[发明专利]一种管网恒压智能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种灌溉管网压力稳定控制方法，特别涉及一种管网恒压智能控制方法，是用于微灌系统管网压力恒定的控制方法。

背景技术

随着世界范围内水资源的短缺，充分利用水资源，提高水利用率已越来越成为重要而迫切的问题。作为有效措施之一，目前世界各国大力推行管道化输水灌溉(主要包括喷灌、微灌、低压管灌等)，输水干管管径已发展到2000mm，单管输水流量高达20m³/s，干管长度达50km。由于灌溉管网具有减少无效供水、节约用水、便于管理、节约用地、保护水质、能有效利用水压等诸多特点，在我国也得到大力推广应用，截至2006年底，我国已发展低压管灌面积已达526.4万hm²，喷滴灌面积约357.8万hm²。为缓解水资源的供求矛盾，推动我国高效节水农业的发展起到了积极作用。

但是，管道化灌溉系统，通常处于一种随机用水状态，其用水的不确定性经常造成管网系统的压力、流量的变化，同时为适应田间用水量的变化，保证供给所需要的水量，供水系统如水泵运行的组合工况也处于经常性的变化之中，在设计及管理上需要使整个系统随田间水量的变化处于一种自适应的动态调节过程，但若设计管理不当，则会产生负面影响，如水锤、供水不足等等。日本学者河野广在1987年对日本国内的一项调查中显示，185个管道化灌区中有163个灌区存在水锤和气锤危害，占88％；因管理不善，造成供水不足的有139处，占75％；引起管道中吸入空气的164处，占88％；在160处开式和半封闭式灌区中，产生水池溢水的有153处，占96％。因此，为适应水管理所要求的按需供水、节能等诸多方面的要求，同时保障管网系统实现更安全、合理的运行管理，目前的灌溉管网中广泛采用了调压罐、调蓄水池、减压池、减压阀、多台水泵、泵转数调节等多种调节措施来控制管网的运行压力。

归纳来讲，对于一给定的泵，目前灌溉管网压力的控制方法主要分三类：

一、阀门调节

采用阀门调节，即水泵的转速不变，通过供水管路上阀门开度的大小，实现管网压力的调节，这种方式形式简单，操作容易，投资较小，但采用阀门调节，闸阀通过水流时会引起水力损失，并且可能导致水泵脱离高效工作区，泵站效率变低，能耗增大，即使水泵仍在高效区工作，但叶轮转速不变，能量损失在节流过程中。另外，在田间用水状况随时发生变化的情况下，单一的阀门调节不能有效保障系统工作压力稳定在所需的范围。

二.调压罐控制技术

调压罐供水系统又称恒压供水系统，它是通过调压罐与水泵的共同调节，使供用水达到平衡，能确保田间动态用水状况下管网压力的“相对”稳定。如图1所示，若调压罐设定压力上限P_max、下限P_min，当田间用水量变动如增加时，则系统压力降低，调压罐向系统补水补压，当压力降到给定压力下限时，则压力控制器或电接点压力表动作，控制装置则控制水泵运行组合，或启动一台泵或将小泵切换成大泵运行，增加供水，若此时压力继续降低则启动另外的泵，直至供用水平衡为止，反之亦然，其控制方法如下图2所示，由此可知，系统中水泵经常处于一种动停(on-off)运行状态，管道首端压力和管网压力也在设定的上下限内变动，具有相对稳定性，管网压力的稳定性取决于调压罐压力上下限的设定。调压罐调节易于实现智能自动化，但调压罐对管网压力的控制调节主要依靠频繁启停水泵来实现的，由于水泵多采用Y-Δ启动方式，电机的启动电流一般为其额定电流的3～4倍，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命会大大下降。同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械零从而增加维修工作量和备品、备件费用。

三.变频泵控制技术

变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好，节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。变频调节技术水泵出口阀全开，消除了阀门因节流而产生的能耗，而且改善了电机-水泵运行状况，在一定程度上延长了设备的使用寿命。变频泵控制技术调节控制方法如图3所示，从图3中可以看出，只要田间存在用水状况，那怕只是零星的用水，变频泵必须不停地工作，即使田间所有用水阀关闭，为使系统保压及后续的自动运行，水泵机组仍处于运转状态。同时，当田间用水量很小，也即变频泵的转速较小时，从水泵特性看，当转速小于一定转速时，其效率迅速降低，且远离泵的高效工作区，造成能量浪费。因此，在采用单一采用变频泵调压模式时，泵的连续运转以及存在的水泵效率损失等问题不能得到很好解决。