城市排水泵站是市政排水系统的 “心脏”，承担着雨水、污水输送的核心功能。其水泵启停策略直接影响排水效率、能耗成本与设备寿命 —— 若策略粗放，易出现 “大马拉小车”（大流量水泵在低负荷下运行，能耗率低、能源浪费严重）或 “小泵超负荷”（小流量水泵长期超额定参数运行，电机过热、部件磨损加剧，设备寿命缩短）的问题。据统计，不合理的启停策略可能导致泵站能耗增加 20%-30%，设备故障频次提升 15% 以上。因此，需基于泵站实际工况（如进水流量、水位变化、水质特性）与设备参数，构建 “动态感知 - 协同调控 - 智能优化” 的启停策略体系，在保障排水能力的同时，实现能耗降低与设备保护的双重目标。

一、工况动态监测：构建水泵启停的精准数据基础

水泵启停策略优化的前提是实时掌握泵站运行工况，避免 “凭经验启停” 或 “固定周期启停” 导致的供需错配。需通过多维度监测，获取 “进水负荷、设备状态、环境条件” 三类核心数据，为策略调整提供依据。

（一）进水负荷监测：实时掌握排水需求变化

进水负荷（流量、水位）是决定水泵启停的核心依据，需通过高精度监测设备捕捉其动态变化：

进水流量监测：在泵站进水总管布设超声波流量计或电磁流量计，以 1-5 分钟为采集频率，实时监测进水流量（如某泵站设计流量 5000m³/h，需监测实际进水流量是否在 2000-6000m³/h 区间波动）。流量数据直接反映排水需求 —— 降雨时流量骤升（可能超设计值），需启动更多水泵；降雨结束后流量下降，需逐步关停部分水泵；

集水井水位监测：在泵站集水井（水泵吸水井）布设投入式静压液位计或雷达液位计，监测水位变化（如设定警戒水位 1.8m、停泵水位 0.5m、启泵水位 1.2m）。水位是流量的 “直观反映”—— 若流量监测故障，水位可作为备用判断依据，避免因单一数据缺失导致策略失效；同时，水位变化速率（如每 10 分钟上升 0.3m）可预判负荷增长趋势，为提前启泵争取时间；

水质特性辅助监测：在进水口布设浊度计、pH 计，监测污水悬浮物浓度（如 SS＞500mg/L 时，水泵易堵塞）、酸碱度（如 pH＜5 或＞10 时，需注意设备腐蚀）。水质数据虽不直接决定启停，但可辅助调整运行参数（如高浊度时降低水泵运行频率，减少磨损），间接保障设备稳定。

例如，某雨水泵站通过流量与水位协同监测，在一次中雨过程中，捕捉到进水流量从 1500m³/h 骤升至 4800m³/h（30 分钟内），水位从 0.8m 升至 1.6m，为及时启动备用水泵提供了精准数据支撑，避免集水井水位超限溢流。

（二）设备状态监测：避免超负荷运行与故障风险

实时掌握水泵运行状态，是防止 “小泵超负荷” 的关键，需监测 “电气参数、机械状态、运行效率” 三类指标：

电气参数监测：通过智能电表、电流传感器监测水泵电机的电压、电流、功率因数（如某水泵额定电流 50A，若实际电流长期超 55A，判定为超负荷）。电流异常升高可能是叶轮堵塞、轴承磨损等问题导致，需及时停机检修，避免电机烧毁；

机械状态监测：在水泵轴承、电机外壳布设振动传感器、温度传感器，监测振动幅值（如振动超 0.1mm 时，可能存在部件松动）、表面温度（如电机温度超 80℃时，需降负荷运行）。机械参数异常是设备损耗的早期信号，可通过调整启停策略（如减少该水泵运行时长）延缓损坏；

运行效率监测：通过流量、扬程、功率数据计算水泵运行效率（效率 =（流量 × 扬程 × 重力加速度）/（功率 ×3600）×100%），若效率长期低于 70%（如设计效率 75%），可能是 “大马拉小车”（低流量下运行）或设备老化导致，需调整水泵组合或更换设备。

二、多泵协同调控：基于负荷匹配的启停策略设计

城市排水泵站多采用 “1 用 1 备” 或 “多台并联” 的水泵配置模式，需根据进水负荷变化，优化单泵启停与多泵组合策略，实现 “负荷 - 水泵参数” 的精准匹配。

（一）单泵启停阈值：避免频繁启停与超负荷

针对单台水泵，需设定 “启泵阈值、停泵阈值、保护阈值” 三类参数，平衡响应速度与设备保护：

启泵阈值：结合集水井水位与进水流量设定 —— 水位启泵阈值（如 1.2m）需低于警戒水位（1.8m），预留足够响应时间；流量启泵阈值（如某水泵额定流量 1500m³/h，当进水流量超 1200m³/h 且持续 10 分钟，启动该水泵），避免因瞬时流量波动导致频繁启停（频繁启停会增加电机启动电流，能耗与设备损耗均会上升）；

停泵阈值：需高于水泵气蚀余量对应的最低水位（如 0.5m），避免水泵因水位过低产生气蚀（气蚀会严重磨损叶轮）；同时，流量停泵阈值（如进水流量低于 800m³/h 且持续 15 分钟，关停该水泵），防止 “大马拉小车”（低流量下水泵效率从 75% 降至 50% 以下，能耗浪费显著）；

保护阈值：设定电流、温度、振动的上限值（如电流超额定值 10%、温度超 85℃、振动超 0.15mm 时，触发强制停泵），避免设备超负荷运行。例如，某水泵运行时电流突然升至 62A（额定 50A），系统触发保护阈值，自动停机，排查发现叶轮被塑料袋缠绕，避免了电机烧毁。

（二）多泵组合策略：实现负荷与能耗的动态平衡

当泵站配备多台不同参数的水泵（如大泵额定流量 2000m³/h、小泵 1000m³/h），需通过组合策略优化，提升整体运行效率：

“大小泵搭配” 策略：低负荷时（如进水流量 800m³/h），仅启动小泵（避免大泵低效率运行）；中负荷时（如 1500m³/h），启动 1 台小泵 + 1 台大泵（或 2 台小泵），根据效率对比选择最优组合（如 2 台小泵效率 72%，1 大 1 小效率 75%，优先选后者）；高负荷时（如 3500m³/h），启动 2 台大泵 + 1 台小泵，确保总流量满足需求；

“轮值运行” 策略：多台同型号水泵并联运行时，采用轮值启停（如每 4 小时切换 1 次运行水泵），避免某一台水泵长期运行导致磨损加剧，延长设备整体寿命。例如，3 台同型号水泵（额定流量 1500m³/h），进水流量 2500m³/h 时，启动 2 台运行，每 4 小时轮换 1 台，确保 3 台水泵运行时长均匀；

“预判性启停” 策略：结合短期降雨预报（如未来 1 小时降雨量 20mm）或进水流量变化速率（如每 10 分钟增长 0.5m³/h），提前启动备用水泵，避免负荷骤升时水位超限。例如，气象预报未来 1 小时有暴雨，泵站提前 30 分钟启动 1 台备用大泵，使总排水能力从 3000m³/h 提升至 5000m³/h，有效应对了后续的流量峰值。

三、智能算法赋能：提升启停策略的动态优化能力

传统 “阈值触发” 策略易受工况波动影响（如流量骤升骤降导致频繁调整），需引入智能算法，实现启停策略的自适应优化，进一步降低能耗与设备损耗。

（一）PID 控制算法：实现水位与流量的稳定调控

采用 PID（比例 - 积分 - 微分）算法，以集水井水位或进水流量为控制目标，自动调整水泵运行台数或频率：

水位 PID 控制：设定目标水位（如 1.0m），算法根据实际水位与目标水位的偏差（如实际 1.5m，偏差 + 0.5m），按比例调整水泵运行台数（偏差越大，启动水泵越多）；同时通过积分项消除长期偏差（如水位持续偏高，逐步增加运行时长），微分项预判偏差变化趋势（如水位上升速率加快，提前增加水泵台数）。例如，某泵站采用水位 PID 控制后，水位波动范围从 ±0.3m 缩小至 ±0.1m，避免了因水位剧烈波动导致的频繁启停；

流量 PID 控制：针对进水流量稳定的污水泵站，以 “进水流量 = 排水流量” 为目标，算法根据实时进水流量调整水泵运行频率（如进水流量从 1200m³/h 升至 1800m³/h，将水泵频率从 50Hz 升至 55Hz），确保排水能力与进水负荷精准匹配，避免 “大马拉小车”（低流量时降低频率，能耗随频率三次方下降）。

（二）能耗优化算法：基于效率最优的水泵组合选择

引入遗传算法、粒子群优化等智能算法，以 “总能耗最低” 为目标，优化多泵组合方案：

算法输入参数：包括各水泵的流量 - 扬程 - 效率曲线、当前进水流量、电价（如峰谷电价差异）；

算法优化过程：算法遍历所有可能的水泵组合（如 1 大 1 小、2 小、2 大等），计算每种组合的总能耗（如 1 大 1 小组合能耗 200kW・h/h，2 小组合能耗 220kW・h/h），选择能耗最低的组合；同时，若处于电价高峰时段（如 10:00-18:00），会优先选择效率更高的组合，进一步降低电费成本；

应用效果：某污水泵站采用粒子群优化算法后，日均能耗从 1200kW・h 降至 980kW・h，能耗降低 18.3%，同时水泵运行效率平均提升 5%。

（三）故障预警算法：提前规避设备超负荷风险

通过机器学习算法（如随机森林、神经网络），基于历史设备故障数据（如电流异常、温度升高与故障的关联），构建故障预警模型：

数据训练：收集过去 3-5 年的水泵运行数据（电流、温度、振动、运行时长）与故障记录，训练模型识别故障前兆（如电流持续超额定值 5% 且温度缓慢升高，是电机过载的前兆）；

实时预警：模型实时分析当前运行数据，若识别到故障前兆，提前 1-2 小时发出预警，并自动调整启停策略（如减少该水泵运行时长，启动备用泵），避免故障扩大。例如，某泵站故障预警模型提前 1.5 小时预测到 1 台水泵的电机过载风险，及时切换至备用泵，避免了电机烧毁导致的泵站停运。

四、运维保障措施：确保策略落地与长期优化

优化后的水泵启停策略需通过 “制度规范、定期校验、人员培训” 的运维保障措施，确保长期有效运行，避免 “策略制定后束之高阁”。

（一）制度规范：明确策略执行与调整流程

制定操作规程：编制《水泵启停策略操作手册》，明确不同工况下的启停流程（如降雨时按 “流量 - 水位双阈值” 启动，降雨后按 “效率优先” 关停），避免运维人员随意调整；

建立策略更新机制：每季度根据泵站实际运行数据（如能耗变化、设备故障频次）与工况调整（如服务人口增加导致流量上升），评估策略有效性，必要时优化阈值参数（如将启泵水位从 1.2m 调整为 1.1m，提升响应速度）。

（二）定期校验：确保监测数据与策略参数准确

监测设备校准：每月对流量计、液位计、电流传感器进行校准（如用标准流量装置校验流量计，误差超 5% 时重新标定），避免因数据不准导致策略误判；

策略参数校验：每半年进行一次 “空载试验” 与 “负荷试验”，验证启停阈值的合理性（如模拟进水流量骤升，检查水泵是否能及时启动），若发现参数偏差（如启泵滞后导致水位超限），及时修正。

（三）人员培训：提升运维人员的策略执行能力

技能培训：定期开展智能算法与策略操作培训（如 PID 控制原理、故障预警模型解读），确保运维人员理解策略逻辑，而非机械执行；

应急演练：每季度模拟极端工况（如暴雨导致流量超设计值、水泵突发故障），演练启停策略的应急调整流程，提升人员应对突发情况的能力。

五、实践案例：某城市排水泵站的策略优化成效

某城市雨水泵站配备 3 台水泵（2 台大泵，额定流量 2000m³/h，效率 78%；1 台小泵，额定流量 1000m³/h，效率 75%），优化前采用 “固定周期启停” 策略，存在 “大马拉小车”（低流量时启动大泵，能耗高）与 “小泵超负荷”（高流量时仅启动小泵，设备过热）问题。通过上述优化方案改造后：

能耗降低：引入 PID 控制与能耗优化算法，日均能耗从 1800kW・h 降至 1350kW・h，降幅 25%，年节省电费约 18 万元；

设备寿命延长：采用轮值运行与故障预警策略，水泵故障频次从每月 2 次降至每季度 1 次，预计设备寿命延长 3-5 年；

排水能力提升：通过预判性启停，泵站应对暴雨的响应时间从 30 分钟缩短至 10 分钟，未再发生集水井水位超限溢流事件。

六、总结与展望

城市排水泵站水泵启停策略优化是一项 “技术 + 管理” 的系统工程，需通过工况动态监测掌握需求变化，多泵协同调控实现负荷匹配，智能算法提升优化能力，运维保障确保长期落地。这一过程不仅能显著降低能耗、减少设备损耗，还能提升泵站排水可靠性，为市政排水系统的稳定运行提供支撑。

未来，随着智慧水务技术的发展，水泵启停策略将向 “更智能、更协同” 方向升级：一是结合数字孪生技术，构建泵站数字模型，模拟不同策略下的运行效果，实现 “预优化、预调控”；二是与流域排水系统联动，根据上游管网流量、下游河道水位调整启停策略，实现 “区域协同排水”；三是引入 AI 大模型，通过学习海量泵站运行数据，自主优化策略参数，进一步提升适应性与经济性。