長距離輸水工程系統水泵運行節能方法

長距離輸水工程系統水泵運行節能方法
【專利摘要】本發明公開了一種長距離輸水工程系統水泵運行節能方法，該長距離輸水工程系統在輸水工程始端和末端的輸水系統沿線上設置連續的若干級泵站，確定每一級泵站調速泵和定速泵臺數，其中，調速泵為兩臺，定速泵為n臺，確定覆蓋泵站流量變化范圍的水泵運行工況，通過兩調n定的方式保證調速泵和定速泵工作在高效區內，以達到節能的目的。本方法在長距離調水工程系統中研究節約能源，具有特別重要的意義，也是本發明需要解決的問題。
【專利說明】
長距離輸水工程系統水泵運行節能方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種山丘區長距離輸水工程系統水栗運行節能方法，山丘區輸水工程 系統為一種長距離具有多級提水和加壓栗站、輸水明渠、壓力管道、隧洞、暗渠、引水閘、節 制閘、倒虹吸等建筑物型式和加壓輸水、無壓重力流輸水、有壓重力流輸水方式的復雜輸水 系統。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟社會的快速發展，水資源短缺問題越來越突出，長距離、跨流域調水 工程作為重要的基礎設施不斷興建。長距離大型輸水工程涉及的輸水建筑物型式種類繁 多：如引水閘、節制閘、倒虹吸、提水栗站、加壓栗站、輸水明渠、渡槽、管道、暗渠、隧洞、明渠 分水閘、管道分水口、調節水池等;輸水方式常見的有:無壓重力流輸水、加壓輸水、有壓重 力流輸水，以及多種輸水方式的結合等。
[0003] 長距離調水工程是重要的能耗大戶，能耗成本往往占很大的比例。但由于大型調 水工程投資大、組成建筑物多、系統總體布局復雜、涉及面廣，以及目前我國在長距離大型 輸水工程的規劃設計、設備制造、施工和運行管理等方面存在的不合理現象和不同程度的 技術差距，造成了工程能源浪費、利用效率低和工程運行成本高等問題。因此，在長距離調 水工程系統中研究節約能源，具有特別重要的意義，也是本發明需要解決的問題。

【發明內容】
：
[0004] 針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明提供了一種經濟合理、安全可靠的長距 離大型輸水工程系統及節能方法。
[0005] 本發明中的輸水工程系統是通過如下技術方案來實現的：
[0006] 本發明提供了一種長距離輸水工程系統水栗運行節能方法，該長距離輸水工程系 統在輸水工程始端和末端的輸水系統沿線上設置連續的若干級栗站，確定每一級栗站調速 栗和定速栗臺數，其中，調速栗為兩臺，定速栗為η臺，
[0007] S41:確定覆蓋栗站流量變化范圍的水栗運行工況，通過下述方式保證調速栗和定 速栗工作在高效區內，以達到節能的目的：
[0008] (1)調速栗和定速栗不同型號時對應工況和開栗組合
[0009]
[0010] 其中，Qi為調速栗最大流量，Q2為定速栗的流量。
[0011] (2)調速栗和定速栗相同型號時對應工況和開栗組合
[0012]
[0013] S42:水栗工況點參數的確定
[0014] (1)讀取水栗參數數據，包括單臺水栗的數個流量&、揚程出、功率Pi工況點數據， 單臺水栗最小運行流量Qmin、最大運行流量Qmax，已安裝的定速栗數量η定和調速栗數量η調； 管道阻耗系數S;通過流量計、壓力表等數據采集裝置獲取系統運行工況的總流量QT、揚程 H〇
[0015] (2)依據定速水栗作為主力水栗參與運行，定速栗揚程等于工況點揚程，其余流量 由調速水栗通過調速運行供給的原則進行計算。
[0016] 計算單臺調速栗的流量
[0017] Qj周=(QT-QgXn定）+n調； (5)
[0018] (3)定速栗工況點、調速水栗額定工況點的確定
[0019] 由栗和管道系統特性曲線方程式(7)和式(8)聯立求出定速栗工況點、調速水栗額 定工況點的Q和Η值。其中水栗Q-H曲線由下列多項式擬合：
[0020] H=H〇+AiQ+A2Q2+---+AmQm (6)
[0021] 根據最小二乘原理求Ηο、Αι、Α2、···、Αω的線性方程組為：
[0022]
[0023] 解式(7)就可求得 Hq、Ai、A2、···、Am。
[0024] 管道系統特性曲線方程為：
[0025] H=Hst+SQ2 (8)
[0026] 式中Hst為靜揚程。
[0027] (4)調速栗轉速n2
[0028] η2 = ηι X (Q2/Q1) (9)
[0029] 式中ml工況點轉速和流量;〇2指112對應流量。
[0030] S43:根據運行實測數據，計算各工況水栗軸功率之和，選擇水栗軸功率之和最小 為最佳方案。
[0031] 本發明還提供了該長距離輸水系統的水栗選型節能方法，其包括以下步驟：
[0032] S31:確定長距離輸水工程系統的若干級栗站的級數和位置，選擇水栗；
[0033] S32:調速栗和定速栗臺數的確定
[0034] (1)調速栗和定速栗不同型號時，應滿足：
[0035]
[0036] 式中Q-總調水量；
[0037] Qi-調速栗額定轉速設計工況點的流量；
[0038] Q2-定速栗額定轉速設計工況點的流量；
[0039] η一定速栗臺數;η = 1，2,…，η
[0040] Η-調速栗和定速栗揚程；
[0041 ] ΗΡ-栗站出口設定壓力。
[0042] (2)調速栗和定速栗相同型號時，應滿足：
[0043]
[0044] 式(2)、（3)中，Q、HP已知，需求出Q^QlH;分別設η = 1，2，···，η即可得到相應的幾個 方案;結合水栗產品樣本及參數，初步確定調速栗和定速栗數量的組合方案；
[0045] S33:核定各個工況時調速栗和定速栗是否工作在高效區內，若工作偏出高效區， 則應重新選栗；
[0046] S34:枚舉法計算上述經核定的調速栗和定速栗數量組合方案的栗站栗組的年綜 合費用；
[0047]
[0048] 式中：
[0049] Zb--栗站年綜合費用，萬元/年；
[0050] η一一所選用的水栗數目（包括備用水栗），臺；
[0051 ] k 備用水栗的數目，臺；
[0052] 1一一調速器的數目，臺；
[0053] Ml-一第i臺水栗和電機的初投資，萬元；
[0054] P,一一第i臺調速器的初投資，萬元；
[0055] y 投資回收期的年限，；
[0056] α--設備年大修費率；
[0057] ρ一一輸送介質的密度；
[0058] Qi--第i臺水栗的流量，m3/h;
[0059] Hi--第i臺水栗的揚程，m;
[ΟΟ?Ο ] ηι--第i臺水栗的揚程的總效率（％ );
[0061 ] t一一水栗的年運行時間，h;
[0062] b--電價，元/kw · h;
[0063] i--銀彳丁年利率；
[0064] g--重力加速度，為9.8lm/s2;
[0065] S35:以年綜合費用最小為原則，確定栗站調速栗和定速栗臺數的最優組合方案。
[0066] 該長距離輸水工程系統為:在輸水工程始端和末端的輸水系統沿線上設置連續的 若干級栗站，所述栗站包括提水栗站和加壓栗站；
[0067] 每一級提水栗站前后連接輸水明渠，所述輸水明渠渠首設置引水閘、沿線設若干 座節制閘、根據地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙的倒虹吸和渡槽；
[0068] 每一級加壓栗站后連接輸水管路至下一級栗站，所述輸水管路根據地形變化選自 用于輸送水流穿越或跨越障礙的輸水管道、隧洞、暗渠中的一種或多種的結合;所述輸水系 統沿線上用于連通用水戶的分水閘和設有分水閥門的分水口。
[0069] 優選的，所述提水栗站前具有前池，前池上游設清污機，所述倒虹吸進口設攔污柵 和具有節制閘功能的檢修閘門，引水閘、節制閘及倒虹吸進口檢修閘門采用系統事故停電 可自動關閉閘門的齒桿式啟閉機。
[0070] 優選的，所述栗站、引水閘、節制閘、和分水閘連接用于提供動力和控制的電氣控 制設備。
[0071] 優選的，所述每一級加壓栗站前均設有前池。
[0072] 優選的，所述每一級加壓栗站的第一級加壓栗站具有前池，其它級加壓栗站前沒 有前池。
[0073] 優選的，所述提水栗站和加壓栗站組成均包括水栗進水端和出水端，在進水端和 出水端之間并聯連接的若干個定速水栗和調速水栗，每個水栗分別設有一水栗控制柜，在 栗站前池、栗站的各水栗進出水端、分水口、沿輸水線路控制點均設置有壓力表、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栗的水栗控制柜連接。
[0074]本發明還提供了上述長距離輸水工程系統的節能方法，所述節能方法為避免強調 系統節能的同時帶來工程投資增加等其它問題，是以工程總造價的年值或凈現值最小為前 提的。其是輸水工程系統的總體布置與輸水方式的節能方法，所述節能方法主要包括以下 步驟：
[0075] S10:選擇多個可行的輸水系統方案；
[0076] S20:對多個可行的輸水系統方案以系統年綜合費用z進行計算，z最小的方案最為 節能，使Zmin.
[0077]
[0078] 式中：i一銀行年利率；
[0079] Pkj-管道、隧洞、暗渠、明渠、渡槽、栗站等工程組成建筑物的投資；
[0080] y-投資回收期的年限；
[0081 ] m-工程組成建筑物的數量；
[0082] η-所選用的水栗數目（包括備用水栗），臺；
[0083] k一備用水栗的數目，臺；
[0084] α-年折舊率;α指第m個工程組成建筑物的年折舊率；
[0085] b一單位電能的費用[元/(kW · h)];
[0086] p-水的密度(kg/m3);
[0087] Qi-第i級栗站1年中隨季節變化的平均日輸水量(m3/s);
[0088] Hsyi-相應于Qi的栗站裝置揚程(m);
[0089] Ti一第i級栗站1年中平均工作小時數(h);
[0090 ] ηρ-水栗效率；
[0091] nPi-管道效率;nPi=Hsyi/Hi [0092] rut -電動機效率。
[0093]優選的，所述步驟S10中在選擇輸水系統方案中輸水方式的節能是在輸水條件具 備時依次優先選用有壓重力流輸水、明渠無壓重力流輸水、加壓輸水和重力流結合輸水、加 壓輸水。
[0094]優選的，所述步驟S10的步驟如下：
[0095] S11:根據輸水系統的水源地和供水目標，以及系統沿線受水區位置和地形地貌， 規劃輸水線路平面布置方案；
[0096] S12:對各平面布置方案縱、橫斷面設計；
[0097] S13:水力計算，能否管道自流，如是，則進入步驟S20;如否，則進入步驟S14;
[0098] S14:是否具備全線重力流明渠輸水，如是，則進入步驟S20;如否，則進入步驟S15;
[0099] S15:是否具備梯級提水明渠輸水，如是，則進入步驟S16;如否，則進入步驟S17;
[0100] S16:確定栗站級數和位置，優化水栗選型、大小栗組合或調速栗最優組合運行、傳 動效率、進出水設施，進入步驟S20;
[0101] S17:是否加壓與重力流組合輸水，如是，優化節能管徑、管材、加壓栗站級數、位 置;確定加壓段的控制點，調節池位置、隧洞及暗渠型式、長度、進出口高程，進入步驟S20; 如否，則采用加壓輸水，優化節能管徑、管材、加壓栗站級數、位置，進入步驟S20。
[0102] 本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0103] 圖la為本發明方案一的輸水管線平面布置示意圖（前半部分）；
[0104] 圖lb為本發明方案一的輸水管線平面布置示意圖（后半部分）；
[0105]圖2a為本發明方案二的輸水管線平面布置示意圖（前半部分）；
[0106] 圖2b為本發明方案二的輸水管線平面布置示意圖（后半部分）；
[0107] 圖3為本發明優化設計的流程圖。
【具體實施方式】
[0108] 下面結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0109] 本發明中的山丘區輸水工程系統是通過如下技術方案來實現的：
[0110] 本發明一方面提供了兩種長距離輸水工程系統，其中，栗站1;引水閘2;分水閘3; 明渠4;清污機5;前池6;節制閘7;攔污柵8;倒虹吸9;渡槽10;壓力管道11、隧洞12、暗渠13、 分水口 14、水庫15、高位水池16。
[0111] 方案一
[0112] 如圖la、lb所示，在輸水工程始端和末端的輸水系統沿線上設置連續的若干級栗 站1，栗站1包括連續的三級提水栗站和連續的四級加壓栗站。其中提水栗站指明渠上的栗 站，提水栗站位于加壓栗站的上游。每一級提水栗站前后連接輸水明渠4,所述輸水明渠4渠 首設置引水閘2、沿線設若干座節制閘7、根據地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙 的倒虹吸9和渡槽10,所述提水栗站前池上游設清污機5、倒虹吸進口設攔污柵8和具有節制 閘功能的檢修閘門，引水閘2、節制閘7及倒虹吸進口檢修閘門采用系統事故停電可自動關 閉閘門的齒桿式啟閉機。每一級加壓栗站均包括前池6、栗站1和輸水管路，所述栗站1前設 有前池6,栗站1后連接輸水管路至下一級栗站的前池6,所述輸水管路根據地形變化選自用 于輸送水流穿越或跨越障礙的輸水管道(壓力管道11)、隧洞12、暗渠13中的一種或多種的 結合;所述輸水系統沿線上用于連通用水戶的分水閘3和設有分水閥門的分水口 14;所述栗 站1、引水閘2、節制閘7和分水閘3連接用于提供動力和控制的電氣控制設備。
[0113] 方案二
[0114] 如圖2a、2b所示，另一種長距離輸水工程系統與上述系統的線路走向布置及建筑 物等基本相同，不同點只是四級加壓栗站的后三級加壓栗站沒有前池，這樣四級加壓栗站 直至工程末端完全串聯起來，實現多級加壓栗站系統直連而不中斷。
[0115] 本發明的長距離大型輸水工程系統通過逐級提水和加壓栗站及明渠、倒虹吸、渡 槽、管道、隧洞、暗渠輸水，到達輸水工程末端。各栗站和水閘的電氣和控制設備分別為栗站 內水栗和閥門、分水閘（閥）等提供動力和控制，協調調度梯級加壓栗站和輸水系統的聯合 運行，實現供水目標。由此可見，本發明通過將輸水系統沿線上分為連續的若干級，從而既 可以根據每一級的地形、流量、分水口位置、分水流量等特點設置不同的、最適合節能的建 筑組成和位置，還可以通過電氣控制設備實現不同級栗站的輸水量等，實現輸水系統的聯 合優化節能運行。
[0116] 優選的，所述系統提水栗站和加壓栗站組成包括水栗進水端和出水端，在進水端 和出水端之間并聯連接的若干個定速水栗和調速水栗，其特征在于所述每個水栗分別設有 一水栗控制柜，在栗站前池、栗站的各水栗進出水端、分水口、沿輸水線路控制點均設置有 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栗的水栗控制柜連 接。
[0117] 本發明還提供了上述山丘區長距離輸水工程系統的節能方法，所述節能方法為避 免強調系統節能的同時帶來工程投資增加等其它問題，是以工程總造價的年值或凈現值最 小為前提的。所述節能方法主要包括以下步驟：
[0118] 注:每一步中的公式參數含義相互獨立，若不同步驟間同一參數可能用不同的字 母表示，以各自表示的含義為準。
[0119] 第一步、輸水工程系統的總體布置與輸水方式的節能方法
[0120] 該節能方法包括以下步驟：
[0121] 1、選擇多個可行的輸水系統方案。取指相同的取水點和受水點(起點、終點），不同 的線路、栗站級數或不同數量的隧洞、倒虹吸、管道、暗渠等方案。
[0122] 2、輸水工程系統的總體布置的節能主要是滿足各線路方案的工程總造價年值或 凈現值最小，以此得出系統最合理的栗站級數、栗站臺數、流速、管徑、糙率和渠道橫斷面尺 寸的參數。節能途徑是線路總長度最短L-Lmin、總揚程最低多方案優化渠道等建 筑物的斷面尺寸、渠底坡降、襯砌形式、管徑、管道根數等。
[0123] 實現工程系統年綜合費用最小，應使Z^min.
[0124]
25] 式中：i一銀彳丁年利率；
[0126] Pkj-管道、隧洞、暗渠、明渠、渡槽、栗站等工程組成建筑物的投資；
[0127] y-投資回收期的年限；
[0128] m-工程組成建筑物的數量；
[0129] η-所選用的水栗數目（包括備用水栗），臺；
[0130] k-備用水栗的數目，臺；
[0131] α-年折舊率;α指第m個工程組成建筑物的年折舊率。
[0132] b一單位電能的費用[元/(kW · h)];
[0133] p-水的密度(kg/m3);
[0134] Qi-第i級栗站1年中隨季節變化的平均日輸水量(m3/s);
[0135] Hsyi-相應于Qi的栗站裝置揚程(m);
[0136] Ti-第i級栗站1年中平均工作小時數(h);
[0137] ηρ一水栗效率；
[0138] nPi-管道效率;nPi=Hsyi/Hi
[0139] rut -電動機效率。
[0140]其中，步驟1中輸水方式的節能是在輸水條件具備時依次優先選用有壓重力流輸 水、明渠無壓重力流輸水、加壓輸水和重力流結合輸水、加壓輸水。輸水方式的優選，結合所 述輸水工程系統的總體布置，實現工程系統年綜合費用最小，即：Z^min見式(1)。
[0141] 優化流程見圖3。
[0142] 步驟1具體步驟如下：
[0143] S11:根據輸水系統的水源地和供水目標，以及系統沿線受水區位置和地形地貌， 規劃輸水線路平面布置方案；
[0144] S12:對各平面布置方案縱、橫斷面設計；
[0145] S13:水力計算，能否管道自流，如是，則進入步驟2;如否，則進入步驟S14;
[0146] S14:是否具備全線重力流明渠輸水，如是，則進入步驟2;如否，則進入步驟S15;
[0147] S15:是否具備梯級提水明渠輸水，如是，則進入步驟S16;如否，則進入步驟S17;
[0148] S16:確定栗站級數和位置，優化水栗選型、大小栗組合或調速栗最優組合運行、傳 動效率、進出水設施，進入步驟2;
[0149] S17:是否加壓與重力流組合輸水，如是，優化節能管徑、管材、加壓栗站級數、位 置;確定加壓段的控制點，調節池位置、隧洞及暗渠型式、長度、進出口高程，進入步驟2;如 否，則采用加壓輸水，優化節能管徑、管材、加壓栗站級數、位置，進入步驟2。
[0150]上述綜合節能方法得到了前述的輸水系統，相比而言，由于第二種輸水系統方案 的后三級加壓栗站沒有前池，四級加壓栗站直至工程末端完全串聯起來，實現多級栗站系 統直連加壓而不中斷。每級加壓栗站輸水管道末端的剩余水頭(至少2~3m)都得到了充分 利用，所以更為節能。
[0151] 第二步、水栗選型的節能
[0152] 該節能方法為水栗選型節能方法，其包括以下步驟：
[0153] 1、選用效率較高的水栗；
[0154] 2、調速栗和定速栗臺數的確定，設定調速栗為兩臺（當然亦可設為變量）
[0155] (1)調速栗和定速栗不同型號時，應滿足：
[0156] v Η
[0157] 式中Q-總調水量；
[0158] Qi-調速栗額定轉速設計工況點的流量；
[0159] Q2-定速栗額定轉速設計工況點的流量；
[0160] η一定速栗臺數;η = 1，2,…，η
[0161] Η-調速栗和定速栗揚程；
[0162] ΗΡ-栗站出口設定壓力。
[0163] (2)調諫泵和定諫泵相同塑號時，應滿足：
[0164]
[0165] 式(2)、（3)中，Q、HP已知，需求出Q^Q^H;分別設η = 1，2,…，η即可得到相應的幾個 方案;結合水栗產品樣本及參數，初步確定調速栗和定速栗數量的組合方案。
[0166] 3、核定各個工況時調速栗和定速栗是否工作在高效區內，若工作偏出高效區，則 應重新選栗。
[0167] 4、枚舉法計算上述經核定的調速栗和定速栗數量組合方案的栗站栗組的年綜合 費用。
[0168]
[0169]式中：Zb--栗站年綜合費用，萬元/年；
[0170] η一一所選用的水栗(數目（包括備用水栗），臺；
[0171] k一一備用水栗的數目，臺；
[0172] 1一一調速器的數目，臺；
[0173] M,一一第i臺水栗和電機的初投資，萬元；
[0174] P,--第i臺調速器的初投資，萬元；
[0175] y--投資回收期的年限；
[0176] α一一設備年大修費率；
[0177] ρ一一輸送介質的密度；
[0178] Qi--第i臺水栗的流量，m3/h;
[0179] Hi--第i臺水栗的揚程，m;
[0180] ηι--第i臺水栗的揚程的總效率（％ );
[0181] t一一水栗的年運行時間，h;
[0182] b--電價，元/kw · h;
[0183] i--銀彳丁年利率；
[0184] g--重力加速度，為9.81m/s2。
[0185] 其中，調速器+水栗=調速栗，水栗=定速栗。
[0186] 5、以年綜合費用最小為原則，確定栗站調速栗和定速栗臺數的最優組合方案。
[0187] 第三步、水栗運行節能方法
[0188] 該節能方法為水栗運行節能方法，其包括以下步驟：
[0189] 1、確定覆蓋栗站流量變化范圍的水栗運行工況，保證調速栗和定速栗工作在高效 區內。
[0190] (1)調速栗和定速栗不同型號時對應工況和開栗組合
[0191]
[0193] 其中，Q1為調速栗最大流量，Q2為定速栗的流量。
[0194] (2)調速栗和定速栗相同型號時對應工況和開栗組合
[0195]
[0196] 2、水栗工況點參數的確定
[0197] (1)讀取水栗參數數據，包括單臺水栗的數個流量Qi、揚程出、功率Pi工況點數據， 單臺水栗最小運行流量Qmin、最大運行流量Qmax，已安裝的定速栗數量η定和調速栗數量η調； 管道阻耗系數S;通過流量計、壓力表等數據采集裝置獲取系統運行工況的總流量Q T、揚程 H〇
[0198] (2)依據定速水栗作為主力水栗參與運行，定速栗揚程等于工況點揚程，其余流量 由調速水栗通過調速運行供給的原則進行計算。
[0199] 計算單臺調速栗的流量
[0200] 〇j周=(qt-Qgxn定）+n調；(5)
[0201 ] (3)定速栗工況點、調速水栗額定工況點的確定
[0202] 由栗和管道系統特性曲線方程式(7)和式(8)聯立求出定速栗工況點、調速水栗額 定工況點的Q和Η值。其中水栗Q-H曲線由下列多項式擬合：
[0203] H=H〇+AiQ+A2Q2+---+AmQm (6)
[0204] 式中，Ho為Q = 0對應的!^1、厶2、'"人為栗〇-!1擬合曲線多項式系數，，111為指數，決 定式(6)的項數，一般取2或3。
[0205] 根據最小二乘原理求Ηο、Αι、Α2、···、Αω的線性方程組為：
[0206]
[0207]解式(7)就可求得 Hq、Ai、A2、···、Am。
[0208]上式中η指擬合Q-H曲線所取得坐標點數，i指除(Qo，Ho)以外的點。
[0209] 管道系統特性曲線方程為：
[0210] H=Hst+SQ2 (8)
[0211] 式中HST為靜揚程。S指管道阻耗系數(即管道阻力系數）。
[0212] (4)調速栗轉速n2
[0213] η2 = ηι X (Q2/Q1) (9)
[0214] 式中m及分別指工況點轉速和流量;〇2指112對應流量。
[0215] 3、根據運行實測數據，計算各工況水栗軸功率之和，選擇工況軸功率最小為最佳 方案。
[0216]第四步、自動化控制的節能
[0217] (1)清污機的節能，通過設置在清污機上下游的水位計控制水位差，當水位差大于 設定值時，清污機自動開啟，減小水頭損失。
[0218] 清污機在大型輸水渠道清污閘一般裝設多臺，每臺獨立工作。每臺清污機上設置1 塊按鈕箱，箱上安裝機旁開停按鈕;設置公用動力饋電屏1塊、屏內主要安裝空氣斷路器、交 流接觸器、電流互感器等一次設備;設置公用PLC控制屏1塊，屏內主要安裝PLC、觸摸屏、水 位流速顯示儀、智能儀表、10/100M工業以太網光傳輸交換機等。動力饋電屏及PLC控制屏安 裝在現場控制房間內。動力饋電屏及PLC控制屏至清污機的動力及控制電纜沿電纜溝及穿 管敷設。
[0219] 全年節省電耗可按下式計算：
[0220]
( :11 )
[0221] 式中弘一1年中栗站的平均日輸水量(L/s);
[0222] Hi-相應于Qi的水位差；
[0223] Ti一 1年中平均栗站工作小時數(h);
[0224] p-水的密度，取 p = lkg/L;
[0225] ηρ一水栗效率（％);
[0226] %-電機效率（％);
[0227 ] ηη一電網效率（％);
[0228] α-每lkWh電的價格(元/度）。
[0229] nPnm為水栗裝置效率。
[0230] (2)沿線栗站前池及控制點水位的自動控制節能
[0231] 在水栗的運行過程中，應選用先進的控制儀表，實行水位、流量、壓力自動監測，通 過PLC實現最佳控制，合理調整工況，保證高效工作。
[0232] 第五步、采用附屬建筑物設施的節能方法
[0233] (1)長距離輸水管道沿線采用多功能一體化附屬設施
[0234] 多功能一體化附屬設施通過將封堵板采用裝配連接的方式設置在輸水管道的各 試壓段上，從而將輸水管道的每一試壓段分隔為相鄰的兩個試壓段，每一試壓段通過管路 連通后即能夠實現每一試壓段單獨試壓或逐段連通試壓，可以節約試壓用水，達到節能目 的；大大縮短試壓工期，同時裝置裝配及拆卸簡單，也有利于縮短工程整體工期;在試壓過 程中其混凝土邊墻起到固定管道，防止輸水管道充水試壓時發生位移，代替常規的管道試 壓靠背;其還兼作管道止推墩和鎮墩，并同時作為閥門井使用，可以大大節約工程投資和節 能。
[0235] 詳見"一種山丘區輸水管道試壓方法及試壓裝置"專利(專利號201310453054.9)。
[0236] (2)引水閘、節制閘及倒虹吸進口檢修閘門采用系統事故停電可自動關閉閘門的 齒桿式啟閉機，事故停電時，齒桿式啟閉機自動關閉閘門將明渠水流分段截斷，避免壅高至 下游漫堤，造成安全事故和水的浪費。見"齒桿式啟閉機"專利，房金賢。
[0237] (3)自動控制通過沿線流量、壓力的檢測，及時、準確判斷事故點，實現自動停機流 程關機，關閉事故點的上下游閥門，減少棄水和水栗機組運行時間，節約能源。
[0238] 盡管已經示出和描述了本發明的實施例和比較例，本領域的普通技術人員可以理 解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和 變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1. 一種長距離輸水工程系統水栗運行節能方法，其特征在于，該長距離輸水工程系統 在輸水工程始端和末端的輸水系統沿線上設置連續的若干級栗站，確定每一級栗站調速栗 和定速栗臺數，其中，調速栗為兩臺，定速栗為η臺，確定覆蓋栗站流量變化范圍的水栗運行 工況，通過下述方式保證調速栗和定速栗工作在高效區內，以達到節能的目的： (1) 調速栗和定速栗不同型號時對應工況和開栗組合其中，Qi為調速栗最大流量，Q2為定速栗的流量； (2) 調速栗和定速栗相同型號時對應工況和開栗組合〇2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括步驟： (1) 讀取水栗參數數據;包括單臺水栗的數個流量&、揚程出、功率P i工況點數據，單臺 水栗最小運行流量Q min、最大運行流量Q max，已安裝的定速栗數量η定和調速栗數量η調;管 道阻耗系數S;通過數據采集裝置獲取系統運行工況的總流量QT、揚程Η; (2) 依據定速水栗作為主力水栗參與運行，定速栗揚程等于工況點揚程，其余流量由調 速水栗通過調速運行供給的原則進行計算； 計算單臺調速栗的流量 Ο?周=(QT-Q?Xn定）+n調； (5) (3) 定速栗工況點、調速水栗額定工況點的確定 由栗和管道系統特性曲線方程式(7)和式(8)聯立求出定速栗工況點、調速水栗額定工 況點的Q和Η值;其中水栗Q-Η曲線由下列多項式擬合： H=Ho+AlQ+A2Q2^-----i-AmO"1 (6) 根據最小二乘原理求^^、…丄的線性方程組為：解式(7)就可求得Hq、Ai、A2、···、Am; 管道系統特性曲線方程為： H=Hst+SQ2 (8) 式中Hst為靜揚程； (4) 調速栗轉速n2 η2 = ηι X (Q2/Q1) (9) 式中ml工況點轉速和流量;〇2指112對應流量； (5) 根據運行實測數據，計算各工況水栗軸功率之和，選擇工況軸功率最小為最佳方 案。3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)通過下式計算各工況軸功率 之和最小：式中： m指調速栗臺數η指所選用水栗臺數。 m一一取值1或0,表示第i臺栗開啟或關閉； Ai.Bi.Ci一一第i臺栗軸功率公式的擬合常數； Di--第i臺調速栗的轉速比;轉速比m/m; Qi--第i臺栗的流量，m3/h。4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述長距離輸水工程系統為： 所述栗站包括提水栗站和加壓栗站； 每一級提水栗站前后連接輸水明渠，所述輸水明渠渠首設置引水閘、沿線設若干座節 制閘、根據地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙的倒虹吸和渡槽； 每一級加壓栗站后連接輸水管路至下一級栗站，所述輸水管路根據地形變化選自用于 輸送水流穿越或跨越障礙的輸水管道、隧洞、暗渠中的一種或多種的結合;所述輸水系統沿 線上用于連通用水戶的分水閘和設有分水閥門的分水口。5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，其是輸水工程系統的總體布置節能方法包 括以下步驟： S10:選擇多個可行的輸水系統方案； S20:對多個可行的輸水系統方案以系統年綜合費用z進行計算，z最小的方案最為節 能，使Z^min.式中：i一銀行年利率； Pkj-管道、隧洞、暗渠、明渠、渡槽、栗站等工程組成建筑物的投資； y-投資回收期的年限； m-工程組成建筑物的數量； η-所選用的水栗數目（包括備用水栗），臺； k一備用水栗的數目，臺； α 一年折舊率； b-單位電能的費用[元/(kW · h)]; P一水的密度(kg/m3); Qi-第i級栗站1年中隨季節變化的平均日輸水量(m3/s); Hsyi一相應于Qi的栗站裝置揚程(m); 一第i級栗站1年中平均工作小時數(h); %-水栗效率； %i一管道效率;％i = HSyi/Hi Hmot 一電動機效率。
【文檔編號】E03B5/00GK105862964SQ201610259634
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】杜培文, 祝鳳山, 許志剛, 王金華, 張婷, 李孟
【申請人】杜培文