摘要 简单了介绍了城市供水网络的构成，并分析了网路工作的特点及相应的控制策略。针对水厂实际供水网络参数和控制系统的特点，提出了采用流量跟踪的温压控制方法，阐述了系统软硬件得设计，系统已投入实际使用，取得良好的节能效果。

关键词 流量跟踪 稳压供水 变频器

0 引言

在水处理和调度运行成本中，水泵电机能耗占大部分。为有效利用水电资源，保证供水质量，常用变频恒压控制技术。当供水量变化时，调节电机速度，保持水厂出水压力恒定，达到节能目的。通常以水厂出水压力为控制对象，但水厂与用户间涉及复杂供水管路，往往无法确保用户端压力恒定，难以有效节能和稳压供水。因此根据管路、压力和用户特点，研究水泵电机速度的优化控制、降低能耗和提高供水质量具有重要意义，已有文章提出了某些优化控制方案^[1～2>。本文根据水网特点，提出压力跟踪流量的控制方法，以实现高效节能和用户端恒压供水。

1 供水网络工作特点

乡镇供水与城市供水网络不同，用户分散，供水管路长，管路损耗大，有时中间需设有升压站，以保持足够水压，对消防用水等要求较高的场合尤为重要。另外工厂类用户集中的区域用水量较大，且其用水量、时间和水压呈一定的变化规律，对管路水况影响也很大。

某城郊水厂从河流抽水，进入水厂经沉淀过滤等处理后，再通过管道供给用户。通常每天的8~24时供水量较大，白天工厂用户为主，晚上18~24时，大多为居民用户，清晨0~7时用水量为白天的一半。

单台水泵的输出扬程与流量 有对应关系，将扬程换算成压力P后可得关系式

（1）

式中： 为流量为零时的水泵扬程；A、 为换算系数和扬程比例系数；S、n为管阻系数和电机转速。

由式（1）可见，压力与速度和流量的平方成正比，其功率与速度和流量的立方成正比。

多台水泵时，只需一台泵调速，其余泵工作在工频状态或停机，图1所示是其变频调速的扬程流量特性曲线图；P_A与Q₀的交点H₀对应于有 台水泵处于工频工作而调速泵输出流量为零（n₀=0）时的扬程。在一定转速下，流量增加时，压力减少，一般变频控制采用供水端恒压，即当管道流量Q变化时，沿直线P_A调节速度，其速度范围n_o~n_N，从管路系统考虑，流量发生变化，由于存在管阻，输出端实际压力不会保持恒定，若采用P_A恒压输出，在大流量时，用户端的出水压力就达不到要求。若保持P_B，小流量时，用户端出水压力超标，能源浪费大，且管道易受损。在不同流量Q₀~Q₄时，根据管阻系数S和用户端要求压力，就可计算水厂的输出压力，从而找到优化控制方案，使系统达到最佳的节能效果^[2>。

图1 水泵扬程流量特性曲线图

2 控制策略

供水网络通常由多节点网状管路组成，具有供水可靠稳定和便于维修的优点。图2所示为某城郊水厂的供水网络示意图，箭头表示水流方向。泵站水流经两主干管路输出再组成网络，网络节点分别为1、2、…10…i、j，最长路段30多公里。如考虑泵站到需保证水压配水端的每条支路，一般先经若干段共同主干管道，再逐次到各支路^[3>，则管道各段的压力与流量的对应关系可表示如下：

图2 供水管道网络配置示意图

（2）

式中：P_i、P_j为相邻点的扬程，i流向j； 、 为相邻节点间管阻系数和流量。

若按参考文献[1>、[2>中多水泵管道扬程和流量的计算方法，根据式（2），由各支路组成方程组，进行多次迭代运算，可得出式（1）中总压力与流量公式，计算较复杂，由于弯道和管道的粗细不均，使管阻系数S也难以准确。且随着中间用户用水量变化，中间接点的水流方向也发生变化，使计算公式误差更大。因此可以采用更简单实用的方法，如忽略局部阻力，该支路的管阻系数S^[2>可表示为

S=ML/d^5.33 （3）

式中：M为与管道材料有关的系数；L为该管道的长度；d为管道内径。

表1 各点压力数据检测

如各支路流量均匀变化，可视S为定值，管阻系数S不随流量和流速变化[2>。这样可虚拟一条总管道网路，在水厂出口取数组P、Q数据，在需保证水压的支路配水端点检测其压力