城市集中供热系统突发事件预警与应急机制基础理论研究

Promoting the ability of preventing and reducing disasters in urban heating system , has already become one of the prominent tasks in order to keep the sustainable development of city. These years great accidents caused by booster and leakiness of heating system happened more than once,but the leakage fault diagnosis theory has not been ripe yet. There are fewer researches on emergency warning and response mechanism based on leakage fault diagnosis in urban centralized heating systems.A method for leakage fault diagnosis of heating networks will be estiblished based on pipe resistence parameters identification technology. On-line identification technology of pipe resistence parameters based on observation theory will be the essencial part of this study. On basis of that, the mathematics model of heating networks leakage fault diagnosis can be expressed by change rates of pipe friction parameters identification results. Considering resistence characteristic of valves and ompensators as restrain conditions, the operation mechanism of heating systems can be studied by using graph theory and matrix theory. Test-bed and some actual projects will be used to demonstrate the validity of identification and fault diagnosis of heating networks. Based on the research results, an early warning and emergency response mechanism will be proposed in urban heating system when some accidents caused by booster and leakiness happen. It will provide the theoretical foundation to establishment and perfection of standards system of safety and reliability in urban heating system and technical measures to combat disasters.

加速提升城市供热系统防灾减灾能力，已成为保持城市可持续发展面临的突出任务之一。近年来由于爆管和泄漏故障引发的供热系统重大事故屡见不鲜，但与之相关的供热管网泄露故障诊断研究尚未形成成熟的理论。基于泄漏故障诊断的城市集中供热系统突发事件预警与应急技术的研究更是少之又少。本项目提出一种基于阻力系数辨识的供热管网泄漏故障诊断方法，首先建立供热管网阻力系数辨识数学模型，基于能观性理论提出普适性的阻力系数在线辨识方法。而后基于阻力系数变化率建立供热管网泄漏诊断数学模型，充分考虑阀门、补偿器等元部件的阻力特性约束条件，结合图论与矩阵分析理论深入研究故障工况供热系统的运行机理。利用试验台与实际工程对辨识与故障诊断的有效性进行验证。最后结合故障诊断研究成果提出城市供热系统由爆管和泄漏等故障原因导致突发事件时的预警与应急技术措施。为建立和完善城市供热工程安全可靠性标准体系与抗灾设防技术措施提供坚实的理论基础。

近年来由于爆管和泄漏故障引发的供热系统重大事故屡见不鲜，但与之相关的供热管网泄露故障诊断研究尚未形成成熟的理论。本项目计划书制定的研究内容包括（1）供热管网阻力系数在线辨识研究；（2）供热管网泄漏诊断研究；（3）供热系统突发事件预警与应急技术措施研究。预期发表高水平论文4篇以上，力争SCI、EI检索2篇以上；培养研究生2名。项目执行期间完成了预定研究内容，达到了预期研究目标。经过三年的研究，本项目完成的研究内容有5项：（1）基于解析解与最小二乘原理的阻力特性系数辨识研究，提出了基于解析解辨识模型的测点优化布置方法，提高了解析辨识的工程适用性。针对最小二乘模型，提出了一种新型的混合遗传蚂蚁优化算法，计算性能获得了较大的提升。通过实际工程，分别对两种辨识方法进行了验证，其辨识精度均在10%以内，能够满足实际工程需求；（2）空间供热管网泄漏工况模型与故障诊断方法研究，将供热管网中一条管段及该管段上所有的元部件看作一个管段单元，将供热管网抽象成为由管段单元构成的系统。在此基础上将BP神经网络的方法应用于热水管网管段泄漏的故障诊断中，建立了非线性模式识别模型。在管段泄漏故障诊断模型的基础上，将层次化、模块化的思想引入了供热管网泄漏故障诊断系统，并建立了二级神经网络诊断模型来预测发生泄漏的点的具体位置及漏水率；（3）基于慢变流理论的流体输配管网水力计算研究，提出将基于链支流量求解的慢变流理论用于系统识别，为解决监测点数量较少管网稳态阻力特性系数识别、诊断漏失点和漏失量等系统识别问题提供了一种新的思路；（4）供热系统综合实验平台设计研究，为解决供热系统实际工程测试受条件限制难于实现具有重要意义。（5）供热系统事故应急机制研究，重点对供热系统事故工况调度、关阀泄水方案等关键技术进行了研究。以责任矩阵的方法进行了供热系统事故应急调度的责任分析，提出供热系统事故应急调度过程中的不利因素并加以修正，提出了从接警到响应结束直至后期处置的一般流程。为供热系统事故应急调度提供了科学规范的参考。目前项目在国内外学术期刊发表论文10篇，其中SCI检索1篇、EI检索2篇、培养研究生4名，其中硕士研究生2名，均已毕业；博士研究生2名，均已毕业。本项目的研究为制定城市供热系统突发事件预警与应急机制提供坚实的理论基础。