CN205155583U - 城市水网管道漏损监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种城市水网管道漏损监测系统，包括漏损检测模块、闭锁模块和控制与报警模块；整个系统运用了继电保护原理和湿敏电阻的电阻变化特性;本实用新型适用于城市自来水管网系统中，能根据湿度变化导致的电路电阻变化，精确地确定漏水位点，及时进行维修，减少水资源的浪费。

Description

城市水网管道漏损监测系统

技术领域

本实用新型属于电力技术领域，尤其涉及到一种城市水网管道漏损监测系统。

背景技术

近几年有关资料显示，我国人均淡水资源仅为世界平均水平的1/4，位列世界第110名。可见，中国是全球人均水资源最贫乏的国家之一。现阶段，全国范围内仍有过半城市存在供水不足问题，全国城市缺水总量约为60亿立方米。严峻的数据在提醒着世人，探讨出如何高效节约水资源、找到防止水资源无端浪费的方法迫在眉睫。但现实是，城市供水系统会因为管道铺设年代久、设施质量下降等问题造成小型局部漏水问题，这样的漏水问题不会像水管爆裂等现象能及时发现，因而会导致相当一部分水资源无声无息地被浪费掉。目前，城市通行的定位漏水位点的办法主要有两种：一，靠城市维修工人听音辨位，白天用“听音棒”巡查，晚上用"听漏仪"听出漏水位置，再用“巡管仪”的探出管线位置，然后用钻打洞，再用听音棒在每个洞甄别比较，确认漏水点，这种方法有效普遍成本低，但是操作繁琐，且要消耗大量精力；二，使用固定在阀门上的“巡视仪”，监测漏水、定位，但这种查法成本高，而且仪器容易丢，不能全面推广。

由于上述两种方法各自自身的约束，其在推广和及时有效确定漏水位点上均有较大限制，因此我国城市水司降低漏耗的潜力还相当大。做好检漏工作可极大地提高有效供水能力，对节约用水，提高水司的社会效益和经济效益具有重大意义。

而我们发现在电力系统中却有一套完整的发现并定位短路故障的系统（即继电保护系统），基于此原理模拟线路小电阻短路故障以达到城市自来水管网漏损在线监测系统。而通过湿敏电阻的电阻特性，我们可以及时根据湿度变化来影响电路电阻大小，从而精确地确定漏水位点，及时进行维修，减少水资源的浪费。城市供水系统与我们每个人息息相关，而城市发展不能忽视供水系统，因此对于供水系统可能出现的问题不能轻视，应用我们提出的基于继电保护原理的城市自来水管网漏损在线监测系统能够及时准确修复漏水，从而节约不必要的水资源浪费。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种城市水网管道漏损监测系统。

本实用新型的技术方案是：一种城市水网管道漏损监测系统，包括漏损检测模块、闭锁模块和控制与报警模块；

所述的漏损检测模块包括两个电压值不等的高频交流电源和若干检测电路；所述的两个电压值不等的高频交流电源之间串联若干检测电路，两个电压值不等的高频交流电源另一端分别接地；

所述的检测电路包括第一湿敏电阻、串联的1个第一电流表和若干个固定电阻；每两个相邻固定电阻之间引出一个节点，第一湿敏电阻一端连接于该节点，另一端接地；

所述的闭锁模块包括限流电阻、第二湿敏电阻、第二电流表；所述的限流电阻一端连接于检测电路和高频交流电源之间，另一端连接第二湿敏电阻，所述的第二湿敏电阻另一端接第二电流表，所述的第二电流表另一端接地；

所述的控制与报警模块包括第一A/D转换器、第二A/D转换器、控制器、电流方向判断器、A/D转换器、人工控制面板、稳压电源、上位机和报警指示灯；所述的第二A/D转换器、电流方向判断器、人工控制面板、稳压电源、上位机和报警指示灯分别与控制器连接，所述的第一A/D转换器与电流方向判断器连接；所述的第一电流表、第二电流表分别与第一A/D转换器、第二A/D转换器连接。

优选的，在贴近自来水管管道处，沿着自来水管行进的方向，每隔50米设立一个检测电路，每个检测电路中相邻两个第一湿敏电阻间距为10—15m，所述的检测电路中的第一电流表为可以判断电流方向的电流表。

优选的，所述的闭锁模块设于与自来水管相同纵向深度、水平横向距离相距20米处。

优选的，所述的报警指示灯由一系列LED灯组成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

1.成本低：与普遍使用的检测漏水位置方法相比，所给装置使用的湿敏电阻较其他装置价格低廉而且稳定，同时可以减少供水设施维修量，延长资产寿命，保持投入产出比及利益最大化；

2.可靠性高：与普遍使用的检测漏水位置方法相比，所给装置通过机器直接传送漏水处所在位置，避免了周围环境对检测的干扰，装置结构牢固，质量可靠，经济、合理地监控能够维持且不断减少低漏损失；

3.高效率：与普遍使用的检测漏水位置方法相比，所给装置减少了沿着管道慢慢靠近漏水位置的时间，直接定位漏水发生的最小区间，大大地提高了工作效率，缩短了检测周期；

4.24小时监测：与普遍使用的检测漏水位置方法相比，所给装置可以不受时间限制，全天候工作，及时发现可能出现的漏水情况，避免了在未知情况下的漏水损失，尽早发现漏水点的位置，最大化的减少了水资源的浪费；

5.工作区域广：与普遍使用的检测漏水位置方法相比，所给装置可以大面积布置于地下进行，应用范围广阔

附图说明

图1是系统结构示意图；

图1中，1-第一电流表，2-固定电阻，3-第一湿敏电阻，4-检测电路，5-高频交流电源，6-漏损检测模块，7-限流电阻，8-第二湿敏电阻，9-电流表，10-闭锁部分，11-电流方向判断器，12-第二A/D转换器，13-人工控制面板，14-稳压电源，15-上位机，16-报警指示灯，17-控制器，18-控制与报警模块，19-第二A/D转换器。

具体实施方式

如图1，一种城市水网管道漏损监测系统，包括漏损检测模块6、闭锁模块10和控制与报警模块18。

包括漏损检测模块：

所述的漏损检测模块6包括两个电压值不等的高频交流电源5和若干检测电路4；所述的两个电压值不等的高频交流电源5之间串联若干检测电路4，两个电压值不等的高频交流电源5另一端分别接地；

所述的检测电路4包括第一湿敏电阻3、串联的1个第一电流表1和若干个固定电阻2；每两个相邻固定电阻2之间引出一个节点，第一湿敏电阻3一端连接于该节点，另一端接地；

实际工程中，在贴近自来水管管道处，一般在每50米的距离上设立一个检测电路4，每个检测电路4中相邻两个第一湿敏电阻3间距约为10—15m，所述的检测电路4中的第一电流表1为可以判断电流方向的电流表，不要求具备测量具体数值的能力。

当系统正常运行时，即自来水管网没有发生漏损的时候，第一湿敏电阻3的阻值在几兆欧数量级时，流经其上的电流很小，几乎可以认为第一湿敏电阻3断路。由于检测电路两端电源电压不同，在同一时刻，流经各个电流表的电流方向相同。

而当自来水管网某处发生漏损的时候，由于环境湿度的变化，该处的第一湿敏电阻3阻值大幅降低至3千欧左右，流经该第一湿敏电阻3的电流将大幅增加，相当于系统接小电阻短路的情况，在同一时刻，此时流经该第一湿敏电阻3所在节点相邻两侧电流表的电流方向由相同变为相反，进而将此信号传输给控制与报警模块处理。

闭锁模块：

由于该系统与城市自来水管网一起埋于地下，且湿度作为将非电量转换为电量的物理量，难免受到自然条件和人为因素的影响（如下雨，洒水车等）。为了避免该系统误报警，需要在此类现象发生时将该套系统闭锁。

所述的闭锁模块10包括限流电阻7、第二湿敏电阻8、第二电流表9；所述的限流电阻7一端连接于检测电路4和高频交流电源5之间，另一端连接第二湿敏电阻8，所述的第二湿敏电阻8另一端接第二电流表9，所述的第二电流9另一端接地；

闭锁模块10设于与自来水管相同纵向深度、水平横向距离相距约20米处，当下雨或洒水车经过时，闭锁部分10的湿敏电阻8阻值下降，流经此条支路的电流增大，闭锁部分10将此处的电流值传送到控制和报警部分18，进而完成闭锁功能。

控制与报警模块

所述的控制与报警模块18包括第一A/D转换器19、第二A/D转换器12、控制器17、电流方向判断器11、人工控制面板13、稳压电源14、上位机15和报警指示灯16；所述的第二A/D转换器12、电流方向判断器11、人工控制面板13、稳压电源14、上位机15和报警指示灯16分别与控制器17连接，所述的第一A/D转换器19与电流方向判断器11连接；所述的第一电流表1、第二电流表9分别与第一A/D转换器19、第二A/D转换器12连接。该模块将漏损检测模块6、闭锁模块10传递到此处的信号进行处理，并综合人工控制面板和上位机的信号，对自来水管网系统进行漏损监测与报警。

从漏损检测模块6传来的信号经过第一A/D转换器19将模拟量转换为数字量，经过电流方向判断元件，将信号送入控制器17，由控制器17判断第一湿敏电阻3所在节点相邻两侧电流表的电流方向是否相同，若相同则该段内没有发生漏损，若不同则该段内管道发生漏损，需要进行修理。

从闭锁模块10传来的信号经过第二A/D转换器12将模拟量转换为数字量，直接送入控制器17，由控制器17判断此电流是否大于预设的闭锁电流，若大于，说明该系统需要被闭锁，反之不闭锁。

人工控制面板由相关工作人员根据实际需求对系统进行控制，上位机经由城市自来水管网与其他控制系统相互连接，便于统一管理。稳压电源为整套控制和报警系统提供电源，保证其正常工作。

报警指示灯由一系列LED灯组成，当从漏损检测部分传来的信号经控制器17判断相邻的电流方向不相同，且系统未被闭锁，则相应的LED灯亮，需派工作人员进行维修或者关闸处理。

系统工作原理:

我们利用电力系统中的继电保护原理和湿敏电阻随湿度阻值在较大范围内下降的伏安特性，将湿敏电阻并联在具有较大分布电阻的线路与地点位之间，在管网漏损处通过对线路经小电阻短路的模拟，从而达到发现并定位漏损地点。

当管网发生漏水时，湿敏电阻的电阻值大幅降低，原本在此湿敏电阻两侧线路上的电流方向由于模拟短路的缘故，其中一方的电流发生反向。所以我们通过测量接于湿敏电阻两侧的电流方向来判断漏损事故发生是否在区内（湿敏电阻两侧电流方向相同的则判定为区内未发生故障，相反则发生在区内）。

除此之外，该系统还具有自动闭锁功能，在管道沿线设置若干湿度参考点，当参考点湿度高于一定水平（例如该区域发生较大降雨等情况时），流经该检测线路上的电流值大于某一设定阈值，使系统自动闭锁监测功能。

利用此套系统，能够及时发现并定位漏损点，尽快修理相关地段的管线，有效避免水资源大量损耗与浪费，达到节能减排目标。

性能分析:

灵敏性：在保护范围内，该系统可以对被保护装置作出及时反应，灵敏反映出电流方向的改变，实时监测输水管道，及时发现管网故障。

可靠性：系统所用元器件的制造工艺已达到较高水平，质量可靠；结构设计合理，安装技术要求不高，且便于维护；全天候运行，下雨时自动锁定系统，以免发生误判；传输系统独立完整，判断可靠。

经济性：系统架构简易方便，软件硬件成本低廉。

准确性：所设信息量变化明显，电流方向便于监测；监测点间距机动灵活，可根据情况增设，收集数据及时准确，确定漏水位置更加精准。

应用:

1.我国北方供暖设备多，供暖供冷输水管道又分布在楼层间，该系统可以应用在供水管道处，避免生活用水等的漏水而带来的巨大的损失；

2.机房发生的任何一次泄漏如不能及时地发现和排除，所造成的不但是设备上的损坏，而且重要数据的损坏丢失、业务的中断会带来更加无法估计的严重后果。该系统应用于机房供水，可以及时发现漏水事故并避免损失。

鉴于目前我国主要采取以上两种较为被动的方法，且由于其自身的约束，不能得到推广或者及时有效确定漏水位点，该系统具有灵敏度高、可靠性高、准确度高等诸多优点，因此可以使用该系统应用于城市供水系统，能够克服目前普遍采用方法的缺点，及时检测和减少供水系统中的水资源损失。

Claims (4)

1.一种城市水网管道漏损监测系统，其特征在于：

包括漏损检测模块（6）、闭锁模块（10）和控制与报警模块（18）；

所述的漏损检测模块（6）包括两个电压值不等的高频交流电源（5）和若干检测电路（4）；所述的两个电压值不等的高频交流电源（5）之间串联若干检测电路（4），两个电压值不等的高频交流电源（5）另一端分别接地；

所述的检测电路（4）包括第一湿敏电阻（3）、串联的1个第一电流表（1）和若干个固定电阻（2）；每两个相邻固定电阻（2）之间引出一个节点，第一湿敏电阻（3）一端连接于该节点，另一端接地；

所述的闭锁模块（10）包括限流电阻（7）、第二湿敏电阻（8）、第二电流表（9）；所述的限流电阻（7）一端连接于检测电路（4）和高频交流电源（5）之间，另一端连接第二湿敏电阻（8），所述的第二湿敏电阻（8）另一端接第二电流表（9），所述的第二电流表（9）另一端接地；

所述的控制与报警模块（18）包括第一A/D转换器（19）、第二A/D转换器（12）、控制器（17）、电流方向判断器（11）、人工控制面板（13）、稳压电源（14）、上位机（15）和报警指示灯（16）；所述的第二A/D转换器（12）、电流方向判断器（11）、人工控制面板（13）、稳压电源（14）、上位机（15）和报警指示灯（16）分别与控制器（17）连接，所述的第一A/D转换器与电流方向判断器（11）连接；所述的第一电流表（1）、第二电流表（9）分别与第一A/D转换器（19）、第二A/D转换器（12）连接。

2.如权利要求1所述的城市水网管道漏损监测系统，其特征在于：

在贴近自来水管管道处，沿着自来水管行进的方向，每隔50米设立一个检测电路（4），每个检测电路（4）中相邻两个第一湿敏电阻（3）间距为10—15m，所述的检测电路（4）中的第一电流表（1）为可以判断电流方向的电流表。

3.如权利要求1所述的城市水网管道漏损监测系统，其特征在于：

所述的闭锁模块（10）设于与自来水管相同纵向深度、水平横向距离相距20米处。

4.如权利要求1所述的城市水网管道漏损监测系统，其特征在于：所述的报警指示灯（16）由一系列LED灯组成。