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【摘 要】 供水管网的泄漏会造成经济损失及环境危害，及时对管道检测并准确对阀门进行合理调节是减少漏损率的关键。阀门在供水管网中数量多、分布广、作用大，是供水系统中不可缺少的控制、调节设备。所以通过有效地调节阀门的大小来改变供水压力，降低节点超量水压，从而实现总体漏损量的减少。
【关键词】 阀门系统；城市供水管网；漏损量
当前，我国水资源严重短缺、水体污染严重，亟需加强科学管理、优化资源配置、合理利用水资源。而控制管网漏损量是解决此问题的方法之一。管网漏损量受管网运行压力影响，可以通过在管段上设置阀门并调节其大小来实现漏损量的减少。在管网系统的优化调度问题中，管网系统中设置的阀门对管道水流流态以及管道摩阻系数造成的改变，需要准确计算管段水头损失及利用改进的管网水力计算模拟方程准确计算出节点压力、节点流量和阀门开启度等措施，从而为管网优化调度提供准确指导帮助。
一、阀门的地位和作用
阀门是供水系统中不可缺少的控制、调节设备。随着城市化进程的不断加快，供水范围的扩大，其需求量迅猛增加。阀门的主要作用是调节水的流量，截断水流，控制水流的流动和流向。特别是具有特种功能的阀门能防止水锤，调整水压，保障供水系统安全运行。随着网络技术的发展，阀门在环状管网供水系统中将起到自动控制水的流量、流向的作用。当发生爆管时，自动切断故障点水流，有效地避免水浸淹街道及公共财物，减少事故损失。同时，在供水管网水量计量管理中，阀门能起到防止和杜绝非法用水户私接私安和盗取水量的作用。故在管网设计时，在适当位置安装控制阀门，一旦出现爆管或供水调度等异常情况，及时进行启闭。因此，各类供水系统中的各种阀门是一种重要设备不可轻视。
二、供水管网阀门调控现状
新建的城市供水管网运行一段时间之后，不可避免地会出现漏损，而供水管网建成后，影响供水管网漏损的诸因素中，只有供水压力可以调节。由于过量水压会增加管网的漏损程度，因此我们考虑通过系统调节来降低节点的超量压力，从而达到降低供水管网整体漏损量的目的。限于技术、设备和系统设计理念等多方面原因，对管网调度管理和运行调控还限于人工操作。水压遥测和事故信息获取、采集与判断已实现信息化和自动化，但阀门启闭和调节还必须依靠操作工人到现场手动完成。这主要有以下几点不足：供水管网工况瞬时万变，管网实时优化运行靠人工现场调节几乎不可能实现。为确保供水系统安全运行，在发生重大供水事故时，需对管网中若干重要阀门多次反复调控，人工操作难以胜任。从管网事故信息的获取、判断到人工现场调控阀门，根据城市规模、抢修力量及交通路况情况，会有1h左右的延时。这会造成事故损失扩大，引发相关问题。目前管网调度模式对用户端不能实现及时合理的调节和控制。本文通过远程控制阀，应用阀门优化运行调节数学模型，来改变供水管网各节点的压力，使各节点实现在满足用户所需足够水头之后，最大限度地降低各节点的超量水压，从而系统降低整个供水管网的漏损量。
三、阀门系统调节降低城市供水管网的漏损量研究
1、技术方案
①远程通讯/控制终端选型，管网阀门远程调控系统和现有SCADA系统兼容，可以充分利用现有设备、无线频谱等资源。RTU选用现有SCADA系统中采用的MOSCAD RTU，根据控制目标重新编写相应控制程序。②上位机组态编程，在调度中心端上位机设定控制窗口和操作画面，通过基于短波电台的无线SCADA系统实时检测阀门端运行参数，通过指令控制MOSCAD RTU实现对阀门的遥测、遥控功能。③执行机构选型，管网阀门安装在潮湿环境下的阀门井里，工作环境恶劣。为确保控制可靠性和设备安全，选用防护等级为IP68的电动头和高可靠性阀门配合作为执行机构，达到正常工作要求。④电源，在被控阀门点附近单位寻找合适的动力/照明电源作为被控阀门系统的工作电源。根据电源情况选择电动头的驱动电源方式。在条件许可的情况下，尽可能选用动力电源作为工作电源。⑤附属仪表，为及时掌握阀门调控情况和效果，在阀门下游安装压力传感器。采集的压力信号通过RTU传输到SCADA系统，平时作为测压点使用。
2、系统安全措施
为保证设备安全和人身安全，方案设计和项目实施采取的技术措施：①供电安全，由于工作场合特殊，电源箱设计有漏电保护器。电动头电源仅在进行远程调控操作时通过RTU控制接通，阀门井内设备平时和市电隔离。②阀门井及井盖设计选型，良好的外部环境是设备安全运行的重要因素。尽管设计选用设备能满足浸水环境工作，为提高系统可靠性，阀门井设计采用电信防水井盖，防止雨水侵入阀门井，为执行机构提供良好的外部工作环境。阀门井设计考虑了对井室积水作下渗处理，井室内设有渗水坑。井室内设定位置设计安装干簧管水位开关，若因某种原因阀门井进水/渗水，水位达到设定高度时RTU会发送水位报警信息提示检修。③操作时管网运行安全，阀门远程操作采取“动、停、动”的间歇运行模式进行控制，减少因阀门调控产生压力波动对管网安全运行的影响。该控制过程由调度端上位机现场RTU0在程序控制下共同实现。④操作权限及系统管理，关键阀门是影响供水运行的重要设备，为防止误操作，调度中心上位机设有登陆密码和管理权限，并制定了相应的管理操作规程，如：对阀门远程调控系统操作实行操作票制度、定期对阀门进行启闭操作防止设备锈蚀、根据季节定时遥控接通电动头内置防潮除湿电热装置等。
3、举例探讨实际应用情况和效果
根据技术方案和实施计划，对河南省某纺机DN800管网关键阀门进行了改造。2005年10月系统调试完毕投入运行，近一年的生产运行情况表明系统稳定可靠，达到了预期目的。
3.1生产调度调控
该阀门是管网中重要调控阀门，起到调整柿园水厂、石佛水厂等主力水厂供水区域和調节西区局部管网压力的作用。阀门远程调控系统投入使用后，调度中心根据生产需要和优化调度方案随时对该阀门进行调控操作，达到了优化生产目的。
3.2应对供水重大事故
2006年7月1日河南省电网出现重大震荡故障影响，很多水厂全部停产，所有测压点均低压报警。电网正常供水系统逐步恢复时，由于管网大面积停水，管道内积有气体，管道压力低。在此情况下为安全起见，调度中心对省纺机遥控阀门远程操作，配合京广路等阀门人工调整，根据压力变化调度水厂依次开车，使供水系统得以在短时间恢复。
3.3应对管网重大事故
2006年6月19日，中法供水厂DN1200原水管道在黄河桥收费站附近爆管，该水厂不能维持正常供水。根据应急预案，调度中心多次对省纺机遥控阀门进行远程操作，配合中原路等阀门人工调整，补给市区中部、北部供水不足，保持了市区管网正常的压力。上述措施使市区供水基本没有受到影响，管网供水压力均衡。
3.4扩大应用
对管网重要部位和关键环节阀门实现远程调控，是优化供水系统运行、提高供水安全可靠性的重要技术保证，同时也是对目前管网运行调度模式的创新。由于管网阀门远程调控系统在上述应用中起到关键作用，故决定对航海路DN1000、华山路DN1200、农业路DN800等六个管网中关键阀门全部进行远程调控系统改造，目前正在实施过程中。
四、结语
降低供水管网的漏损量是供水行业一项非常重要的目标，实现管网阀门远程调控，能及时应对事故和提高供水管理服务水平；对关键和重要阀门规模应用可以实现管网实时优化运行，降低制供水成本，是实现调度执行自动化的重要技术手段和举措，也是对现有运行调度模式的突破和创新。从而有效地提高供水行业的整体效益。
参考文献：
[1]王波.长距离输水管线中联络阀位置的确定[J].中国给水排水，2003
[2]朱松然.蓄电池手册[M].天津：天津大学出版社，2000
【关键词】 阀门系统；城市供水管网；漏损量
当前，我国水资源严重短缺、水体污染严重，亟需加强科学管理、优化资源配置、合理利用水资源。而控制管网漏损量是解决此问题的方法之一。管网漏损量受管网运行压力影响，可以通过在管段上设置阀门并调节其大小来实现漏损量的减少。在管网系统的优化调度问题中，管网系统中设置的阀门对管道水流流态以及管道摩阻系数造成的改变，需要准确计算管段水头损失及利用改进的管网水力计算模拟方程准确计算出节点压力、节点流量和阀门开启度等措施，从而为管网优化调度提供准确指导帮助。
一、阀门的地位和作用
阀门是供水系统中不可缺少的控制、调节设备。随着城市化进程的不断加快，供水范围的扩大，其需求量迅猛增加。阀门的主要作用是调节水的流量，截断水流，控制水流的流动和流向。特别是具有特种功能的阀门能防止水锤，调整水压，保障供水系统安全运行。随着网络技术的发展，阀门在环状管网供水系统中将起到自动控制水的流量、流向的作用。当发生爆管时，自动切断故障点水流，有效地避免水浸淹街道及公共财物，减少事故损失。同时，在供水管网水量计量管理中，阀门能起到防止和杜绝非法用水户私接私安和盗取水量的作用。故在管网设计时，在适当位置安装控制阀门，一旦出现爆管或供水调度等异常情况，及时进行启闭。因此，各类供水系统中的各种阀门是一种重要设备不可轻视。
二、供水管网阀门调控现状
新建的城市供水管网运行一段时间之后，不可避免地会出现漏损，而供水管网建成后，影响供水管网漏损的诸因素中，只有供水压力可以调节。由于过量水压会增加管网的漏损程度，因此我们考虑通过系统调节来降低节点的超量压力，从而达到降低供水管网整体漏损量的目的。限于技术、设备和系统设计理念等多方面原因，对管网调度管理和运行调控还限于人工操作。水压遥测和事故信息获取、采集与判断已实现信息化和自动化，但阀门启闭和调节还必须依靠操作工人到现场手动完成。这主要有以下几点不足：供水管网工况瞬时万变，管网实时优化运行靠人工现场调节几乎不可能实现。为确保供水系统安全运行，在发生重大供水事故时，需对管网中若干重要阀门多次反复调控，人工操作难以胜任。从管网事故信息的获取、判断到人工现场调控阀门，根据城市规模、抢修力量及交通路况情况，会有1h左右的延时。这会造成事故损失扩大，引发相关问题。目前管网调度模式对用户端不能实现及时合理的调节和控制。本文通过远程控制阀，应用阀门优化运行调节数学模型，来改变供水管网各节点的压力，使各节点实现在满足用户所需足够水头之后，最大限度地降低各节点的超量水压，从而系统降低整个供水管网的漏损量。
三、阀门系统调节降低城市供水管网的漏损量研究
1、技术方案
①远程通讯/控制终端选型，管网阀门远程调控系统和现有SCADA系统兼容，可以充分利用现有设备、无线频谱等资源。RTU选用现有SCADA系统中采用的MOSCAD RTU，根据控制目标重新编写相应控制程序。②上位机组态编程，在调度中心端上位机设定控制窗口和操作画面，通过基于短波电台的无线SCADA系统实时检测阀门端运行参数，通过指令控制MOSCAD RTU实现对阀门的遥测、遥控功能。③执行机构选型，管网阀门安装在潮湿环境下的阀门井里，工作环境恶劣。为确保控制可靠性和设备安全，选用防护等级为IP68的电动头和高可靠性阀门配合作为执行机构，达到正常工作要求。④电源，在被控阀门点附近单位寻找合适的动力/照明电源作为被控阀门系统的工作电源。根据电源情况选择电动头的驱动电源方式。在条件许可的情况下，尽可能选用动力电源作为工作电源。⑤附属仪表，为及时掌握阀门调控情况和效果，在阀门下游安装压力传感器。采集的压力信号通过RTU传输到SCADA系统，平时作为测压点使用。
2、系统安全措施
为保证设备安全和人身安全，方案设计和项目实施采取的技术措施：①供电安全，由于工作场合特殊，电源箱设计有漏电保护器。电动头电源仅在进行远程调控操作时通过RTU控制接通，阀门井内设备平时和市电隔离。②阀门井及井盖设计选型，良好的外部环境是设备安全运行的重要因素。尽管设计选用设备能满足浸水环境工作，为提高系统可靠性，阀门井设计采用电信防水井盖，防止雨水侵入阀门井，为执行机构提供良好的外部工作环境。阀门井设计考虑了对井室积水作下渗处理，井室内设有渗水坑。井室内设定位置设计安装干簧管水位开关，若因某种原因阀门井进水/渗水，水位达到设定高度时RTU会发送水位报警信息提示检修。③操作时管网运行安全，阀门远程操作采取“动、停、动”的间歇运行模式进行控制，减少因阀门调控产生压力波动对管网安全运行的影响。该控制过程由调度端上位机现场RTU0在程序控制下共同实现。④操作权限及系统管理，关键阀门是影响供水运行的重要设备，为防止误操作，调度中心上位机设有登陆密码和管理权限，并制定了相应的管理操作规程，如：对阀门远程调控系统操作实行操作票制度、定期对阀门进行启闭操作防止设备锈蚀、根据季节定时遥控接通电动头内置防潮除湿电热装置等。
3、举例探讨实际应用情况和效果
根据技术方案和实施计划，对河南省某纺机DN800管网关键阀门进行了改造。2005年10月系统调试完毕投入运行，近一年的生产运行情况表明系统稳定可靠，达到了预期目的。
3.1生产调度调控
该阀门是管网中重要调控阀门，起到调整柿园水厂、石佛水厂等主力水厂供水区域和調节西区局部管网压力的作用。阀门远程调控系统投入使用后，调度中心根据生产需要和优化调度方案随时对该阀门进行调控操作，达到了优化生产目的。
3.2应对供水重大事故
2006年7月1日河南省电网出现重大震荡故障影响，很多水厂全部停产，所有测压点均低压报警。电网正常供水系统逐步恢复时，由于管网大面积停水，管道内积有气体，管道压力低。在此情况下为安全起见，调度中心对省纺机遥控阀门远程操作，配合京广路等阀门人工调整，根据压力变化调度水厂依次开车，使供水系统得以在短时间恢复。
3.3应对管网重大事故
2006年6月19日，中法供水厂DN1200原水管道在黄河桥收费站附近爆管，该水厂不能维持正常供水。根据应急预案，调度中心多次对省纺机遥控阀门进行远程操作，配合中原路等阀门人工调整，补给市区中部、北部供水不足，保持了市区管网正常的压力。上述措施使市区供水基本没有受到影响，管网供水压力均衡。
3.4扩大应用
对管网重要部位和关键环节阀门实现远程调控，是优化供水系统运行、提高供水安全可靠性的重要技术保证，同时也是对目前管网运行调度模式的创新。由于管网阀门远程调控系统在上述应用中起到关键作用，故决定对航海路DN1000、华山路DN1200、农业路DN800等六个管网中关键阀门全部进行远程调控系统改造，目前正在实施过程中。
四、结语
降低供水管网的漏损量是供水行业一项非常重要的目标，实现管网阀门远程调控，能及时应对事故和提高供水管理服务水平；对关键和重要阀门规模应用可以实现管网实时优化运行，降低制供水成本，是实现调度执行自动化的重要技术手段和举措，也是对现有运行调度模式的突破和创新。从而有效地提高供水行业的整体效益。
参考文献：
[1]王波.长距离输水管线中联络阀位置的确定[J].中国给水排水，2003
[2]朱松然.蓄电池手册[M].天津：天津大学出版社，2000