净水技术 | 澳门水司:水锤监测系统可高效捕捉管网水压瞬变|净水技术|水厂|水锤监测系统|澳门水司|瞬变|管路|阀门

本期摘要

澳门自来水供水系统的供水能力为52万立方米，涵盖4座水厂和647公里管网，服务26万用户。自2011年起，漏损率控制在10%以下，2023年为7.38%。根据自耦测试及电动阀门操作两个案例，经过两次的实际操作和优化，为供水调度人员带来更明确的指引，也对未来新水厂的设立、分区阀门的制定或管网工程师设计管网时，带来新的考虑因素。

项目背景

澳门自来水供水系统供水能力 52 万立方米，分别由 4 座水厂，共 6 个水处理工艺，及 5 个高位水池对全澳市民服务供水。管网长度超过647 公里，服务水表用户 26 万只。持续透过管网更新、漏损管控及不同数据报表运维管理，公司自 2011 年起有效地将漏损率控制在约 10% 及以下，更连续 4 年把漏损率维持 7 至 8% 水平，直至 2023 年供水漏损率达 7.38%。

公司致力对压力管控及管网更新投入，近年压力管理主要针对分区压力管理及管网水锤扰动减少为主。透过对阀门及高位水池的压力调控，分区计量优化，及减少管网富余压力，降低出厂水头。更利用水锤压力传感器，对瞬时压力变化进行捕捉，找出水锤扰动源头及利用调度或管网优化工程缓解水锤压力波动。一般情况下，水锤因阀门突然开关或泵组启停等操作所产生，且维持数秒钟的瞬时性，危害甚大。2021 年新水厂投入的泵组自耦测试期间，澳门自来水利用水锤监测仪监测不同调度模式下的瞬时管网压力变化，针对产生的水锤压力波动，配合水力模型，找出利用阀门调度及不同泵组组合启停模式，缓解泵房对管网所产生的水锤压力（图 1-1）。

图 1-1 不同调度模式下的瞬时管网压力变化

技术措施

目前一般压力计难以对水锤扰动测得精准结果。就澳水分布于供水管网的压力计而言，只能对压力数据进行一分钟间隔的采集。对于水锤扰动这种瞬时性数据，需更精密的仪器才能捕捉得到。本司所使用的高频压力传感器特点能每秒采集 128 个压力数据，而且能因工作所需进行调动，随时安装在消防栓或其他排水接口等。所得数据在指定时间传至云端系统，透过网站查看压力变化，如遇异常压力波动，分析人员能调取相应时段，把所采集的每秒 128 次的高频数据进行提取分析。

案例一：泵组自耦测试

（1）泵组自耦测试过程

2021 年 5 月 14 日，石排湾水厂泵组早上进行自耦变压器降压启动测试 ( 下简称自耦测试。根据该时情况所描述，主要有关联之泵组为两台，一台以常开运行以保持生产，而另一台则会在运转中以突然关闭再开启的形式运行以观察电流变化，此外工程部人员并没有增加任何操作。从已安装在石排湾水厂的传感器回传的数据分析，水锤之压力传递波动在该事件测出之峰值达到 12.97 mH2O。虽然波动幅度不高，但已对河底管道造成伤害，并发生爆管情况，为避免该情况再度发生，决定再进行第二次泵组自耦测试。

图 1-2 5 月 14 日及 6 月 4 日测试结果之传感器测得数据比较图

2021 年 6 月 4 日，石排湾水厂按预定计划进行第二次泵组自耦测试。本次事件除以两台泵组有关联外，分区阀门开关亦纳入本测试之考虑。根据事件所描述，两台泵组之操作与 5 月 14 日相同，而分区阀门会在自耦泵测试前开启，以减缓水锤效应对管路的影响，见图 1-2。从数据中，水锤压力波动的最大值为 10.43 mH2O，虽然结果与第一次自耦测试比较已有所减少，但还没有达到理想状态。于是在下一场自耦测试再作出改善。同时发现到管网上其他传感器数据也有较理想的效果。

第三次自耦测试于 2021 年 7 月 8 日开展。本次操作除了综合早前经验，还新增了多一台泵组以务求稳定出厂之压力，见图 1-3。从结果得出，水锤效应对比上两次泵组自耦测试稳定，振幅有明显的降低，测出之最高值仅为 6.78 mH2O，此波动已符合管路可承受安全范围。

图 1-3 自耦测试经水锤监测系统分析成果图

（2）泵组自耦测试结论

综合以上三次泵组自耦测试后，证明在系统协助下，有关泵组操作可以得到优化调度，而当中以第三次为最佳，为日后值班人员之泵组操作提供可参考的价值。

案例二：电动阀门操作优化

（1）电动阀门操作优化实施

本案例亦以三次管路爆裂事件之阀门操作所得的水锤变化分析，来评估关闭分区阀门及电动阀门对于管路之压力分布情况。

图 1-4 电动阀门操作事件之水锤波动比较图 ( 以事件顺序排列 )

2021 年 5 月 14 日，约下午 15:42 分接报澳门大学河底隧道之一条 DN300 饮用管路发生自然爆裂情况，工程部门随即前往，为了防止饮用水流失（此操作期间并不影响澳门大学供水），需要与中控室配合关闭与爆管位置邻近的电动阀门。根据架设在大学马路上消防栓之传感器回传的数据显示，当以正常时间 30 秒关闭电动阀门 V4002 后，水锤扰动达到严重级别之 94.2 mH2O，对管网的影响甚大，见图 1-4。

图 1-5 爆点及电动阀位置图

完成对澳门大学 DN300 维修后，2021 年 5 月 17 日晚间约 7 时接报同一条管路再次发生自然爆裂情况，同时亦为防止饮用水流失，值班长经历了上次经验后决定延长关闭时间，降低阀门关闭速度从而关闭 V3902 电动阀门，见图 1-5。本团队从系统界面上找出当电动阀门同时关闭后，水锤之压力波动比 5 月 14 日低，峰值达到 40.66 mH2O。但此波动还算是对管网有严重之影响。

在 2021 年 7 月 10 日，傍晚接报校区外 DN400 饮用水管工程引致爆裂情况，本公司工程人员综合前两次关阀分析结果，在操作程序进一姿作出改善，下午 7 时决定以多段式关闭电动阀门 ( 先将阀门关闭到 50%，再完全关阀 )，整个操作程序约为 30 分钟，最后本团队测出水锤扰动之振幅为 19.26mH2O。从本案例得知，配合多段式关闭阀门及延长关阀时间，水锤效应会大大减少。

（2）管路爆裂流量控制操作结论

综合以上三次事件进行分析，经水锤监测系统协助分析水锤现象，可见电动阀门的开关对管路压力分布有一定之影响。当阀门关闭后，受阀门的大小，关闭度及关闭速度影响，水锤会出现对应的波动，优化阀门的基本操作程序为延长关闭阀门时间及以多段式关闭，减少水锤对管路之影响，见图1-6。