■济南水务集团有限公司加压供水管理部　殷晓岚　王子昌　孟 琰

1.概述

截至2019年济南水务集团加压供水管理部接收管理居民二次供水设施224处。这些二次供水设施建设年代跨度大，设备厂家众多，建设标准不统一，导致了二次供水泵站泵房格局不统一，设备设施品牌多样，通讯协议、控制功能等具备明显的设备厂家特色，给二次供水设施的日常运行、设备管理带来了极大的不便，对用户服务、设备维修等工作造成了大量的隐患。

为减轻因居民二次供水设施大量接收给运行管理单位带来的巨大压力，居民二次供水设施优化运行改造项目以安泰成品和都市报业文苑两个小区为试点，以满足接收单位运行管理需求为目标，以优化二次供水泵房现场运行及控制功能为改造内容，以解决重点服务问题和数据分析需求为重点，重新设计控制功能和运行方式，统一通讯协议及功能参数，规范设备配置及设施布局，最终形成制度规范、功能标准、运行优化的居民二次供水运行系统。

2.二次供水运行系统优化方案

2.1  优化改造目标

①充分考虑供水高峰时段直供区出现的水压低等服务问题，着重发挥水箱的错峰调蓄功能；②为规范泵房运行管理，优化设计设备运行及控制功能，统一运行机制。③结合监控平台的数据分析需求，统一通讯协议及功能参数；④强化安全管理，加强重点设备的安全保护，重大突发故障有预警机制，设置多级保护；⑤为加强泵房管理维护，规范设备配置、控制柜布线、泵房布局及安防技防设施。

2.2  优化改造方案及内容

二次供水运行系统优化项目以设备运行和控制功能优化为主，包括机组运行、阀门调节、报警联动、水箱调节、安全预警等运行及控制功能方面进行优化及改造。也包含部分硬件改造。

2.2.1  机组运行方式优化

①机组运行方式优化。

二次供水运行系统为无人值守自动化运行系统，常规的二次供水运行一般采用一台变频器拖动多台机组运行方式。这种方式看似每个分区都有机组互为备用，但作为拖动核心的变频器只有一台，一旦变频器出现故障将导致整个区域停止供水，造成运行隐患。在优化改造中，同时考虑到改造成本，增加备用变频器一台，变一拖多为二拖多，即两台变频器拖动多台机组的运行方式。设置变频器定时自动切换及故障切换功能，能够保证两台变频器随时处于热备状态，避免因变频器故障造成的系统性停水。

②分时段恒压供水。

常规二次供水设施运行只有一个出水压力设定值。这种方式虽然简单，但从长期运行看不利于节能。优化改造采用分时段自动恒压供水，将一天分为多个运行时间段，按照白天用水时段和夜间用水时段进行划分，用户可根据时间段设置不同的工作压力，根据压力信号控制供水机组运行。

2.2.2  水箱调蓄功能优化

优化改造在满足机组基本运行的基础上，充分考虑发挥水箱（清水池）在二次供水运行系统中的“错峰供水、蓄水调节”功能。目前二次供水设施关于水箱的应用往往存在两个问题。一是水箱进水方式为随供随补水模式，水箱的调蓄功能无法充分利用；二是因水箱进水阀为常开模式，高峰用水期会造成直供区泄压严重，甚至会造成水压低或短时停水现象，这也是引起高峰期直供区水压低的主要原因。针对该问题，此次优化改造从设备和系统功能两方面入手，规范了水箱进水模式，基本实现了确保直供区用水压力的同时，又充分利用了水箱蓄水功能，同时尽可能避免频繁开关总进水电动阀门，从而保障了设备运行的安全性。

①每个水箱安装两个液位变送器，互为备用。②设置开停机液位，根据液位自动开启或关闭机组运行。③对现有机械浮球阀进行改造，改为电动遥控浮球阀。即该浮球阀具有两个功能：一是根据液位设定值打开或关闭；二是达到机械浮球液位时自动关闭。④设定高峰供水时间。高峰时段内关闭进水电动浮球阀门，保障直供区供水。⑤水箱“错峰供水、蓄水调节”功能设计。

控制水箱进水的主要设备设施包括：遥控浮球阀、液位计、进水压力表、总进水电动阀门（调节阀）、电动阀。如图1所示：

图1  水箱进水模式示意图

在供水高峰期关闭电动浮球阀门，以满水箱水量保障加压区用户供水，可缓解直供区水压低问题，尽量避免高峰期开启阀门进水；在供水低峰时段，根据水箱运行液位设定的下限值，系统开启电动遥控浮球阀进行补水，当达到液位上限值时，自动关闭电动遥控浮球阀；当遥控液位浮球阀出现故障，关闭总进水电动阀门进行保护。从而实现了“错峰供水、蓄水调节”功能。

水箱调蓄功能设计中应该注意的几个问题：一若在供水高峰期内，液位运行达到下限设定值，则应开启阀门给水箱补水，优先保证加压区域用户供水；二应在高峰供水期来临前，水箱开始补水直至最高液位；三供水高峰期应最大限度的发挥水箱的蓄水调节功能，但非高峰时段则可适当减少调蓄空间；四在正常运行状态下，总进水电动阀应根据现场实际情况，固定在某一开度的常开状态，该开度应满足在强制水箱补水时间内能够补满水箱，同时不会造成过大的泄压。

⑥水箱安全功能设计

为防止水箱溢水，进水阀门采取三级保护：首先根据液位上限设定值关闭电动遥控浮球阀，当电动阀失效，水位上涨至机械浮球液位时，关闭机械浮球阀，若水位继续上涨，则在溢水液位前关闭总进水阀门，同时发出报警信号。

2.2.3  安全保护机制优化

①常规的二次供水设施运行以全自动恒压供水为主要运行方式，配合机组手动运行，而手动运行多以触摸屏控制为主。考虑到供水设施运行的安全性、稳定性、可靠性，在优化设计中规定所有需要操控的设备设施均要有手动操作旋钮或状态转换旋钮，同时配以触摸屏控制，防止因触摸屏故障引起系统瘫痪。如图2所示。

图2  操作模式展示图

②设置预警、报警双重安全模式。除了常规报警，在优化改造中还设置预警功能。设定进、出水压力上、下限预警值，水箱液位上、下限预警值，预警值发生时间要早于报警值，当系统判定发出预警信号时，机组仍能正常运转，但相关人员应立刻赶往现场查找原因，极大的提高了应急故障处置效率。

③除了常规的消防和技防设施，在要求新的二次供水泵房增加安装语音对讲功能，确保无通讯信号时在泵房内能与外界保持联络。

2.2.4  配电柜、控制柜及通讯协议优化

统一配电柜、控制柜的选型，安装布局，内部元器件的规划布置以及控制参数的设定。明确具体安装规范，实现控制柜内设计统一化、标准化，为日常维修，尤其是质保期后设备维修提供硬件支持。根据控制功能的需求，明确信号类别，区分协议类型，定义统一的标准的通讯数据协议。

3.功能效果评价

以安泰成品小区为例，通过进水压力、水箱液位两个参数对比试述此次优化改造效果。安泰成品二次供水泵房采用水箱供水方式，共有水箱2个，蓄水量60m3*2。设有中区和高区两个分区，每个分区3台机组，两用一备。

3.1  改造前后数据分析

为确保科学性、有效性，我们选取了改造调试平稳运行后3周时间（1月27日—2月24日）的运行数据与改造前运行数据进行对比。改造前后进水压力变化，及水箱液位变化情况见图3和图4。

图3  工作日改造前后进水压力、液位折线图

图4  节假日改造前后进水压力、液位折线图

通过上图可以明显看出改造前后进水压力、水箱液位的变化形式：

①水箱补水期，进水压力较改造前明显降低，因是供水低峰时段，因此对直供区影响不大；②高峰供水期进水压力较改造前明显提高，意味着高峰期直供区水压低问题较改造前明显改善；③该小区水箱调蓄水量足以满足高峰期供水需求，改造后水箱“蓄水调节”功能已能较充分利用；④节假日进水压力较工作日略低，进水压力最低点出现在中午11—12期间；⑤节假日早高峰时期较工作日推迟约1小时到来。

3.2  运行效果评价

①通过进水压力比较可以看出，居民二次供水设施优化运行项目极大的发挥了水箱的蓄水调节能力，可以改善、缓解供水高峰期的直供区水压低问题。②双变频运行方式，可以避免因变频器故障造成的系统性停水，提高了供水服务的保障性，同时为设备维修留出了空间。③水箱的双液位设计提高了水箱运行的安全保障。④通过优化运行改造，将易出现的运行突发故障集中在有限的设备点上，降低了故障判断的复杂性，提高了故障判断的准确率。

4.结束语

居民二次供水运行系统的优化改造是基于现阶段二次供水运行状况，针对供水设施繁杂，控制功能不统一，泵房布局混乱，各供货厂家技术壁垒等问题在设计、施工、系统编程、远程通讯等方面进行的全方位优化改造。它由居民二次供水设施接收管理方结合日常管理经验，综合分析运行问题后提出并实施。运行中根据实际情况不断总结改进，直至发展成为适合绝大多数二次供水设施的运行模式。最后形成制度规范、建设标准，统一推广，最终实现规范化、标准化的居民二次供水运行系统。因此对接收管理单位提出了较高要求。居民二次供水运行系统优化改造的最大意义是使居民二次供水泵房的建设、运行、服务全生命周期管理有了制度可寻，规范可依。