供水管網(wǎng)水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通用技術(shù)要求

供水管網(wǎng)水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通用技術(shù)要求范圍本文件規(guī)定了水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)品分類、要求、試驗(yàn)方法。本文件適用于城鎮(zhèn)供排水、建筑給水、調(diào)（引）水、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)給排水和礦井排水等有壓輸水工程的水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，長(zhǎng)距離輸水工程明滿流交替過程的水錘與浪涌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可參照?qǐng)?zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB50013室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50015建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50265泵站設(shè)計(jì)規(guī)范術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1供水管網(wǎng)系統(tǒng)watersupplysystem從取水口到出水口之間的管道系統(tǒng)，分重力流和泵站加壓兩種形式，包括水泵、閥門、管道、二次供水設(shè)備以及附屬設(shè)施等。3.2水力運(yùn)行參數(shù)Hydraulicoperationparameters供水管網(wǎng)系統(tǒng)的流量、壓力、液位等參數(shù)。3.3水錘waterhammer也稱水擊，指供水管網(wǎng)系統(tǒng)中流速突然發(fā)生變化，從而引起壓力急劇變化的現(xiàn)象。3.4水錘防護(hù)組件waterhammerprotectionequipment對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的水錘風(fēng)險(xiǎn)具有防護(hù)作用的元件和設(shè)施，如止回閥、空氣閥、控制閥、空氣罐、調(diào)壓塔、泄壓設(shè)備等。3.5水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)waterhammermonitoringsystem具有供水管網(wǎng)水錘風(fēng)險(xiǎn)信息的采集、記錄、分析、判定、告警與上傳等功能的系統(tǒng)，用于分析評(píng)估供水管網(wǎng)水錘風(fēng)險(xiǎn)，驗(yàn)證水錘計(jì)算結(jié)果及水錘防護(hù)效果，為工程安全高效運(yùn)行提供技術(shù)支撐。3.6水錘監(jiān)測(cè)儀Waterhammermonitoringunit水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，用于接收壓力脈動(dòng)傳感器的連續(xù)信號(hào)，進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，識(shí)別供水管網(wǎng)系統(tǒng)的水錘峰值、頻率，提供記錄和轉(zhuǎn)發(fā)水錘特征曲線關(guān)鍵數(shù)據(jù)的終端單元。分類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從功能上分為四種類型。4.1基本型具備水錘監(jiān)測(cè)功能及水錘風(fēng)險(xiǎn)的分析判定功能。4.2水錘-水力組件型具備水錘監(jiān)測(cè)功能及水錘風(fēng)險(xiǎn)的分析判定功能，并能綜合分析水錘與水力組件運(yùn)行的關(guān)聯(lián)關(guān)系和驗(yàn)證水錘防護(hù)效果。4.3水錘-漏失型具備水錘監(jiān)測(cè)功能及水錘風(fēng)險(xiǎn)的分析判定功能，并能綜合分析漏失與水錘的關(guān)聯(lián)關(guān)系。4.4復(fù)合型具備水錘監(jiān)測(cè)功能及水錘風(fēng)險(xiǎn)的分析判定功能，并能綜合分析水錘與水力組件的關(guān)聯(lián)關(guān)系和驗(yàn)證水錘防護(hù)效果，以及漏失與水錘的關(guān)聯(lián)關(guān)系。要求5.1一般要求5.1.1在工程的立項(xiàng)、可行性研究和設(shè)計(jì)階段，應(yīng)滿足水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝、電源供應(yīng)、通訊等要求。5.1.2水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，應(yīng)通過水錘計(jì)算分析確定；進(jìn)行水錘分析時(shí)，宜對(duì)水錘防護(hù)組件邊界條件驗(yàn)證。供水管道途徑地形復(fù)雜的地方，按1～2km距離布設(shè)，供水管道途徑地形不復(fù)雜的地方，按3～5km距離布設(shè)。5.1.3水泵匯水總管和易產(chǎn)生彌合水錘的位置，水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)感知層宜采用冗余設(shè)計(jì)，并應(yīng)進(jìn)行水錘風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，檢驗(yàn)水錘防護(hù)設(shè)施是否安全可靠。5.1.4環(huán)境條件系統(tǒng)設(shè)備在下列環(huán)境條件保持正常狀態(tài)：環(huán)境溫度：-30℃～45℃；貯存溫度：-40℃~60℃；工作相對(duì)濕度：≤95%（無凝露）；貯存相對(duì)濕度：≤80%（無凝露）。5.1.5供電電源供電電源應(yīng)滿足以下要求：采用電網(wǎng)供電、太陽能供電、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電裝置供電、微水力發(fā)電裝置供電以及蓄電池供電等方式，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正常工作電源要求；系統(tǒng)感知層應(yīng)具有備用電源。停電后，系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)能繼續(xù)正常工作不少于1h。5.1.6通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用下列一種或多種網(wǎng)絡(luò)：光纖、以太網(wǎng)、Wi-Fi的局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)；4G/5G、北斗通訊等運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。5.1.7系統(tǒng)要求系統(tǒng)組成由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。圖1水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)感知層，水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)備，包括壓力脈動(dòng)傳感器和水錘監(jiān)測(cè)儀及配套的信號(hào)傳輸設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層，基于通信協(xié)議，連接感知層和平臺(tái)層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的通信網(wǎng)絡(luò)及其設(shè)備。平臺(tái)層，基于數(shù)據(jù)服務(wù)，滿足應(yīng)用層功能的數(shù)據(jù)匯聚、清洗、分析與接口功能；并進(jìn)行顯示、告警以及系統(tǒng)程序與硬件連接的巡檢管理功能。應(yīng)用層，主要有水錘監(jiān)測(cè)和水錘事件分析及異常情況的告警與事件管理的應(yīng)用功能，及配套服務(wù)器或云服務(wù)。硬件主要由壓力脈動(dòng)傳感器、水錘監(jiān)測(cè)儀、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和服務(wù)器以及其他配套設(shè)備組成。a）壓力脈動(dòng)傳感器量程要求負(fù)壓可達(dá)到-100kPa，正壓不小于管道公稱壓力的2倍，采用4~20mA模擬量信號(hào)，分辨率不大于滿量程的0.2%，精度不大于滿量程的±0.1%；b）水錘監(jiān)測(cè)儀的A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)不小于12位；c）設(shè)備防爆、防雷以及防護(hù)等級(jí)符合工程設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、開發(fā)平臺(tái)等應(yīng)為可靠性高、開放性好、易操作、易維護(hù)、安全、成熟的產(chǎn)品；具有WEB和移動(dòng)APP等應(yīng)用形式。5.1.8基本功能5.1.8.1采集和存儲(chǔ)水錘監(jiān)測(cè)儀應(yīng)具備壓力脈動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集功能，宜將除壓力外的水力運(yùn)行參數(shù)、水力組件運(yùn)行狀態(tài)、漏失狀態(tài)等數(shù)據(jù)，通過水錘監(jiān)測(cè)儀或軟件系統(tǒng)API接口進(jìn)行采集并存儲(chǔ)。水力運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)要求，見表1。表1水力運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)要求監(jiān)測(cè)項(xiàng)目傳感器要求精度要求采集頻率壓力±0.1%FS≥200Hz流量±5%FS≥10Hz水位±1%FS≥10Hz水力組件運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求，見表2。表2關(guān)鍵水力組件運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求監(jiān)測(cè)對(duì)象監(jiān)測(cè)項(xiàng)目水泵水泵啟停狀態(tài)、水泵轉(zhuǎn)速（含正反轉(zhuǎn)）止回閥閥門啟閉狀態(tài)空氣閥吸排氣狀態(tài)控制閥閥門開度狀態(tài)空氣罐進(jìn)出流與靜止?fàn)顟B(tài)調(diào)壓塔進(jìn)出流與靜止?fàn)顟B(tài)泄壓閥閥門啟閉狀態(tài)水擊預(yù)防閥閥門啟閉狀態(tài)漏失狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求，見表3。表3漏失狀態(tài)監(jiān)測(cè)要求監(jiān)測(cè)對(duì)象監(jiān)測(cè)項(xiàng)目泄漏點(diǎn)泄漏事件、位置信息數(shù)據(jù)匯聚應(yīng)具備對(duì)不同站點(diǎn)數(shù)據(jù)、不同類型的數(shù)據(jù)采集與解析的功能，所有數(shù)據(jù)時(shí)鐘同步，應(yīng)滿足同一的時(shí)間源，并小于50ms；數(shù)據(jù)完整性應(yīng)滿足水錘監(jiān)測(cè)、水錘事件分析的數(shù)據(jù)應(yīng)用要求；應(yīng)具備水錘事件錄波功能，在水錘事件下加密至不低于以當(dāng)前兩倍的頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)清洗應(yīng)通過數(shù)據(jù)格式模板對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，過濾無效和異常的數(shù)據(jù)；對(duì)數(shù)據(jù)分類辨識(shí)和分類存儲(chǔ)，校核實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢以變量名稱為索引的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢；水錘壓力、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及漏失狀態(tài)等數(shù)據(jù)，應(yīng)具有狀態(tài)變化和時(shí)間的數(shù)據(jù)關(guān)系。5.1.8.2顯示和告警具備可視化顯示功能，數(shù)據(jù)顯示自動(dòng)刷新，告警信息和數(shù)據(jù)展示應(yīng)根據(jù)使用人員采取不同的顯示內(nèi)容與方式；具備告警發(fā)送并直觀表達(dá)，通過接收對(duì)象、緊急程度，支持不同的信息途徑和展示方式的告警功能，用戶可通過移動(dòng)端、客戶端等進(jìn)行查看。5.1.9系統(tǒng)功能5.1.9.1水錘監(jiān)測(cè)功能水錘分析與判斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB50265、GB50013、GB50015的有關(guān)規(guī)定，并滿足工程設(shè)計(jì)特定要求；具備管道爆管的監(jiān)測(cè)分析功能；當(dāng)工程設(shè)計(jì)無特殊要求時(shí)，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)的水錘最高壓力、負(fù)壓以及水泵運(yùn)行狀態(tài)的分析，對(duì)水錘風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行以下分類及分類條件如表4；設(shè)計(jì)有特定要求的應(yīng)根據(jù)工程本身的設(shè)計(jì)和要求進(jìn)行分析。表4水錘風(fēng)險(xiǎn)分類及分類條件水錘風(fēng)險(xiǎn)正常低風(fēng)險(xiǎn)中風(fēng)險(xiǎn)高風(fēng)險(xiǎn)分類條件a)最高壓力為正常運(yùn)行壓力的1.3倍以內(nèi)b)最低壓力大于等于0c)水泵反轉(zhuǎn)速度＜1.2倍額定轉(zhuǎn)速，且超過額定轉(zhuǎn)速持續(xù)時(shí)間＜2mina)最高壓力為正常運(yùn)行壓力的1.3倍～1.5倍b)－2m≤最低壓力＜0mc)水泵反轉(zhuǎn)速度＜1.2倍額定轉(zhuǎn)速，且超過額定轉(zhuǎn)速持續(xù)時(shí)間≥2mina)最高壓力超過正常運(yùn)行壓力的1.5倍，不超過管道的公稱壓力b)－4m≤最低壓力＜－2mc)水泵反轉(zhuǎn)速度≥1.2倍額定轉(zhuǎn)速，超過額定轉(zhuǎn)速持續(xù)時(shí)間＜2mina)最高壓力超過正常運(yùn)行壓力的1.5倍，并超過管道的公稱壓力b)最低壓力＜－4mc)水泵反轉(zhuǎn)速度≥1.2倍額定轉(zhuǎn)速，超過額定轉(zhuǎn)速持續(xù)時(shí)間≥2min分類說明：1）分類條件a)、b)、c)中，任意一項(xiàng)不符合就轉(zhuǎn)為高一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。2）隧洞工況最低壓力不允許低于2m，水錘振蕩低壓高于2m時(shí)，僅根據(jù)水錘壓力峰值判斷分類，水錘振蕩低壓低于2m時(shí)，均為高風(fēng)險(xiǎn)。注：特殊水泵，應(yīng)根據(jù)水泵廠家運(yùn)行要求另作分析。5.1.9.2水錘事件分析功能基本型產(chǎn)品，應(yīng)具備水錘監(jiān)測(cè)功能；水錘-水力組件型和復(fù)合型產(chǎn)品，應(yīng)具備水錘與水力組件運(yùn)行關(guān)聯(lián)關(guān)系分析和水力組件水錘防護(hù)效果驗(yàn)證的功能；水錘-漏失型和復(fù)合型產(chǎn)品，應(yīng)具備漏失與水錘關(guān)聯(lián)關(guān)系分析的功能。5.2性能要求5.2.1信號(hào)采集壓力脈動(dòng)傳感器響應(yīng)時(shí)間不高于2ms；水錘監(jiān)測(cè)儀單通道掃描信號(hào)工作頻率不低于200Hz。5.2.2調(diào)用畫面響應(yīng)時(shí)間調(diào)用90%的主要功能畫面響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于2s，其余畫面應(yīng)不大于3s。5.2.3系統(tǒng)巡檢周期系統(tǒng)最大巡檢周期應(yīng)不大于30s。5.3運(yùn)行試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)實(shí)時(shí)顯示的水錘事件，對(duì)滿足5.1.9.1低風(fēng)險(xiǎn)以上水錘的判定識(shí)別率應(yīng)大于95%。試驗(yàn)方法6.1試驗(yàn)條件6.1.1環(huán)境條件試驗(yàn)應(yīng)在下列環(huán)境條件下進(jìn)行：環(huán)境溫度：（15~35）℃；相對(duì)濕度：（25~75）%。6.1.2主要儀器設(shè)備直流電源要求24VDC。電壓表及電流表，釆用四位半的數(shù)字萬用表，其準(zhǔn)確度應(yīng)不小于0.5級(jí)。6.1.3系統(tǒng)試驗(yàn)至少應(yīng)具備的設(shè)備，包括水錘監(jiān)測(cè)儀、壓力脈動(dòng)傳感器1套，主機(jī)1臺(tái)等。6.2性能試驗(yàn)6.2.1信號(hào)采集在實(shí)驗(yàn)室配置壓力脈動(dòng)傳感器、水錘監(jiān)測(cè)儀和軟件系統(tǒng)成套試驗(yàn)產(chǎn)品，為試驗(yàn)組，產(chǎn)品符合5.2.1的相關(guān)要求，進(jìn)行水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力脈動(dòng)傳感器響應(yīng)時(shí)間和水錘監(jiān)測(cè)儀單通道掃描信號(hào)工作頻率的水錘試驗(yàn)，測(cè)試水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)采集符合水錘監(jiān)測(cè)要求。6.2.1.1試驗(yàn)方法采用模擬泵站停泵水錘發(fā)生試驗(yàn)裝置，具備快速改變水流速度發(fā)生水錘，產(chǎn)生的水錘風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到表4的條件，見圖2，流量范圍0~760m3/h，揚(yáng)程范圍20~55m。選用精度等級(jí)為0.1的記憶型壓力表和不低于10000幀/s的高速攝像機(jī)作為對(duì)照組，記憶型壓力表并列安裝于試驗(yàn)組壓力脈動(dòng)傳感器位置。圖2水錘試驗(yàn)裝置原理圖1.水泵，2.止回閥，3.壓力脈動(dòng)傳感器，4.記憶型壓力表，5.空氣閥6.水擊泄放閥，7.流量計(jì)，8.水塔，9.水池，10.蝶閥，11.水塔水池6.2.1.2試驗(yàn)步驟a）按照試驗(yàn)組設(shè)備和對(duì)照組設(shè)備的安裝要求與使用說明書安裝，確保正常運(yùn)行。b）啟動(dòng)試驗(yàn)裝置的水泵將試驗(yàn)管道通水，確保正常運(yùn)行。c）待運(yùn)行壓力穩(wěn)定1分鐘后，在3s內(nèi)快速關(guān)閉止回閥。d）重復(fù)試驗(yàn)5組，每組3次。e）查看試驗(yàn)組水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)并記錄，與對(duì)照組比對(duì)水錘鋒值與產(chǎn)生時(shí)間。6.2.1.3試驗(yàn)結(jié)果判定對(duì)比水錘峰值差值在0.5s范圍內(nèi)，對(duì)比產(chǎn)生時(shí)間差10%范圍內(nèi)，判斷為水錘監(jiān)測(cè)有效，說明水錘監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)采集符合水錘監(jiān)測(cè)要求。6.2.2畫面響應(yīng)時(shí)間測(cè)試對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)功能畫面預(yù)分類，逐一測(cè)試功能畫面，記錄系統(tǒng)平臺(tái)從請(qǐng)求到得到響應(yīng)的整個(gè)過程的時(shí)間T，通過后臺(tái)腳本對(duì)頁面的請(qǐng)求時(shí)間與最終完成時(shí)間進(jìn)行捕捉記錄。根據(jù)式（1）可計(jì)算出畫面響應(yīng)時(shí)間T=Qt+St+Ct+2It（1）式中T——畫面響應(yīng)時(shí)間（s）Qt——請(qǐng)求時(shí)間（s）St——服務(wù)器處理時(shí)間（s）Ct——畫面解析時(shí)間（s）It——網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間（s）以上試驗(yàn)過程，單一畫面重復(fù)操作5次并記錄時(shí)間T,取單一畫面記錄的最長(zhǎng)時(shí)間值對(duì)比和判定，應(yīng)