基于圖論的供熱系統(tǒng)可靠性研究.pdf

1、供熱系統(tǒng)作為社會的“生命線工程”，關(guān)系著人們的生產(chǎn)和生活，同時也是國民經(jīng)濟的重要組成部分。具備高溫、大容量的集中供熱系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，將可能破壞生活區(qū)和公共建筑的供熱，惡化人們的生活和工作環(huán)境，并導(dǎo)致無法估量的社會性后果。為保證供熱系統(tǒng)的可靠運行，俄羅斯學(xué)者在結(jié)構(gòu)備用、輸送能力備用、維修時間、限額供熱量等多方面對供熱系統(tǒng)的設(shè)計提出了嚴(yán)格的要求，并規(guī)定了系統(tǒng)的功能質(zhì)量可靠度指標(biāo)，具備了一整套可靠性設(shè)計和最終評定的方法。然而，在供熱系統(tǒng)的設(shè)

2、計過程中，尚缺乏各階段的可靠性評價方法，如針對管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計，管段容量的設(shè)計等。另外，由于區(qū)域經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展的差異，我國各地區(qū)供熱系統(tǒng)的設(shè)計和運行管理水平參差不齊。針對我國目前供熱系統(tǒng)設(shè)計與運行中存在的問題，本文主要研究熱網(wǎng)設(shè)計時管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和管段容量設(shè)計階段，系統(tǒng)的可靠性評價方法，以及適合評價現(xiàn)存的各種設(shè)計與運行水平不同的供熱系統(tǒng)的可靠度指標(biāo)。
　　針對供熱系統(tǒng)設(shè)計各階段中系統(tǒng)的可靠性評價問題，首先基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連通性理論，

3、分別從熱用戶、熱源和系統(tǒng)的角度建立供熱系統(tǒng)的連通問題?；谧钚÷芳仃嚱⑦B通可靠度的表達式，同時改進了網(wǎng)絡(luò)最小路集的搜索算法，提出求解邏輯和的矩陣分割算法；另外，建立管段連通重要度以反映管網(wǎng)中各管段對系統(tǒng)可靠性的影響，形成較完整的基于連通可靠度的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)備用評價方法。通過算例分析了管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、熱源位置與數(shù)量等因素對連通可靠度的影響。
　　其次，基于最大流——最小割原理將供熱平面管網(wǎng)轉(zhuǎn)化為邊權(quán)傳輸網(wǎng)，提出了考慮故障工況限額供熱的管段

4、容量設(shè)計方法，并建立最大流可靠度、限額供熱流可靠度與非滿負(fù)荷流可靠度評價系統(tǒng)的輸送能力備用。
　　結(jié)合系統(tǒng)綜合可靠性的評價，通過某單熱源供熱系統(tǒng)的改擴建分析，指出結(jié)構(gòu)備用和輸送能力備用的提高均能有效改善供熱系統(tǒng)的綜合可靠性；同時也說明在供熱系統(tǒng)的設(shè)計階段，根據(jù)連通可靠度和流可靠度分別指導(dǎo)管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和管段容量的可靠性設(shè)計是有效的手段。
　　供熱系統(tǒng)的綜合可靠性評價，應(yīng)遵循故障隔離、故障管網(wǎng)重構(gòu)、故障工況仿真及可靠度計算的步驟

5、。首先通過構(gòu)造包含閥門信息的混合關(guān)聯(lián)矩陣，提出矩陣掃描法完成供熱平面管網(wǎng)到閥門網(wǎng)絡(luò)模型的轉(zhuǎn)化。基于閥門網(wǎng)絡(luò)模型的關(guān)聯(lián)矩陣，給出故障元件對應(yīng)的關(guān)閥方案和關(guān)斷區(qū)域的計算原理，通過搜索故障隔離時平面管網(wǎng)的所有連通子圖，重構(gòu)故障平面管網(wǎng)和空間管網(wǎng)。此外，基于閥門網(wǎng)絡(luò)模型分析管網(wǎng)中的特殊閥門：無效閥門和并聯(lián)閥門集合，給出它們的判定準(zhǔn)則及相關(guān)性質(zhì)。
　　假設(shè)完全可控和不可控作為系統(tǒng)可控程度的上下界估計，基于熱網(wǎng)水力計算的基本模型和故障空間管網(wǎng)

6、，針對完全可控與不可控系統(tǒng)在故障工況的調(diào)節(jié)特性分別建立仿真模型。通過算例分析，探討了不可控與完全可控供熱系統(tǒng)故障管網(wǎng)水力工況的特點，指出完全可控的供熱系統(tǒng)是實現(xiàn)熱網(wǎng)可靠性設(shè)計的手段，是與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)備用和輸送能力備用相匹配的控制措施。
　　最后根據(jù)狀態(tài)空間法和功能質(zhì)量的可靠度評價指標(biāo)，分析設(shè)計熱負(fù)荷可靠度指標(biāo)的不足，建立限額供熱可靠度指標(biāo)綜合評價系統(tǒng)的可靠性。于是，通過閥門網(wǎng)絡(luò)、故障工況仿真模型和限額供熱可靠度指標(biāo)的計算完成供熱系統(tǒng)的