專利名稱：一種供熱管網(wǎng)泄漏定位系統(tǒng)及定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于供熱管網(wǎng)故障的監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種供熱管網(wǎng)的泄漏定位系統(tǒng)及定位方法。
背景技術(shù)：
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前北方城市由以前的區(qū)域供熱正在迅速的向集中供熱轉(zhuǎn)變，熱用戶的數(shù)量不斷增加，城市供熱管網(wǎng)的覆蓋面積越來越大，相應(yīng)的事故發(fā)生率及帶來的經(jīng)濟(jì)損失也隨之增加。因此,我們對供熱管網(wǎng)本身的安全性要求越來越高,對供熱管 網(wǎng)的事故泄漏檢測系統(tǒng)的需求也更加迫切。目前國內(nèi)的大型供熱管網(wǎng)大部分使用室外直埋敷設(shè)的方法，監(jiān)控多數(shù)采用SCADA系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報(bào)警等各項(xiàng)功能。但是由于缺乏有效的泄漏管段定位的方法，在遇到突發(fā)的泄漏事故時(shí)，且事故泄漏量小于系統(tǒng)最大補(bǔ)水量的情況下，很難通過巡視方法確定泄漏管段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為迅速準(zhǔn)確的確定供熱管網(wǎng)發(fā)生泄漏的位置，提出了一種供熱管網(wǎng)的泄漏定位系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為該系統(tǒng)由鍋爐房控制中心、若干個(gè)換熱站控制系統(tǒng)和紅外線測溫儀組成；所述鍋爐房控制中心由順次相連的計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和多通道驅(qū)動接收器組成；所述換熱站控制系統(tǒng)由換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，以及分別與換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備連接的換熱站終端微處理器、換熱站壓力傳感器和換熱站流量傳感器組成；所述各個(gè)換熱站控制系統(tǒng)通過換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸線與鍋爐房控制中心的多通道驅(qū)動接收器連接。所述鍋爐房控制中心和換熱站控制系統(tǒng)中的各個(gè)組件分別與UPS電池連接。本發(fā)明還提供了一種基于所述系統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏定位方法，具有以下步驟a.通過分解、合并、省略，將實(shí)際供熱管網(wǎng)進(jìn)行簡化，抽象成理想的計(jì)算模型；b.利用該供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)值和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出該供熱管網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的水力工況；之后，采用混合自適應(yīng)遺傳算法，對簡化計(jì)算出的系統(tǒng)水力工況進(jìn)行修正，從而使程序的計(jì)算值更接近實(shí)際測量值；關(guān)于混合自適應(yīng)遺傳算法的說明針對傳統(tǒng)的遺傳算法，自適應(yīng)遺傳算法主要通過交叉概率和變異概率隨著適應(yīng)度的改變而改變，從而當(dāng)種群各個(gè)適應(yīng)度趨于局部最優(yōu)解時(shí)，增加交叉概率和變異概率，當(dāng)種群各個(gè)適應(yīng)度比較分散時(shí)，降低交叉概率和變異概率。在自適應(yīng)遺傳算法的基礎(chǔ)上混合模式搜索，模式搜索法是一種解決最優(yōu)化問題的直接方法，在計(jì)算時(shí)不需要目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，當(dāng)搜索進(jìn)行到終止條件時(shí)則將最后一個(gè)點(diǎn)作為本次搜索的解。在混合時(shí)，在遺傳算法的停止后，將它作為函數(shù)的起始點(diǎn)，進(jìn)而找到目標(biāo)函數(shù)的最小值點(diǎn)；c.利用測得的實(shí)時(shí)用戶數(shù)據(jù)，計(jì)算生成正常工況下該供熱管網(wǎng)的實(shí)時(shí)動態(tài)水壓圖，以及換熱站入口壓力和流量變化的趨勢圖；d.當(dāng)水壓圖出現(xiàn)壓力梯度的拐點(diǎn)，同時(shí)測得的用戶的壓力和流量出現(xiàn)泄漏工況下的變化規(guī)律，且補(bǔ)水泵補(bǔ)水量突然增大時(shí)，可判斷出現(xiàn)泄漏故障；e.根據(jù)泄漏后的數(shù)據(jù)，同樣采用遺傳算法對泄漏后的供熱管網(wǎng)模型進(jìn)行修正，計(jì)算得出泄漏后的供熱管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和各管段的流量；f.管網(wǎng)中出現(xiàn)泄漏點(diǎn)后，對于水壓圖，泄漏點(diǎn)前的水壓圖壓力梯度變陡，泄漏點(diǎn)后的水壓圖壓力梯度變平緩，水壓圖出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，對于用戶處，泄漏點(diǎn)前用戶的流量增力口，泄漏點(diǎn)后的用戶流量降低，用戶入口處的壓力隨干管水壓圖壓力變化出現(xiàn)泄漏點(diǎn)前用戶入口壓力非等比失調(diào)，泄漏點(diǎn)后用戶入口壓力等比失調(diào)的趨勢。由水壓圖的變化情況并結(jié)合泄漏后各用戶壓力和流量的變化趨勢，判斷出泄漏點(diǎn)所處的管段； g.根據(jù)泄漏管段前后節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，求出泄漏點(diǎn)在該泄漏管段上的大致位置；h.在已知泄漏管段和大致泄漏位置后，沿著泄漏點(diǎn)附近，利用紅外線測溫儀測出地表溫度最高處，既為供熱管網(wǎng)的泄漏點(diǎn)。本發(fā)明的有益效果為通過各個(gè)換熱站控制系統(tǒng)終端的數(shù)據(jù)采集，返回到控制中心后，通過計(jì)算程序，便可以得出實(shí)時(shí)的系統(tǒng)水力工況，每一組返回的數(shù)據(jù)，都可以對應(yīng)的形成其相應(yīng)的系統(tǒng)水壓圖，以及各換熱站流量和壓力與上一組相比的變化趨勢。只要監(jiān)測到這些數(shù)據(jù)出現(xiàn)泄漏工況時(shí)的變化趨勢，便可以實(shí)現(xiàn)泄漏管段的定位。


圖I為本發(fā)明的一種供熱管網(wǎng)泄漏定位的工作示意圖；圖2為本發(fā)明的改進(jìn)遺傳算法流程圖。圖3為本發(fā)明的一種供熱管網(wǎng)泄漏定位方法的流程圖。圖中標(biāo)號I-鍋爐房控制中心，2-計(jì)算機(jī)，3-數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，4-多通道驅(qū)動接收器，5-換熱站控制系統(tǒng)，6-換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，7-換熱站終端微處理器，8-換熱站壓力傳感器，9-換熱站流量傳感器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種供熱管網(wǎng)的泄漏定位系統(tǒng)及定位方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖I所示，該系統(tǒng)由鍋爐房控制中心I、若干個(gè)換熱站控制系統(tǒng)5和紅外線測溫儀組成。鍋爐房控制中心I由順次相連的計(jì)算機(jī)2、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備3和多通道驅(qū)動接收器4組成；換熱站控制系統(tǒng)5由換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備6，以及分別與換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備6連接的換熱站終端微處理器7、換熱站壓力傳感器8和換熱站流量傳感器9組成；各個(gè)換熱站控制系統(tǒng)5通過換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備6和數(shù)據(jù)傳輸線與鍋爐房控制中心I的多通道驅(qū)動接收器4連接。各個(gè)組件的功能如下計(jì)算機(jī)2，其內(nèi)設(shè)置有中央處理器及存儲器，用于實(shí)時(shí)地收集從各個(gè)換熱站傳遞過來的壓力及流量數(shù)據(jù)，并對換熱站傳回的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，作為初始數(shù)據(jù)的輸A ；多通道驅(qū)動接收器4，用于壓力和流量信號的接收、轉(zhuǎn)換和發(fā)送；數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備3，用于模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)換，將計(jì)算機(jī)指令通過無線信號傳給遠(yuǎn)傳終端，并接收遠(yuǎn)傳終端傳回的數(shù)據(jù)；鍋爐房控制中心I對換熱站傳回的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、整理和分析，通過聯(lián)立節(jié)點(diǎn)流量平衡方程組、回路壓力平衡方程組和分支阻力定律編寫計(jì)算程序，得出計(jì)算結(jié)果后，生成動態(tài)系統(tǒng)水壓圖及換熱站流量和壓力的變化圖；
換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備4，用于將采集測量的換熱站入口的壓力和流量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入換熱站終端微處理器，并且接收控制中心發(fā)出的指令，并將采集的換熱站入口壓力和流量數(shù)據(jù)信號傳回控制中心；換熱站終端微處理器7，其內(nèi)設(shè)置有存儲器，用于接收控制中心指令，并將換熱站壓力傳感器、流量傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲并傳回控制中心；換熱站壓力傳感器8，用于采集測量換熱站入口和出口的壓力值；換熱站流量傳感器9，用于采集測量換熱站入口的流量值；UPS電池，用于提供遠(yuǎn)傳終端采集測量、數(shù)模轉(zhuǎn)換、存儲、接收、發(fā)射以及控制中心所需電源，即使在正常供電出現(xiàn)問題時(shí)，保證SCADA系統(tǒng)仍可以正常的運(yùn)行；紅外線測溫儀用于在大致確定泄漏點(diǎn)范圍后，確定具體泄漏位置。圖2為本發(fā)明的混合自適應(yīng)遺傳算法流程圖，通過遺傳算法修正管道的阻力特性系數(shù)，從而使程序的計(jì)算值更為精確。首先，按格雷碼的編碼方式形成阻力特性系數(shù)的初始種群；利用采集到的用戶壓力和流量數(shù)據(jù)，確定遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算出每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值；觀察適應(yīng)值是否滿足要求，若不滿足的話，采用選擇、交叉和變異的遺傳算法操作，使初始種群進(jìn)化，直到滿足條件，在這過程中選擇和交叉的概率是不斷變化的；最后采用模式搜索的方法，得出更精確的值。圖3為本發(fā)明的一種供熱管網(wǎng)泄漏定位方法的流程圖，其具體的步驟和作用包括以下內(nèi)容a.通過分解、合并、省略，將實(shí)際供熱管網(wǎng)進(jìn)行簡化，抽象成理想的計(jì)算模型；b.利用該供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)值和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出該供熱管網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的水力工況；之后，采用改進(jìn)遺傳算法，對簡化計(jì)算出的系統(tǒng)水力工況進(jìn)行修正，從而使程序的計(jì)算值更接近實(shí)際測量值；c.利用測得的實(shí)時(shí)用戶數(shù)據(jù)，計(jì)算生成正常工況下該供熱管網(wǎng)的實(shí)時(shí)動態(tài)水壓圖，以及換熱站入口壓力和流量變化的趨勢圖；d.當(dāng)水壓圖出現(xiàn)壓力梯度的拐點(diǎn)，同時(shí)測得的用戶的壓力和流量出現(xiàn)泄漏工況下的變化規(guī)律，且補(bǔ)水泵補(bǔ)水量突然增大時(shí)，可判斷出現(xiàn)泄漏故障；e.根據(jù)泄漏后的數(shù)據(jù)，同樣采用遺傳算法對泄漏后的供熱管網(wǎng)模型進(jìn)行修正，計(jì)算得出泄漏后的供熱管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和各管段的流量；
f.管網(wǎng)中出現(xiàn)泄漏點(diǎn)后，對于水壓圖，泄漏點(diǎn)前的水壓圖壓力梯度變陡，泄漏點(diǎn)后的水壓圖壓力梯度變平緩，水壓圖出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，對于用戶處，泄漏點(diǎn)前用戶的流量增力口，泄漏點(diǎn)后的用戶流量降低，用戶入口處的壓力隨干管水壓圖壓力變化出現(xiàn)泄漏點(diǎn)前用戶入口壓力非等比失調(diào)，泄漏點(diǎn)后用戶入口壓力等比失調(diào)的趨勢。由水壓圖的變化情況并結(jié)合泄漏后各用戶壓力和流量的變化趨勢，判斷出泄漏點(diǎn)所處的管段；g.根據(jù)泄漏管段前后節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，求出泄漏點(diǎn)在該泄漏管段上的大致位置；
h.在已知泄漏管段和大致泄漏位置后，沿著泄漏點(diǎn)附近，利用紅外線測溫儀測出地表溫度最高處，既為供熱管網(wǎng)的泄漏點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種供熱管網(wǎng)泄漏定位的系統(tǒng)，由鍋爐房控制中心(I)、若干個(gè)換熱站控制系統(tǒng)(5)和紅外線測溫儀組成，其特征在于， 所述鍋爐房控制中心(I)由順次相連的計(jì)算機(jī)(2)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(3)和多通道驅(qū)動接收器(4)組成； 所述換熱站控制系統(tǒng)(5)由換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(6)，以及分別與換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(6)連接的換熱站終端微處理器(7)、換熱站壓力傳感器(8)和換熱站流量傳感器(9)組成； 所述各個(gè)換熱站控制系統(tǒng)(5)通過換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(6)和數(shù)據(jù)傳輸線與鍋爐房控制中心(I)的多通道驅(qū)動接收器(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種供熱管網(wǎng)泄漏定位的系統(tǒng)，其特征在于，所述鍋爐房控制中心(I)和換熱站控制系統(tǒng)(5)中的各個(gè)組件分別與UPS電池連接。
3.一種基于權(quán)利要求I所述系統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏定位方法，其特征在于，具有以下步驟 a.通過分解、合并、省略，將實(shí)際供熱管網(wǎng)進(jìn)行簡化，抽象成理想的計(jì)算模型； b.利用該供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)值和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出該供熱管網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的水力工況；采用混合自適應(yīng)遺傳算法對簡化計(jì)算出的系統(tǒng)水力工況進(jìn)行修正，從而使程序的計(jì)算值更接近實(shí)際測量值； c.利用測得的實(shí)時(shí)用戶數(shù)據(jù)，計(jì)算生成正常工況下該供熱管網(wǎng)的實(shí)時(shí)動態(tài)水壓圖，以及換熱站入口壓力和流量變化的趨勢圖； d.當(dāng)水壓圖出現(xiàn)壓力梯度的拐點(diǎn)，同時(shí)測得的用戶的壓力和流量出現(xiàn)泄漏工況下的變化規(guī)律，且補(bǔ)水泵補(bǔ)水量突然增大時(shí)，可判斷出現(xiàn)泄漏故障； e.根據(jù)泄漏后的數(shù)據(jù)，同樣采用遺傳算法對泄漏后的供熱管網(wǎng)模型進(jìn)行修正，計(jì)算得出泄漏后的供熱管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和各管段的流量； f.管網(wǎng)中出現(xiàn)泄漏點(diǎn)后，對于水壓圖，泄漏點(diǎn)前的水壓圖壓力梯度變陡，泄漏點(diǎn)后的水壓圖壓力梯度變平緩，水壓圖出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)；對于用戶處，泄漏點(diǎn)前用戶的流量增加，泄漏點(diǎn)后的用戶流量降低；用戶入口處的壓力隨干管水壓圖壓力變化出現(xiàn)泄漏點(diǎn)前用戶入口壓力非等比失調(diào)，泄漏點(diǎn)后用戶入口壓力等比失調(diào)的趨勢；根據(jù)上述水壓圖的變化情況和泄漏后各用戶壓力和流量的變化趨勢，判斷出泄漏點(diǎn)所處的管段； g.根據(jù)泄漏管段前后節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，求出泄漏點(diǎn)在該泄漏管段上的大致位置； h.在已知泄漏管段和大致泄漏位置后，沿著泄漏點(diǎn)附近，利用紅外線測溫儀測出地表溫度最高處，既為供熱管網(wǎng)的泄漏點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供熱管網(wǎng)泄漏定位方法，其特征在于，所述步驟b中，所述混合自適應(yīng)遺傳算法為在自適應(yīng)遺傳算法的基礎(chǔ)上混合模式搜索法的方法。
全文摘要
本發(fā)明屬于供熱管網(wǎng)故障的監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種供熱管網(wǎng)的泄漏定位系統(tǒng)及定位方法。由計(jì)算機(jī)、多通道驅(qū)動接收器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成的控制中心，由換熱站終端數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、換熱站終端微處理器、換熱站壓力傳感器、換熱站流量傳感器構(gòu)成換熱站終端。計(jì)算機(jī)存儲器中設(shè)置有供熱管網(wǎng)的計(jì)算程序，實(shí)時(shí)地儲存、處理換熱站終端傳送回的數(shù)據(jù)。一旦供熱管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏，通過換熱站末端監(jiān)測點(diǎn)返回的換熱站入口壓力、流量的變化數(shù)據(jù)，通過程序計(jì)算后得出泄漏后系統(tǒng)的水力工況就可以識別泄漏點(diǎn)所處的管段，再通過紅外線測溫儀的輔助監(jiān)測，便可以確定具體的泄漏位置。
文檔編號F17D5/02GK102865459SQ201210362048
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者王松嶺, 楊先亮, 李彤, 吳正人 申請人:華北電力大學(xué)(保定)