容积及水泵启停，水池水位更加稳定，更好保证运行安全。

3.2 水泵配置及调速原则

(1)如无中途分水，各泵站配置水泵台数和型号应尽可能一致，以利流量平衡调度。有中途分水时，如有条件，上游转输至下游及中途配水的对应部分，上下游泵站水泵台数和水泵型号应考虑一致，各站运行水量可调范围基本相同，否则应充分分析提升其他调节措施的适应性，如增加调蓄容积和水泵调速适应范围。

(2)如无中途分水，以起端泵站为基准，各泵站实时运行台数差一般不得超过1台。有中途分水时，如有条件，上游转输至下游及中途配水的对应部分，上下游泵站水泵台数差应同样控制，否则应同上强化其他调节措施的适应性。

(3)就地调度供水模式是安全底线的管理，可以根据本站调蓄水位或进出水流量压力来调整水泵组合和转速。接受调度指令调整供水前，应确认调整后本站处于安全状态下。

(4)正常运行时，起端水泵逐台启停，以给出其他泵站相应调整时间。

4 事故应急处置措施

4.1 泵站失电控制

4.1.1 单座泵站失电控制

当系统中单座有调蓄泵站发生停电时，调蓄池设有“上部安全容积”时，可以控制本站调蓄池不发生溢流事故或仅少量溢流，水锤危害可控。同时，该泵站UPS供电的通讯系统，向调度系统发送停电报警。

如接到该警报并确认事故后，调度系统指令其他相关泵站进行关阀停泵操作，安全停运。

4.1.2 所有泵站失电控制

如所有泵站失电，设有安全的水锤防护时，无可以操控措施。但如前述，设有调蓄的系统，“上部安全容积”恰当时，本站的水锤泄压进水可以全部或大部被接纳，各调蓄池不发生或少量溢流。对于无调蓄的泵站，设计应充分分析上下游的水锤叠加效应，相应的采取防护和保障措施。

4.2 通讯故障的运行控制

当通讯故障时，所有泵站可独立就地调度。起端泵站运行台数由调度电话通知，人工设定，并通过电话及时通知其他泵站，告知起端泵站状况，便于其他泵站的提前预判。

4.3 爆管的泵站安全控制

如主输水管线发生爆管问题，应防止爆管处产生巨大的衍生灾害，此时，泵站水泵扬程跌落较大，还需要防止水泵气蚀，及时指令水泵全部停机和关阀。

4.4 各站溢流的安全控制

在执行调度原则后，溢流状态情况主要是由于泵站仪表自控损坏，调度响应超时。最大瞬时溢流流量为最大进水量，等同于设计规模。溢流安全通道需要业主和相关管理部门确认，溢流不得产生人员和工程的伤害。

参考文献

[1]王鑫鑫,郝鸿晨,褚霄杨.密云水库调蓄工程多级泵站峰谷运行情况研究【J】.中国水能及电气化.2022(03):42-45

[2]董加新,王智,王玉川,陈晓俊,杨建国.多级泵站系统能耗的计算方法【J】.中国农村水利水电.2021(05):43-48

[3]孙锐,覃盈斯,李承刚.恒压供水系统常见故障与处理方法【J】.设备管理与维修.2023(04):46-47

[4]孙志勇.娘子关供水泵站安全运行关键技术问题研究【D】.太原理工大学.2021(01)