CN110345055B - 一种排涝泵站排涝量信息监测方法及系统 - Google Patents

一种排涝泵站排涝量信息监测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种排涝泵站排涝量信息监测方法及系统，其特征在于，包括如下步骤：获取排涝泵站中每一泵组的开机时间和停机时间，根据开机时间和停机时间得到排涝泵站的排涝时间t；采集排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江，根据电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量Qi；根据公式①
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，获取该排涝泵站的排涝量，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
排涝泵站中对1‑n台泵组排涝量求和，t为所述排涝时间。本发明具有排涝量监测精确度高的特点。

Description

一种排涝泵站排涝量信息监测方法及系统
技术领域
本发明涉及信息监测的技术领域，特别涉及一种排涝泵站排涝量信息监测方法及系统。
背景技术
在水利工程信息化设施建设中，各种在线信息采集系统类型越来越多，针对排涝泵站，常规信息采集系统有：水雨情、机组运行状态、水工建筑物自动安全监测、视频监控、水质在线等。
其中，排涝泵站的排涝量，属于机组运行状态信息类型。对于常规供水泵站而言，排水管道较长，容易满足安装智能流量计“前十后五”的条件要求，即流量计安装位置必须位于管道的水平管段，且同时满足来水方向水平管段长度为管道直径的10倍和去水方向水平管段长度为管道直径的5倍。但对于排涝泵站而言，因其排水管段很短，根本无法满足这一条件，所以不能采用智能流量传感器来实现这一需求。
因此，现有技术中对于排涝泵站的排涝量监测精确度不高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种排涝泵站排涝量信息监测方法，具有排涝量监测精确度高的特点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种排涝泵站排涝量信息监测方法，包括如下步骤：
获取排涝泵站中每一泵组的开机时间和停机时间，根据开机时间和停机时间得到排涝泵站的排涝时间t；
采集排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江，根据电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量Qi；
根据公式①
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，获取该排涝泵站的排涝量，其中，
Figure 748623DEST_PATH_IMAGE002
排涝泵站 中对1-n台泵组排涝量求和，t为所述排涝时间。
通过上述技术方案，本申请通过对电机功率、内江水位和外江水位的采集，经过公式换算后得到每一泵组当前时刻的对应排涝流量，进而根据排涝时间和排涝泵站中工作的泵组数量，得到该排涝泵站的排涝量，上述排涝泵站的排涝量监测精确度高。
优选的，根据电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量Qi中，包括如下步骤：
根据电机功率Pi可知公式②：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，K为动力储备系数，
Figure 993660DEST_PATH_IMAGE004
为传动系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为水泵轴功率；
根据水泵轴功率
Figure 366872DEST_PATH_IMAGE005
可知公式③：
Figure 591442DEST_PATH_IMAGE006
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为泵组扬程，
Figure 264869DEST_PATH_IMAGE008
为泵组效率；
根据公式②、公式③可知公式④：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
=
Figure 179342DEST_PATH_IMAGE010
=
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，其中，泵 组扬程
Figure 836588DEST_PATH_IMAGE007
=H外江-H内江+h损，h损为泵组过流部件水力损失；
定义
Figure 97806DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，其中，
Figure 596045DEST_PATH_IMAGE013
为常数值；
根据公式⑤
Figure 917305DEST_PATH_IMAGE014
获得泵组当前时刻对应的排涝流量Qi。
通过上述技术方案，泵组扬程为内江水位和外江水位差、泵组过流部件水力损失之和，通过将泵组扬程变化和水泵效率变化结合进入到电机功率中计算得到的泵组的排涝流量，减少了泵组扬程变化和水泵效率变化的影响，以进一步提高排涝泵站监测的精确度。
优选的，在步骤定义
Figure 202793DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 205384DEST_PATH_IMAGE013
中，
Figure 56665DEST_PATH_IMAGE013
的常数值变动幅度在0.88~0.94之间，通过取 常数值变动幅度的平均值获得
Figure 522063DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 29267DEST_PATH_IMAGE013
为常数值。
优选的，排涝泵站中设置有2台泵组，泵组为330KW、380V低压电机泵组。
针对现有技术存在的不足，本发明的另一目的在于提供一种排涝泵站排涝量信息监测系统，具有排涝量监测精确度高的特点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种如上述技术方案中所述的一种排涝泵站排涝量信息监测方法的排涝泵站排涝量信息监测系统，包括：
至少一个采集模块，每个采集模块与每个泵组相对应，采集模块包括开停机检测部、内江水位传感器、外江水位传感器和采集仪表，所述开停机检测部连接于泵组的供电回路以获取泵组的开机信号或关机信号，所述内江水位传感器用于采集内江水位，所述外江水位传感器用于采集外江水位，所述采集仪表用于采集泵组的电机功率；
至少一个遥测终端，与每个采集模块对应，遥测终端用于发送采集模块采集的开机信号、关机信号、内江水位、外江水位和电机功率；
上位机系统，用于获取遥测终端发送的开机信号、关机信号、内江水位、外江水位和电机功率，根据开机信号和关机信号以得到排涝泵站的排涝时间，根据电机功率、内江水位和外江水位计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量，进而根据排涝时间、泵组的数量获取该排涝泵站的排涝流量。
通过上述技术方案，本申请通过对电机功率、内江水位和外江水位的采集，经过公式换算后得到每一泵组当前时刻的对应排涝流量，进而根据排涝时间和排涝泵站中工作的泵组数量，得到该排涝泵站的排涝量，上述排涝泵站的排涝量监测精确度高，并且排涝量监测过程中采集的数据量少，系统架构简单，集成度高。
优选的，排涝泵站中设置有2台泵组，泵组为330KW、380V低压电机泵组。
优选的，所述采集模块的数量设置有两个，所述遥测终端的数量设置有两个。
综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：
本申请通过对电机功率、内江水位和外江水位的采集，经过公式换算后得到每一泵组当前时刻的对应排涝流量，进而根据排涝时间和排涝泵站中工作的泵组数量，得到该排涝泵站的排涝量，上述排涝泵站的排涝量监测精确度高。
附图说明
图1为本发明技术方案中排涝泵站的结构示意图；
图2为本发明技术方案中排涝泵站中泵组的接线电路图；
图3为本发明技术方案中数据流程示意图。
附图标记：100、泵组电机；200、排水管；300、内江水位传感器；400、外江水位传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，排涝泵站内设置有若干泵组，排水管200一端接内江，排水管200的另一端接外江，通过泵组将内江中的水向外江中转移，从而实现内江水位的控制，达到排涝的目的，针对于排涝泵站而言，因其排水管200段很短，根本无法安装智能流量计这一条件。为解决上述技术问题，本申请通过对电机功率、内江水位和外江水位的采集，经过公式换算后得到每一泵组当前时刻的对应排涝流量，进而根据排涝时间和排涝泵站中工作的泵组数量，得到该排涝泵站的排涝量，上述排涝泵站的排涝量监测精确度高。
值得说明的是，行业内对排涝泵站的排涝量，即排水量监测应用较少，目前主要有以下两种。
第一种是，采集排涝泵站泵组的开机时间和停机时间，得到泵组的排涝时间，忽略泵组排涝流量随工况的变化而变化这一事实，将任意工况的泵组排涝流量均视为额定流量，以额定流量与排涝时间的乘积估算排涝量。
第二种是，采集排涝泵站运行中泵组的电机功率和排涝时间，利用电机功率与额定电机功率的比率，类比对应工况下泵组排涝流量与额定排涝流量的比率，得到当前时刻下的泵组排涝流量，将之与时间的乘积再求积分而得到排涝量估算值。
上述两种方式中，第一种将任意工况排涝流量视为额定流量不变，这种算法误差较大、且令结果偏大很多。第二种考虑了排涝流量的变化，利用电机功率和流量的关系，以及任意工况电机功率和额定功率的占比，虽然精度优于第一种，但却忽略了电机功率与排涝流量的关系中，还受到当前时刻下泵组扬程变化和泵组效率变化的影响，因此，结果仍然存在一定误差。
本申请避免了上述两种缺陷，令排涝泵站的排涝量监测数据的准确度大大提高，且涵盖了排水管200出口处于有压和无压的两种状态，在当今对水利信息数据准确度要求越来越高的趋势下，值得推广借鉴。值得说明的是，排水管200无压状态是指，外江水位没有淹没排水管200出口，此时，泵组的扬程不会因为外江水位变化而发生变化，只跟内江水位有关；排水管200的有压状态是指，外江水位淹没排水管200出口，此时，泵组的扬程跟随外江的水位的变化、以及内江水位的变化而发生变化。
本申请关于排涝泵站排涝量信息监测系统，结合图2和图3所示，包括至少一个采集模块、至少一个遥测终端和上位机系统。
本申请中，排涝泵站中设置有至少一组泵组，每个泵组对应一个采集模块，每个采集模块对应一个遥测终端，上位机系统用于采集每个遥测终端的数据。在一个实施例中，排涝泵站中设置有2台泵组，泵组为330KW、380V低压电机泵组，采集模块的数量设置有两个，遥测终端的数量设置有两个。
具体地，采集模块包括开停机检测部、内江水位传感器300、外江水位传感器400和采集仪表，10KV电源进线通过变压器降压后提供400V交流电压，400V交流电压用于提供给泵组工作电压，泵组电机100的供电回路上连接有断路器，断路器内具有辅助触点，断路器用于控制整个泵组电机的启停；
其中，开停机检测部连接在泵组电机100的供电回路的断路器的辅助触点上，开停机检测部基于断路器的辅助触点以采集泵组的开机情况或关机情况以输出相应的开机信号或关机信号。
泵组电机100的供电回路上还连接有软启动器，软启动器内具有接触器，接触器的常开触点KM1的并联连接在软启动器上，接触器控制其常开触点KM1闭合或断开，以实现泵组电机100启停的平滑过渡。
内江水位传感器300设置在内江中，内江水位传感器300用于采集内江水位，外江水位传感器400设置在外江中，外江水位传感器400用于采集外江水位，采集仪表连接在泵组电机100上，采集仪表用于采集泵组的电机功率。
遥测终端与每个采集模块对应，遥测终端设置在排涝泵站中，遥测终端用于发送采集模块采集的开机信号、关机信号、内江水位、外江水位和电机功率；
上位机系统设置在监控人员的监控室中，上位机系统用于获取遥测终端发送的开机信号、关机信号、内江水位、外江水位和电机功率，根据开机信号和关机信号以得到排涝泵站的排涝时间，根据电机功率、内江水位和外江水位计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量，进而根据排涝时间、泵组的数量获取该排涝泵站的排涝流量。
本申请关于排涝泵站排涝量信息监测方法，应用在上位机系统中，包括如下步骤：
步骤S100，获取排涝泵站中每一泵组的开机时间和停机时间，根据开机时间和停机时间得到排涝泵站的排涝时间t。
根据步骤S100所限定的技术方案，具体地，开停机检测部用于检测泵组的开机和停机，进而输出开机信号和停机信号，经过遥测终端传输至上位机系统中，上位机系统获取开机信号和停机信号得到泵组的开机时间和停机时间，进而根据开机时间和停机时间得到排涝泵站的排涝时间t。
步骤S200，采集排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江，根据电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量Qi。
根据步骤S200所限定的技术方案，具体地，内江水位传感器300采集内江水位H内江，外江水位传感器400采集外江水位H外江，采集仪表采集泵组当前时刻对应的电机功率Pi，上位机系统接收到内江水位H内江、外江水位H外江和电机功率Pi后，根据电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量Qi。
上位机系统计算包括如下步骤：
步骤S210,根据电机功率Pi可知公式②：
Figure 835549DEST_PATH_IMAGE003
，K为动力储备系数，
Figure 10179DEST_PATH_IMAGE004
为 传动系数，动力储备系数和传动系数多为常数，传动系数为1.0。其中，
Figure 876504DEST_PATH_IMAGE005
为水泵轴功率，水 泵轴功率的单位为KW。
步骤S220,根据水泵轴功率
Figure 933321DEST_PATH_IMAGE005
可知公式③：
Figure 543294DEST_PATH_IMAGE006
，其中，
Figure 808316DEST_PATH_IMAGE007
为 泵组扬程，扬程的单位为m，
Figure 111121DEST_PATH_IMAGE008
为泵组效率。对于当前泵组而言，在当前时刻下，电机功率Pi、 排涝流量Qi、泵组扬程
Figure 389656DEST_PATH_IMAGE007
、和泵组效率
Figure 537740DEST_PATH_IMAGE008
随时间变化而变化，一般最优状态为额定工况，分 别表述为额定电机功率P额、额定排涝流量Q额、额定泵组扬程H额、额定泵组效率
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，值得说明 的是，只要泵组的机组型号确定，其额定工况下的额定电机功率P额、额定排涝流量Q额、额定 泵组扬程H额、额定泵组效率
Figure 749279DEST_PATH_IMAGE015
都是确定值。
步骤S230,根据公式②、公式③可知公式④：
Figure 721521DEST_PATH_IMAGE009
=
Figure 425034DEST_PATH_IMAGE010
=
Figure 376810DEST_PATH_IMAGE011
，其中，泵组扬程
Figure 177276DEST_PATH_IMAGE007
=H外江-H内江+h损，h损为泵组过流部件水力损失。具体地，泵 组的机组型号确定，h损可视为常数。
其中，在对泵组扬程Hi计算过程中，泵组扬程
Figure 821884DEST_PATH_IMAGE007
=H外江-H内江+h损，首先将外江水位H外江 与排水管200的管口进行比较，在外江水位H外江大于排水管200的管口高度时，代表外江水位 淹没排水管200的管口，排水管200的管口处于有压状态，在排水管200的管口处于有压状态 时，泵组扬程
Figure 12693DEST_PATH_IMAGE007
=H外江-H内江+h损，其中，H外江为外江水位。反之，在外江水位H外江小于排水管200 的管口高度时，代表外江水位没有淹没排水管200的管口，排水管200的管口处于无压状态， 在排水管200的排管处于无压状态时，泵组扬程
Figure 66362DEST_PATH_IMAGE007
=H外江-H内江+h损，其中，H外江为排水管200的 管口高度。
步骤S240,定义
Figure 659018DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 208948DEST_PATH_IMAGE013
，其中，
Figure 949371DEST_PATH_IMAGE013
为常数值。具体地，在步骤定义
Figure 508528DEST_PATH_IMAGE012
=
Figure 955690DEST_PATH_IMAGE013
中，
Figure 965935DEST_PATH_IMAGE013
的 常数值变动幅度在0.88~0.94之间，通过取常数值变动幅度的平均值获得
Figure 131337DEST_PATH_IMAGE013
，可见，
Figure 228606DEST_PATH_IMAGE013
为 一个可变化的常数值。
步骤S250，根据公式⑤
Figure 858170DEST_PATH_IMAGE014
获得泵组当前时刻对应的排 涝流量Qi。
步骤S300，根据公式①
Figure 484324DEST_PATH_IMAGE001
，获取该排涝泵站的排涝量，其中，
Figure 199339DEST_PATH_IMAGE002
排涝泵站中对1-n台泵组排涝量求和，t为所述排涝时间。
可见，欲求泵组当前时刻下的排涝流量Qi，只需要测出当前时刻下的电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江即可，通过遥测终端通讯方式上传至上位机系统，上位机系统通过上述公式即可计算出泵组当前时刻下的排涝流量Qi，进而根据排涝时间和处于工作状态下的泵组数量即可计算出该排涝泵站的排涝量。
因此，本申请在电机功率的基础上，引入了泵组扬程变化和泵组水泵效率变化的影响，令排涝泵站的排涝量监测数据的准确度大大提高，并且涵盖了排水管200出口处于有压和无压的两种状态，使得泵组扬程变化监测准确度高，在当今对水利信息数据准确度要求越来越高的趋势下，值得推广借鉴。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (6)

1.一种排涝泵站排涝量信息监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取排涝泵站中每一泵组的开机时间和停机时间，根据开机时间和停机时间得到排涝泵站的排涝时间t；
采集排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江，根据电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量Qi；
根据公式①
Figure FDA0002531610120000011
获取该排涝泵站的排涝量，其中，排涝泵站中对1-n台泵组排涝量求和，t为所述排涝时间；
根据电机功率Pi、内江水位H内江和外江水位H外江计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量Qi中，包括如下步骤：
根据电机功率Pi可知公式②：Pi＝KNiη传，K为动力储备系数，η传为传动系数，Ni为水泵轴功率；
根据水泵轴功率Ni可知公式③：Ni＝9.81K QiHiηi，其中，Hi为泵组扬程，ηi为泵组效率；
根据公式②、公式③可知公式④：
Figure FDA0002531610120000012
其中，泵组扬程Hi＝H外江-H内江+h损，h损为泵组过流部件水力损失，其中，在外江水位H外江大于排水管(200)的管口高度时，H外江为外江水位，在外江水位H外江小于排水管(200)的管口高度时，H外江为排水管(200)的管口高度；
定义
Figure FDA0002531610120000013
其中，为常数值；
根据公式⑤
Figure FDA0002531610120000014
获得泵组当前时刻对应的排涝流量Qi。
2.根据权利要求1所述的一种排涝泵站排涝量信息监测方法，其特征在于，在步骤定义
Figure FDA0002531610120000021
中，K1的常数值变动幅度在0.88～0.94之间，通过取常数值变动幅度的平均值获得K1，K1为常数值。
3.根据权利要求1所述的一种排涝泵站排涝量信息监测方法，其特征在于，排涝泵站中设置有2台泵组，泵组为330KW、380V低压电机泵组。
4.一种如权利要求1～3任意一项所述的一种排涝泵站排涝量信息监测方法的排涝泵站排涝量信息监测系统，其特征在于，包括：
至少一个采集模块，每个采集模块与每个泵组相对应，采集模块包括开停机检测部、内江水位传感器(300)、外江水位传感器(400)和采集仪表，所述开停机检测部连接于泵组的供电回路以获取泵组的开机信号或关机信号，所述内江水位传感器(300)用于采集内江水位，所述外江水位传感器(400)用于采集外江水位，所述采集仪表用于采集泵组的电机功率；
至少一个遥测终端，与每个采集模块对应，遥测终端用于发送采集模块采集的开机信号、关机信号、内江水位、外江水位和电机功率；
上位机系统，用于获取遥测终端发送的开机信号、关机信号、内江水位、外江水位和电机功率，根据开机信号和关机信号以得到排涝泵站的排涝时间，根据电机功率、内江水位和外江水位计算获得排涝泵站中每一泵组当前时刻对应的排涝流量，进而根据排涝时间、泵组的数量获取该排涝泵站的排涝流量。
5.根据权利要求4所述的一种排涝泵站排涝量信息监测系统，其特征在于，排涝泵站中设置有2台泵组，泵组为330KW、380V低压电机泵组。
6.根据权利要求5所述的一种排涝泵站排涝量信息监测系统，其特征在于，所述采集模块的数量设置有两个，所述遥测终端的数量设置有两个。
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