[发明专利]一种城镇集中供热系统及泄漏点检测方法

权利要求书

1.一种城镇集中供热系统的管网泄漏点检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定是否发生泄漏步骤：基于统计学领域的变点理论，采用改进CUSUM方法，实时对管网流量监测数据进行跟踪分析，一旦发现管网分区进出口流量差的累积和持续增大，超过设定阈值，则发出警报，判断超过设定阈值的管网分区区域发生泄漏；

确定何时发生泄漏步骤：一旦检测系统针对管网分区发出泄漏报警，将自动对该管网分区流量监测数据进行分析，并根据该分区管网流量进出口差的累积和变化曲线，倒推变点发生位置，从而确定泄漏开始的具体时间，并计算出相应时间的泄漏量；

确定是否发生泄漏包括如下步骤：

1)根据设定时间间隔i的管网流量监测数据序列g_i，计算获得分区管网进出口流量差q_i，其中，i＝1,2,…n，计算其均值与方差将数据序列标准化为y_i＝(q_i-μ₀)/σ₀；根据经验选取CUSUM累积和参数k＝1.425，然后计算上偏移累积和其中，

2)判断是否大于设定的报警阈值h，若i_a时刻则认为在该时刻流量偏移累积和超过阈值，报警，并保存i_a；

所述的检测方法还包括确定泄漏发生的准确位置步骤：首先，根据改进CUSUM方法计算出的管网分区泄漏量，采用已建立的供热管网泄漏一级模型，对管网不同分支节点泄漏工况进行仿真模拟，并将采样压力表的实际运行数据与泄漏模型仿真数据，根据判定准则进行比较分析，从而将泄漏点首先确定在其附近分支节点上；其次，基于供热管网一级模型，在以上确定的泄漏分支节点两侧的管道按规则增设S个“虚拟节点”，建立二级泄漏模型，虚拟节点应包括管道补偿器节点、管道弯头节点以及管道连接焊接节点较易发生泄漏的节点；然后再对供热管网进行二次仿真模拟，并通过比较判断采样压力表实际运行值与仿真值，最终确定泄漏点具体位置；

确定何时发生泄漏包括如下步骤：

1)继续计算累积和同时开始计算直至停止；

2)分别计算对应泄漏开始发生和泄漏达到最大时的得到泄漏开始发生时刻i_s(i_s＜i_a)和泄漏达到最大时刻i_f(i_f＞i_a)；

3)根据以上确定的泄漏开始时刻i_s和泄漏最大时刻i_f，获得对应的管网分区流量差q(i_s)和q(i_f)，然后计算最大泄漏量Δq^m＝q(i_f)-q(i_s)，并计算每个采样压力表所处节点在泄漏开始时刻与泄漏最大时刻之间的压力变化值其中M_j,(j＝1,2,…,k)为安装采样压力表的节点，k为安装采样压力表的节点总数；

确定泄漏发生的准确位置包括如下步骤：

1)将最大泄漏量Δq^m分别赋予管网每个节点，采用已建立的一级管网泄漏模型，分别计算泄漏开始时刻i_s的正常工况和泄漏最大时刻i_f时刻的泄漏工况下的各个采样压力表节点压力仿真值与以及二者差值然后计算以下目标函数：

其中，N为管网总的节点数；M_p,(p＝j+1,…,k)为序号大于M_j的采样压力表节点，k为安装采样压力表的节点总数；

该目标函数计算步骤为：将采样压力表节点按距热源远近排序标号M₁，M₂…M_k，依次选取M_j，(j＝1,2,…,k-1)，然后计算每个节点M_j与其对应的所有节点M_p(p＝j+1,…,k)的计算项的叠加和；即：首先从M₁开始，计算M₁分别与M₂,M₃…M_k的计算项的和，然后再选择M₂，计算M₂分别与M₃,M₄…M_k的计算项的和，依次类推，直至计算到M_k-1与M_k的计算项，然后再求以上所有计算项和的总和，即为目标函数值；

2)比较所有的目标函数值OF_m,找到其最小值OF_min，则对应的节点即为一级泄漏节点

3)在一级泄漏模型基础上，对以上确定的泄漏分支节点两侧管道，增设S个“虚拟节点”，建立二级泄漏模型，虚拟节点应包括管道补偿器节点、管道弯头节点、以及管道连接焊接节点较易发生泄漏的节点；然后重复步骤1)和2)，但只计算一节泄漏节点及其两侧增设的虚拟节点，找到最小目标函数值对应的节点并给出其与一级泄漏节点的具体距离L，从而准确定位泄漏点在管道上的位置；

一级管网泄漏模型如下：方程组如下：

设供热管网管段数为m，节点数为n+1，式中，A为管网的关联矩阵，n×m阶；B_f为管网的基本回路矩阵，(m-n)×m阶；G为管段流量向量，G＝(G₁,G₂,···,G_m)；ΔH为管段阻力压降，ΔH＝(ΔH₁,ΔH₂,···,ΔH_m)；S为管段阻力特性系数矩阵，是m阶对角矩阵，S＝diag{S₁,S₂,…,S_m}；|G|为管段流量G的绝对值，m阶对角矩阵，|G|＝diag{|G₁|,|G₂|,…,|G_m|}；DH为管段的水泵向量，DH＝(DH₁,DH₂,···,DH_m)^T，当管段不含水泵时，DH＝0，当有水泵时，DH为水泵扬程；Z为管段支路中两节点的位能差向量，Z＝(Z₁,Z₂,···，Z_m)^T；Q为节点泄漏量，Q＝(Q₁,Q₁,…,Q_n)，正常工况时Q＝0，

其中，

式中，K为管壁的当量绝对粗糙度，单位是m，对于供热管道，K＝0.0005m；d为管道内径，单位是m；l、l_d分别为管网计算管段的长度和局部阻力当量长度，单位是m；ρ为管内流体介质的平均密度，单位是kg/m³；

供热管网二级泄漏模型就是在一级泄漏模型的基础上，在一级泄漏模型确定的泄漏分支节点两侧，增设“虚拟用户”，从而在供回水管路对应增加“虚拟节点”；虚拟节点应包括管道补偿器、管道弯头以及管道连接焊接点较易发生泄漏的节点。