[發明專利]一種管網恒壓智能控制方法

無效

• 申請號: 200810127059.1
• 申請日: 2008-06-19
• 公開（公告）號: CN101315565A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 龔時宏;王建東;于穎多;李久生
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20;G05D16/14;A01G25/16
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 何文彬

技術領域

本發明涉及一種灌溉管網壓力穩定控制方法，特別涉及一種管網恒壓智能控制方法，是用于微灌系統管網壓力恒定的控制方法。

背景技術

隨著世界范圍內水資源的短缺，充分利用水資源，提高水利用率已越來越成為重要而迫切的問題。作為有效措施之一，目前世界各國大力推行管道化輸水灌溉(主要包括噴灌、微灌、低壓管灌等)，輸水干管管徑已發展到2000mm，單管輸水流量高達20m³/s，干管長度達50km。由于灌溉管網具有減少無效供水、節約用水、便于管理、節約用地、保護水質、能有效利用水壓等諸多特點，在我國也得到大力推廣應用，截至2006年底，我國已發展低壓管灌面積已達526.4萬hm²，噴滴灌面積約357.8萬hm²。為緩解水資源的供求矛盾，推動我國高效節水農業的發展起到了積極作用。

但是，管道化灌溉系統，通常處于一種隨機用水狀態，其用水的不確定性經常造成管網系統的壓力、流量的變化，同時為適應田間用水量的變化，保證供給所需要的水量，供水系統如水泵運行的組合工況也處于經常性的變化之中，在設計及管理上需要使整個系統隨田間水量的變化處于一種自適應的動態調節過程，但若設計管理不當，則會產生負面影響，如水錘、供水不足等等。日本學者河野廣在1987年對日本國內的一項調查中顯示，185個管道化灌區中有163個灌區存在水錘和氣錘危害，占88％；因管理不善，造成供水不足的有139處，占75％；引起管道中吸入空氣的164處，占88％；在160處開式和半封閉式灌區中，產生水池溢水的有153處，占96％。因此，為適應水管理所要求的按需供水、節能等諸多方面的要求，同時保障管網系統實現更安全、合理的運行管理，目前的灌溉管網中廣泛采用了調壓罐、調蓄水池、減壓池、減壓閥、多臺水泵、泵轉數調節等多種調節措施來控制管網的運行壓力。

歸納來講，對于一給定的泵，目前灌溉管網壓力的控制方法主要分三類：

一、閥門調節

采用閥門調節，即水泵的轉速不變，通過供水管路上閥門開度的大小，實現管網壓力的調節，這種方式形式簡單，操作容易，投資較小，但采用閥門調節，閘閥通過水流時會引起水力損失，并且可能導致水泵脫離高效工作區，泵站效率變低，能耗增大，即使水泵仍在高效區工作，但葉輪轉速不變，能量損失在節流過程中。另外，在田間用水狀況隨時發生變化的情況下，單一的閥門調節不能有效保障系統工作壓力穩定在所需的范圍。

二.調壓罐控制技術

調壓罐供水系統又稱恒壓供水系統，它是通過調壓罐與水泵的共同調節，使供用水達到平衡，能確保田間動態用水狀況下管網壓力的“相對”穩定。如圖1所示，若調壓罐設定壓力上限P_max、下限P_min，當田間用水量變動如增加時，則系統壓力降低，調壓罐向系統補水補壓，當壓力降到給定壓力下限時，則壓力控制器或電接點壓力表動作，控制裝置則控制水泵運行組合，或啟動一臺泵或將小泵切換成大泵運行，增加供水，若此時壓力繼續降低則啟動另外的泵，直至供用水平衡為止，反之亦然，其控制方法如下圖2所示，由此可知，系統中水泵經常處于一種動停(on-off)運行狀態，管道首端壓力和管網壓力也在設定的上下限內變動，具有相對穩定性，管網壓力的穩定性取決于調壓罐壓力上下限的設定。調壓罐調節易于實現智能自動化，但調壓罐對管網壓力的控制調節主要依靠頻繁啟停水泵來實現的，由于水泵多采用Y-Δ啟動方式，電機的啟動電流一般為其額定電流的3～4倍，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命會大大下降。同時，啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現象，容易對機械零從而增加維修工作量和備品、備件費用。

三.變頻泵控制技術

變頻調速技術用于水泵控制系統，具有調速性能好，節能效果顯著、運行工藝安全可靠等優點。變頻調節技術水泵出口閥全開，消除了閥門因節流而產生的能耗，而且改善了電機-水泵運行狀況，在一定程度上延長了設備的使用壽命。變頻泵控制技術調節控制方法如圖3所示，從圖3中可以看出，只要田間存在用水狀況，那怕只是零星的用水，變頻泵必須不停地工作，即使田間所有用水閥關閉，為使系統保壓及后續的自動運行，水泵機組仍處于運轉狀態。同時，當田間用水量很小，也即變頻泵的轉速較小時，從水泵特性看，當轉速小于一定轉速時，其效率迅速降低，且遠離泵的高效工作區，造成能量浪費。因此，在采用單一采用變頻泵調壓模式時，泵的連續運轉以及存在的水泵效率損失等問題不能得到很好解決。