大伙房水库输水工程语音报警系统研究

刘 韬，赵令剑

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁 沈阳 110166）

1 系统设置的重要性

根据城市用水的特点，整个输水工程采用24 h不间断的输水，由于工程沿线监测设施设备众多、供水支线多、输水距离长，对应的监视任务显得异常繁重。

由于管线采用的串联加压输水特点，工程的压力、流量波动影响范围较大，较大的波动甚至会影响到整个输水管线。当管线压力出现波动时，轻者会使管段空气阀浮球随水压起伏撞击阀罩，影响管线正常输水的进排气和浮球使用寿命，重者导致管线出现水锤、空化空蚀现象，甚至会促成爆管事件。实时监视的目的在于：当管线一旦出现不利工况时，迅速掌握事故的产生原因，及时进行调度调整，防止故障迅速扩大。因此实时掌握管线的运行动态，是保障输水任务顺利进行的前提，也是工程运行安全的基本保障。

考虑到实时监视的上述重要性，以及人为监视的感官疲劳，因此需要采用语音报警系统进行辅助，提高监视的实时性和效率。

2 系统的监视对象及相应依据

2.1 电动设备的监视

大伙房输水的日常调度主要由调度中心统筹完成，沿线的电动设施都可以实现远程调控。涉及到的电动设备类型包括：①电动蝶阀；②电动调流阀；③泵组；④供水首部快速闸门、取水闸门及旋转滤网等。

在正常运行情况下，电动设施的控制分为五级控制，分别为现地电动头控制、现地LCU控制、现地CCU控制、配水站中控控制、调度中心远程控制。运行时，电动设施未经调度中心核实批准是不能进行开关的，语音报警系统自动可以实现对电动设备的调度权限切换、开关状态进行报警，无需人为设限。

2.2 流量监视

输水干线布设的超声波流量计及供水支线的电磁流量计，对应管线的接口口径是不同的，其采集精度也有所不同。超声波流量计，四声道，用于大管径，精度0.5%；电磁流量计用于精确计量，误差0.3%。同时，由于干线输水量相应较大，水流紊动较大，正常输水运行时，超声波流量计的真实值难以界定，通过设置真实值的浮动限进行语音报警难度偏大。相反，电磁流量计由于精度较高，采集数值相对稳定，供水流量真实值容易界定，设值难度小。

超声波流量计报警限设置。依据水量平衡原理，干线超声波流量同支线电磁流量值之间存在着相互联系的，通过建立比例关系，设值电磁报警限后，就可间接实现超声波报警限的设置。

图1 输水干支线流量计布置示意图

如图1所示的输水干支线流量布设，若将干线超声波流量值作为输水来水，将供水支线的电磁流量作为出水，通过管线流量平衡分析比较发现，由如下的比例关系：

其中，QA，QB，QC，QD为输水干线的超声波流量值，双线运行时流量值相同，且正常采集的浮动限为Q2%；Q1，Q2为供水支线的电磁流量值，上述式始终成立，与供水流量大小无关。至此实现了以电磁流量精确表征超声波流量值的方法，并可以此设置报警浮动限。

工程实践举例，当前情况下，供水支线的累加瞬时流量Q2为11.3 m3/s，则对应来水干线11.58＜QC+QD＜11.70，即单（干）线输水的正常流量采集范围为5.79＜QC＜5.85。若假定电磁流量值Q2固定，则正常输水干线QC，QD的浮动警限为，经过实践尝试可以满足日常监视。

电磁流量的报警设值，依据电磁流量计的采集精度，设限范围为，即可达到实时监视预警的目的。

2.3 压力报警设置

大伙房输水工程的串联加压特点，在初期供水相对较少的情况下，输水干线的消能主要以VAG调流阀进行消能，自大伙房取水首部的120 m左右的水位，至输水工程末端的营口净水厂稳压配水井的10.8 m溢流水位，通过沿线的抚顺干线、沈阳2配水站干线、鞍山出口干线及营口干线进行层级消能，每级消能约为20～30 m的压降，虽然输水管线较长，水力计算时也应以长管计，但沿程损失水头较调流阀消掉的水头通常较小，据此可以人为的将整个管线分成5个压力管段级。

1）压力的稳定性。同流量的预警设限相比，压力的报警设限则显得相对简单。这是由于在水力调度达到平衡的输水管线，其管段的压力随时间呈水平线，且对于齐备稳压设施的管段，压力脉动幅度在10 cm左右，对于稳压效果相对不足的管段，脉动幅度也多在30～40 cm左右。

2）压力敏感性。工程沿线一旦出现关阀或渗漏，相应管段的压力将迅速相应，压力波以水击波波速漫延，因为连通性，压力降幅会越过调流阀波及至相邻的管段，并造成相应的降幅。相较而言，压力降幅的幅度是不同的。同级压力管段有时间响应之分，不同管段有降幅幅度大小之别。工程运行两年来，出现的非正常压力波动的原因和大致变幅有：①调流阀的微调，不同开度范围调动，引起的压力变动幅度不同，在60%～70%开度范围内的微调，压力变幅在40 cm左右，开度越大，压力幅度变动越大；②管线微渗通常是短期内难以鉴别的，但长期可以由压力降落坡度来判别；③对于管线运行时的开关阀或重大渗漏，均可造成1.0 m以上的压力降幅。

3）压力优化设限。综上管线运行的特点，大伙房压力语音报警的设限主要有两点：①以层级压力管段为参考对象；②设限时考虑不同的幅度等级，一个为的变动低限，一个为的紧急报警限；③压力测点选两个基准点即可，避免重复设限，重复报警。

3 总结

通过对管线的运行规律进行研究，当管线处于恒定流运行工况下，通过合理的流量、压力预警设值，可以有效的掌握管线运行状态，便于迅速查找事故原因，制定相应的调度运行方案，提高工程的寿命周期，保障人民的用水安全和用水质量。需要补充的是，报警水力参数的设值之前，需要建立在管线稳定运行的基础上，与输水非恒定流调度的水平密切相关。