城鎮供水
no.3 2017 47
city and town water supply
·南方中金·
城鎮管網多級加壓幫浦站設計的探索與研究
龔文軍徐明
（南方中金環境股份****（原南方幫浦業），浙江杭州 311107）
摘要：城鎮管網多級加壓幫浦站變頻供水裝置是由管網疊壓（無負壓）裝置和幫浦組及控制櫃組成的區域性管網供水裝置，裝置通過多級幫浦站的組合，實現區域性環狀管網上下游加壓幫浦站的聯動控制，通過系統智慧型化控制調整多級幫浦站的執行狀態，並同時進行管網內部的實時壓力流量監控，保障市政管網區域性供水的供水量平衡，達到安全供水的目的。
關鍵字：無負壓加壓幫浦站多級聯動智慧型控制安全節能遠端監控
1.專案描述
某水廠供水一體化工程由a 水廠、b 幫浦站、c 幫浦站、d 加壓幫浦站併聯供水管網組成。a 水廠為清水池重力自流出水10萬噸/日，dn1000主管。b 幫浦站設計總規模1.
35萬噸/日，規模0.75萬噸/日；c 幫浦站設計總規模4.8萬噸/日；d 加壓幫浦站設計總規模2.
35萬噸/
日。圖1 管網示意圖
2.技術要點
2.1 無負壓功能
首先，加壓幫浦站裝置系統採用一對一變頻執行設計，智慧型軟起，全流量調速，能耗資料自主分析，低頻狀態自動巡檢，自動調整優化裝置執行模式，具有輔助控制系統，利用輔助系統對主控系統進行
狀態監測，智慧型互聯，迴圈互備，異常狀態快速預警。進水多級低壓預警保護，智慧型識別，**控制系統自動啟用安全執行模式，抑制負壓。
其次，裝置控制功能方面，加減幫浦延時功能及輔助執行壓力，當瞬間用水量增大時裝置並不會瞬間加幫浦而是通過輔助執行壓力進行判斷，如符合加幫浦要求，裝置要延時3～10s 加幫浦；當裝置用水量減少時裝置也不會瞬間減幫浦而是通過輔助執行壓力進行判斷，如符合減幫浦要求，裝置延時3～10s 減幫浦。如此輔助執行壓力及加減幫浦延時配合運用，給市政管網壓力留有緩衝時間，從而緩解市政壓力波動現象，波動範圍應≤0.03mpa。
最後，裝置結構方面，裝置進水配有穩流罐，
我司所配穩流罐按照國家標準需滿足裝置30s 的用水量。在市政壓力瞬間降低時，穩流罐能滿足裝置短時的用水量。防止裝置對市政管網進行抽吸，造成負壓。可以大大緩解市政壓力波動現象。
2.2 **水錘防護措施
水錘是水幫浦在起動和停止或開關閥門過於快速，導致極短的時間內流量的驟變，回流水引起對
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管道的壓強過高的衝擊，對閥門和管道產生很大程
度的破壞。為了避免水錘現象的發生，加壓幫浦站設
備應設計**水錘防護（消除）措施。
一級水錘衝擊遮蔽保護：裝置水幫浦出水口安裝
緩閉式止回閥，有效地提高供水系統的安全可靠性，
並將緩開、緩閉消除水錘的技術原理一體化，有效
抑制開幫浦水錘和停幫浦水錘的產生，可通過流量大、
壓力損失小。
二級水錘壓力緩衝保護：裝置安裝有雙向水錘
消除裝置，通過智慧型化控制系統達到乙個雙向水錘
消除的作用。裝置出口配備隔膜式壓力罐，防護等
級、抗壓能力強，在瞬間流量變化時，水可以被壓
進壓力罐進行緩衝，避免了瞬間的巨大壓強對於管
路的直接衝擊。
**水錘衝力洩壓保護：裝置進出水口均加有
預置洩壓閥，能有效的消除淶水水錘、停水水錘、
彌合水錘，保障裝置的穩定執行。
2.3 系統智慧型化安全控制
控制系統應設計安全模式執行功能，當系統監
測到市政進水壓力到達設定壓力低限時，裝置進入
安全執行模式執行。需分為**壓力安全模式執行
狀態：一級壓力低限，裝置降頻執行；二級壓力低
限，裝置切幫浦執行；**壓力低限，裝置停止執行
並報警，保護市政管網不受負壓影響同時可以保障
小範圍內還可以正常供水。在無水停機前做到最大
限度的供水能力，當市政壓力恢復正常時，裝置通
過檢測訊號自動執行，正常供水。裝置配置壓力補
償灌實現小流量保壓及壓力、水錘緩衝的功能，避
免水幫浦的頻繁啟動及大幅度提公升加壓幫浦站裝置執行
的安全性，提公升幫浦站裝置的不間斷供水能力。
2.4遠端監控管理
裝置系統應具有遠端監控系統接入，應具有歷
史資料儲存、實時執行曲線和狀態監控功能，可依
據現成運**況針對不同時間段的執行資料輸出報
表形式檔案，儲存時間應連續達到20年以上，數
據資訊包括：壓力、流量、電壓、電流、功率、故
障資訊等資料。（見圖2、圖3、圖4）
2.5 聯動控制功能
裝置需具有幫浦站間的聯動控制訊號，採用無線
gprs資料訊號雲端主網平台綜合管理和有線vpn
資料傳輸光纖寬頻通道區域性雙向聯動控制方式，
保障聯動控制訊號傳輸的穩定及安全。
圖2 監控執行資料統計表
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針對於不同的執行工況、供水系統構級，無負壓裝置的控制邏輯是不同的，必須有針對性。多級接力幫浦站作為非常規的供水型別，必須是作為乙個整體來看，開發適合多級幫浦站的群控邏輯。（1）在每個幫浦站之間利用民用光寬頻，在民用網際網路開通虛擬vpn 通道，從而建立每級幫浦站資料相互傳遞和共享的橋梁，打破資訊孤島，實現裝置互聯，利用資訊高速公路解決傳統多級疊壓幫浦站資訊傳遞延時性的問題。
（2）在裝置互聯的基礎之上，採用集控系統，
取代傳統多級疊壓系統彼此獨立的控制系統。每級幫浦站作為從站，另設主站，從站和主站組建多級疊壓幫浦站的電控系統，實現多套裝置乙個大腦進行控制即聯動控制功能。正常執行時由主站來集中控制多級幫浦站執行，由組態軟體來採集和監控各幫浦站的執行引數，解決多級幫浦站執行時，前級幫浦站系統動作的滯後性。
（3）在集控系統中，開發針對多級疊壓幫浦站的執行邏輯，執行原理上要完全匹配多級幫浦站的執行
工況，只有這樣才能保證整個加壓系統在各種工況
圖3 管網壓力執行曲線圖
圖4 幫浦站裝置執行狀態監控圖
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下執行的穩定性。傳統多級疊壓幫浦站是前級幫浦站被
動響應后級幫浦站，集控模式下是前級幫浦站主動響應
后級幫浦站，被動與主動之間，執行的穩定性截然不同。
（4）在光纖通訊的基礎之上，可以實現最不利
點控制邏輯：在此專案上前級幫浦站系統執行是要保
證後級幫浦站進水端壓力恆定，即前級幫浦站加幫浦、減
幫浦、加頻降頻是依據后級幫浦站進水端壓力感測器的
訊號反饋。如圖所示
5。圖5 群控模式拓撲圖
a幫浦站（a監測點）、b幫浦站（b檢測點）、c幫浦
站（e檢測點）；另外在d幫浦站末端、b幫浦站末端連
接處分別安裝壓力檢測裝置及檢測傳輸裝置（供電
系統、plc、光端機、交換機等）形成檢測點c和d，
通過高速光纖的連線，打通a、b、c、d、e檢測點
間的資料通道。a幫浦站集控系統（檢測點a）實時讀
取檢測點d的壓力資料，裝置啟動時，依據使用者設
定壓力（壓力需求值）與d點壓力的比較，通過pid
演算法，進行幫浦站的恆壓控制（即末端壓力恆壓控制），
因為區域性末端壓力管網一般線路較長約10公里以
上，當檢測點a的壓力達到設定壓力時，檢測點d
有一定時間的延遲效應，壓力傳達速度減緩。所以
在系統控制時，將為a點檢測壓力高點設定保護值，
防止因裝置末端壓力控制導致的前端（檢測點a）壓
力過高，當檢測點a壓力達到設定的保護壓力值，d
檢測點壓力未到目標壓力時，裝置進入恆頻工作模
式，即裝置集控系統跳出pid恆壓控制模式，恆定
目前頻率的執行狀態。當d檢測點壓力接近目標壓
力值時，裝置開始（依據檢測點a的壓力大小）降
頻執行模式，緩解管網用水流量突然下降導致的壓
力過衝現象，造成管網壓力的穩定及水錘現象。
3.主要解決的技術問題
加強進出水口的水壓監測，監測資料之間形成
相互備用原理，單一損壞不會影響裝置的正常執行，
裝置閥門、真空抑制器等部件的執行狀態，形成數
據通訊，全部由主控制系統進行監測，提高裝置整
體的執行安全性。
設計專用防水錘裝置，根據加壓幫浦站裝置的特
點，水錘效應比較嚴重，加裝雙向水錘保護裝置，
有效緩解進出水端由於幫浦組瞬間啟動和停止時管路
中產品的水錘衝擊。保障裝置執行時不受水錘影響。
增強真空抑制器的負壓保護能力，採用機械加
自動化的雙重保護原理，系統實時監測真空抑制器
的執行狀態，故障時及時響應，並採取降頻、停機
等保護動作。
增加智慧型洩壓系統，加壓幫浦站一般出水管路較
長，瞬間的高壓對管路損傷較大，並且增加管損，
造成水資源浪費及能耗上公升。智慧型洩壓系統在裝置
出口瞬間高壓是將部分壓力釋放到穩流罐高壓腔進
行保壓，在市政進水壓力不足時進行補償，達到釋
放多餘出水口壓力及進水口壓力補償的目的。
主控制系統增加輔助控制系統進行監測，迴圈
互備，當主系統出現異常或者故障時輔助系統自動
啟動達到一用一備的目的，解決單一系統損壞時設
備無法執行，對正常供水造成的影響。
多級加壓幫浦站集控系統聯動末端恆壓控制與恆
壓控制自動切換控制模式，保障裝置對串聯形式連
接的加壓幫浦站間的執行穩定性及提高對周邊使用者的
供水安全性。
（下轉第57頁）
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·水質分析與監測·
從表1可以看見，該方法的平均**率為91.6% ～93.9%，相對標準偏差rsd 為3.72 ～4.11%。
2 4 6 8 10 12 14 16 mv 0.6 1.2 1.8 2.4
33.6
4.2 4.8
5.46
min3.701 呋喃丹
圖2 水樣及加標**譜圖
圖2藍色線是地表水加標色譜圖，黑色線是地表水色譜圖。可見加標後的呋喃丹沒有受到雜峰的干擾，與溶劑峰能夠完全分離。
3.5 注意事項
3.5.1 甲醇、純水、氫氧化鈉（最好優級純）和opa/me 用前需超聲脫氣和經0.
22μm 濾膜過濾，如有氣泡會使幫浦壓變大、影響基線穩定性和出峰時間與效果；如有雜質沉積在反應器和流通池內，會影響靈敏度，因此每次實驗結束需要用純水清洗管路30分鐘，再換成甲醇/水沖洗管路30分鐘。
3.5.2 衍生劑opa/me 不穩定,容易被氧化，如
不在惰性氣體密封下使用，應實驗當天用時新配，避光儲存。
4.結論
以waters carbamate analysis 色譜柱，用甲醇—水為流動相等度洗脫，直接進200μl 水樣，用螢光檢測器測定水中呋喃丹，最低檢出濃度是0.003mg/l,
低於我國《生活飲用水衛生標準》gb 5749-2006規定呋喃丹的標準限值0.007 mg/l,此實驗方法滿足了國標要求，是檢測生活飲用水和地表水中殘留呋喃丹較好的方法。
參考文獻：
[1] 施儉，俞紅儉，傅榮傑.高效液相色譜-柱後衍生法檢測水中呋喃丹殘留量的方法研究[j].淨水技術，2009，28（6）：69～72
[2]莫婉秋，劉健明，肖立群.固相萃取-高效液相色譜法測定水中呋喃丹[j].城鎮供水，2013，01：45～46
[3] 楊麗萍，胡思宇等.水中呋喃丹氣相色譜-質譜的測定方法研究[j].中國環境監測，2023年4月第23卷第2期
[4] 姚巨集武，魯松，劉昆善等.直接進樣液相色譜質譜法測定水中呋喃丹、滅草松和莠去津[j].中國給水排水，2023年9月第31卷第18期
作者通聯：0758-*******
（上接第50頁）4.小結
區域性無負壓加壓幫浦站供水裝置能夠充分利用進水管網壓力，整體設計採用了系統化整合結構，多級幫浦站聯動控制的模式有效解決了幫浦站間的系統化管理問題，保障了市政管網壓力的穩定及供水的安全效能。隨著現代化城鎮發展的進度加快，智慧型水務、海綿城市的建設，市政供水壓力逐漸增大，僅靠傳統加壓幫浦站輸水已經不能滿足使用者對供水能力的要求，通過區域性管網加壓幫浦站整合化系統的
建設來提高幫浦站執行的系統化、智慧型化管理能力，其優勢已日趨明顯。
[1] 《給水排水管道系統》．北京：中國建築工業出版社，2010[2] 《給水排水設計手冊》，第1、3、4、5、10、11冊．北京：中國建築工業出版社，2000
[3] 《給排水快速設計手冊》第1冊
[4] 室外給水設計規範（gbj 50013－2006）.中國計畫出版社，2006
[5] 中華人民共和國建設部主編．給水排水製圖標準（gb/t 50106－2001）
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