收稿日期：2020－09－16
作者简介：何辛（1989—），男，河南郑州人，工程师，主要从事供水工程建设与运行管理工作E-mail ：861026361qq．com
【水资源】
何
辛1
，李
骞2，卢继超
1
（1．河南黄河河务局黄河水务集团，河南郑州450003；
2．河南黄河河务局供水局，河南郑州450003）
摘
要：长垣周营水厂原采用的供水系统为国内传统设计方式，水泵机组运行能耗较大。由于长垣城乡供水区域内各用水户需求量大且极不稳定，
管网压力很难准确掌握，因此电能浪费和水泵机组损坏较为严重。操作人员根据实时数据进行水泵出口节流阀开度调整及频繁启/停水泵机组来完成水量调节，不仅工作量大、而且控制精度低，管理粗犷。本项研究以此为切入点，以现有部分装置的富余能力为基础进行节能改造，新增了全变流量控制系统，从而实现对水泵机组的优化，在提高供水量的同时，进一步降低运营成本，实现企业利润最大化。关键词：供水系统；节能降耗；研究；应用中图分类号：TV213．9
文献标志码：A
范伟的老婆doi ：10．3969/j．issn．1000－1379．2020．S2．032
长垣周营水厂供水系统作为长垣市城乡供水工程的水源
工程之一，水泵能耗较大。由于水厂水泵自身性能及设计参数配置留有较大富裕，加上供水区域各企业用水量大且极不稳
定，
因此管网压力难以准确掌握，只能依靠运行人员根据实时数据进行水泵出口节流阀开度调整及频繁启/停水泵机组来完
成水量调节。节流阀开度调节方式不仅工作量大、
增加工作人员劳动强度，而且其调控实时响应慢、控制精度低，电能浪费和
机组损坏较为严重。针对周营水厂水泵机组配置不协调、整体水泵机组运行效率低等问题，
本研究采用先进的节能技术和可靠经济的节能措施，充分利用现有的部分装置富余能力进行节能改造，
并综合考虑供水管路的瓶颈，做到以较少的投资达到各水泵的合理匹配和平衡，在提高供水量的同时，进一步降低水厂运营成本，
实现企业利润最大化。1实施方案与技术原理
周营水厂以前的供水系统采用国内传统设计方式，当供水
设备出现问题时，
使用备用设备替代受损设备，保证不影响供水系统正常运行。同时，通过手动或自控系统对主要设备与备用设备轮换运行，
以保证所有设备的运行时间基本一致，延长设备的寿命，降低设备的故障率。原有的供水系统没有采用相关节能措施，
一直以普通水泵定频运行，输水系统本身根据实际运行工况进行微调，相关供水水泵、电机等设备一直低效率
运行，
单位能耗高、管理粗犷，有很大的节能空间。针对传统供水系统存在的不足，在前期充分的市场调研、论证分析的基础上，严格比选、层层把关，重点对4台供水水泵进行节能改造，对所有水泵安装变频器及安装先进的逻辑控制
系统，
新增的全变流量控制系统将控制现有水泵泵组按需水要求自动运行，在保障水厂供水需求的前提下，保持供水系统高效率运行，节约能耗，最大限度提高供水系统的综合效率。全变流量控制系统技术原理：采用云智能水泵控制系统，信息（数据）网络采用工业以太网，控制网络采用现场总线和I /O 相
结合的方式。由可编程序控制器（PLC ）、模块和控制I /O 设备组成现场控制系统，对水厂各水泵进行集中控制，再由工业以太网、终端设备对水泵实行集中管理。工业以太网系统采
茅台系列用环形光纤网络，
300Mbps 传输速率，全双工通信。2主要创新点
（1）采用全变流量控制系统，创新增加自动寻优功能。针
对周营水厂传统水力输送系统进行技术改造，新增了全变流量控制系统，对现有水泵叶轮曲线进行优化，同时对现有的供水设备安装变频设备，实时监控供水系统工艺参数并与目标值比较，
自动寻优给出满足工艺要求且实时电耗最低的运行匹配和调速策略，实行最优运行调度方案，节能降耗效果显著，减少了人工计算工作量，降低了人为因素产生的误差，大大提高了系统的可靠性。
（2）所采用的自动化监控系统改变了人工采集原始数据工
作模式，
减少了水厂现场值守人数，降低了劳动强度，提高了系统设备的可靠性和自动化水平，实现了对设备参数和运行工况
的实时监测。利用远程传输技术实现数据的自动采集、集中显示并生成报表，可精确掌握能耗情况及节电量。利用温度传感
器采集电机运行温度，
改变了以往用人工测温的工作方式，克服了人工记录数据可读性较差、随意性较强的问题，提高了工
作效率，保证了温度数据采集的准确性和实时性。（3）所采用的自动化系统报警功能，能在第一时间发现故障，并发送告警信息提示工作人员。通过系统进行故障检测以及逻辑推断处理，
可以及时发现故障点以及隐患点，改变了水厂生产设备故障采用传统的人工判断的方式，克服了人工观测不及时等问题，保障了水厂安全生产。
（4）主要节能设备采用现场控制、中央控制两种控制模式，控制级别由高到低为手动控制、自动控制。手动控制通过节能控制
柜的按钮实现对设备的启停操作，
自动控制由PLC 根据水厂的工况及工艺参数完成对设备的启停控制而不需要人工干预。
（下转第83页）
08第42卷S2人民黄河Vol ．42，Sup．2
2020年12月YELLOW ＲIVEＲ
Dec．，2020
数同上，对d 2选取不同的参数值，仿真得到系统在z =0．0截面
上的庞加莱截面图（见图3）
。
图3d 2取不同值时对应的Poincare 截面图
从图3可以看出，当参数d 2=0．015，d 2=0．095，d 2=0．325时Poincare 截面图呈现出杂乱无章的情形，表明此时系统发生了混沌运动；而当d 2=0．165时Poincare 截面图是几个孤立点，
空调的1.5匹是多少瓦表明此时系统发生了周期运动。这表明当0．1328＜d 2＜0．2372时，系统（2）中出现的是周期运动，除此之外都是混沌运动，
数值结果和理论分析结果完全吻合。3结论
为了有效地分析水资源供需系统的特征，探讨水资源系统内在的动力学特性，
本文建立了一类水资源供需系统的动力学方程。利用Ｒouth －Hurwitdz 准则对系统的平衡点稳定性进行了分析，
得到了系统处于稳定状态和混沌状态的参数区间，并通过仿真软件对理论分析的结果进行了数值模拟，结果表明该系统具有很强的初值敏感性。
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【责任编辑张华兴】
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3经济效益分析
通过在河南黄河新濮供水有限责任公司长垣周营水厂引
黄供水项目中的应用，实现了对水泵机组的性能优化，保证了电能损耗在正常的生产过程中不断降低，节省了人力，实现了“无人值班、少人值守”，具有明显的社会效益和经济效益。经测算：长垣周营水厂在实施节能降耗技术改造后单方水平均节
能0．02kW ·h ，按水厂平均每天供水40000m 3
、电费按照平均电价0．72元/kW ·h 计算，
仅2019年下半年就节约电费10．37万元、
2020年至今运行7个月节约电费12．1万元。4结语
长垣周营水厂供水系统经过一年多的运行，能够达到最初的设计指标，机组运行稳定，节能量显著。在运行期间，有效解决了水泵机组整体运行效率低、电能浪费严重的问题，成功实现了对水泵机组的优化，保证电能损耗在正常的生产过程中不
断降低。云智能水泵控制系统实现了对运行数据的自动采集，提高了数据的采集效率和精度，改变了水厂值班模式，实现了“无人值班、少人值守”。自动化系统所采用的报警功能，改变了以往水厂生产设备故障人工判断方式，通过系统进行故障检测以及逻辑推断处理，降低了劳动强度，保障了水厂安全生产。
参考文献：
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［2］曹帅，曹严亮．变频器在水泵控制中的应用与节能［J ］．科技资讯，
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【责任编辑张华兴】
38人民黄河
2020年S2
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