機(jī)井自動(dòng)化供水方案改進(jìn)

鄧樂(lè)善

(甘肅省民樂(lè)縣水務(wù)局，甘肅 民樂(lè) 734500)

1 基本情況

民樂(lè)縣地處河西走廊中部，祁連山北麓，全縣轄10鎮(zhèn)1個(gè)城市社區(qū)管理委員會(huì)，總?cè)丝?3.6萬(wàn)。至2020年底，已建成各類農(nóng)村供水工程60處，全縣農(nóng)村人口用上了自來(lái)水。在工程建設(shè)過(guò)程中，由于受水源等條件的限制，有40處工程通過(guò)深井泵提取地下水，經(jīng)蓄水池(水塔)調(diào)蓄和二氧化氯發(fā)生器消毒后，通過(guò)各級(jí)輸配水管網(wǎng)供水到戶，共有11.6萬(wàn)農(nóng)村居民受益，占全縣農(nóng)村總?cè)丝诘?9.2%。

2 機(jī)井水位自動(dòng)供水系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 運(yùn)行原理

采用機(jī)井水位自動(dòng)供水系統(tǒng)控制深井泵運(yùn)行，主要運(yùn)行方式分為自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜+液位儀控制箱實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水和軟啟動(dòng)控制柜+液位儀控制箱實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水兩種方式。

自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜+液位儀控制箱自動(dòng)供水系統(tǒng)，依靠液位儀控制中間繼電器，再由中間繼電器觸頭串聯(lián)到啟動(dòng)柜的停止與啟動(dòng)按鈕之間，靠蓄水池(水塔)中壓力傳感器探頭探測(cè)水壓變化，再由液位儀將壓力變化轉(zhuǎn)換為水位高低參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制深井泵啟停。

軟啟動(dòng)控制柜+液位儀控制箱自動(dòng)供水系統(tǒng)，依靠液位儀控制中間繼電器，再由中間繼電器觸頭并聯(lián)到軟啟動(dòng)器輔助控制擴(kuò)展端口的啟動(dòng)、停止與公用端口上，靠蓄水池(水塔)中壓力傳感器探頭探測(cè)水壓變化，再由液位儀將水壓變化轉(zhuǎn)換為水位高低參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制深井泵啟停。當(dāng)水位低于液位儀設(shè)定下限時(shí)，液位儀內(nèi)部繼電器接通開(kāi)始工作，控制中間繼電器吸合，中間繼電器常開(kāi)觸頭閉合，完成深井泵降壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)水位超過(guò)液位儀設(shè)定上限時(shí)，液位儀內(nèi)部繼電器斷開(kāi)，控制中間繼電器斷開(kāi)，同時(shí)中間繼電器常開(kāi)觸頭打開(kāi)，深井泵停機(jī)。

2.2 機(jī)井水位自動(dòng)供水系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

以上2種自動(dòng)供水系統(tǒng)，雖然達(dá)到了自動(dòng)化控制的目的，但實(shí)際運(yùn)用中卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)按實(shí)際用水時(shí)間需求自動(dòng)啟停深井泵工作，控制靈活性差，可靠性較低，一旦發(fā)生故障往往會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)，管理人員需每天關(guān)?？刂圃O(shè)備，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和工作途中安全隱患。

2.2.1 自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜的缺點(diǎn)

自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜為防止因缺相、過(guò)載、過(guò)電流造成深井泵燒毀，保護(hù)裝置主要有熱繼電器過(guò)流保護(hù)和電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器過(guò)流保護(hù)2類。但2類保護(hù)裝置都存在保護(hù)參數(shù)單一、保護(hù)靈敏度較差、檢測(cè)誤差較大而不能可靠保護(hù)深井泵安全運(yùn)行。再加之由于設(shè)備安裝人員知識(shí)水平參差不齊，導(dǎo)致啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，液位儀內(nèi)部繼電器自始至終通電工作，對(duì)突發(fā)的短時(shí)斷電、高壓線路缺相、低壓線路斷相和自耦降壓控制電路因接觸不良造成的故障等，不能正確識(shí)別和作出相應(yīng)的迅速反應(yīng)，致使深井泵進(jìn)入反復(fù)啟動(dòng)、停止的惡性循環(huán)，極大地?fù)p害了啟動(dòng)設(shè)備和深井泵，有時(shí)甚至導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備完全燒毀，在造成較大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也嚴(yán)重影響了群眾生活、生產(chǎn)用水的正常供應(yīng)。

2.2.2 液位儀控制箱的缺點(diǎn)

2種自動(dòng)供水系統(tǒng)，都需要通過(guò)液位儀控制箱來(lái)完成自動(dòng)供水任務(wù)。液位儀控制箱由液位儀探頭、液位顯示控制器、中間繼電器等裝置組成。由于設(shè)備安裝人員水平參差不齊，加之缺乏統(tǒng)一的安裝標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致控制線路布置雜亂，增加了維修難度的同時(shí)也造成了一定的安全隱患。同時(shí)，不銹鋼壓力探頭屬于精密易損件，遇到凍脹或異物堵塞很容易損壞，導(dǎo)致自動(dòng)化設(shè)備控制失靈。加之液位儀壓力探頭的維修更換成本昂貴，一旦損壞只能更換，無(wú)形中增加了供水生產(chǎn)成本。

2.2.3 軟啟動(dòng)控制柜的優(yōu)點(diǎn)

與自耦降壓?jiǎn)?dòng)相比，軟啟動(dòng)器控制電路簡(jiǎn)潔、輕便、直觀、可靠性高，而且整個(gè)啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程都由內(nèi)部電子電路控制。在水泵啟動(dòng)前、運(yùn)行中，內(nèi)部所設(shè)的過(guò)流、過(guò)壓、缺相、三相電流平衡度等檢測(cè)、保護(hù)電路，保障深井泵安全運(yùn)行。當(dāng)電路發(fā)生過(guò)流、過(guò)壓、缺相、三相電流不平衡等故障時(shí)，即可停止工作直到故障排除才能繼續(xù)啟動(dòng)運(yùn)行。從根本上解決了自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜所用的機(jī)械式保護(hù)電路因保護(hù)參數(shù)單一、保護(hù)靈敏度差等容易造成深井泵燒毀的問(wèn)題。同時(shí)軟啟動(dòng)控制柜價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，一臺(tái)75kW軟啟動(dòng)器的價(jià)格僅相當(dāng)于75kW自藕降壓?jiǎn)?dòng)柜內(nèi)部一臺(tái)250A380V交流接觸器的價(jià)格。

3 解決方案

實(shí)踐中，綜合分析對(duì)比，揚(yáng)長(zhǎng)避短，合理優(yōu)化，組合改進(jìn)，采用軟啟動(dòng)控制柜+浮球開(kāi)關(guān)+微電腦時(shí)間控制器，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)供水。

3.1 微電腦時(shí)間控制器的改造

根據(jù)實(shí)際需要，購(gòu)買(mǎi)市場(chǎng)上銷售的220V(或380V)微電腦時(shí)間控制器。因?yàn)檐泦?dòng)控制柜都配有零線，所以本文選用220V KG316T微電腦時(shí)間控制器，并在完全不影響原有設(shè)備安全性的前提下稍作改動(dòng)。改動(dòng)的目的是使微電腦時(shí)間控制器內(nèi)部繼電器常開(kāi)觸頭成為一個(gè)獨(dú)立的且與微電腦時(shí)間控制器220V電源沒(méi)有電路聯(lián)系的常開(kāi)觸頭。

打開(kāi)KG316T型微電腦時(shí)間控制器外殼(微電腦時(shí)間控制器主電路見(jiàn)圖1，拔出主電路板，把零線②③端口連片從中間剪斷，斷口處各剪去一小段，使②③腳之間空出足夠的電器安全間隔，以此切斷③腳和微電腦時(shí)間控制器②腳電路聯(lián)系。找到①腳與繼電器引腳之間的連接銅線，拆除此銅線，輸出繼電器與電源①腳火線(L線)之間的電路聯(lián)系徹底斷開(kāi)。斷開(kāi)后，用電烙鐵將空置的繼電器引腳與空置端口連片③用長(zhǎng)度適中的導(dǎo)線釬焊鏈接(見(jiàn)圖2)。最后把微電腦時(shí)間控制器主電路板裝回原處，KG316T型微電腦時(shí)間控制器改造完成。

圖1 改造前KG316T微電腦時(shí)間控制器主電路

圖2 改造后的KG316T微電腦時(shí)間控制器主電路

3.2 浮球開(kāi)關(guān)、微電腦時(shí)間控制器安裝

在軟啟動(dòng)控制柜中找到便于安裝接線的空處，安裝固定軌道，裝上改造好的微電腦時(shí)間控制器，接通微電腦時(shí)間控制器電源。時(shí)間控制器①②端子分別軟啟動(dòng)控制柜中電源的火線、零線，③④端子用引線并接到軟啟動(dòng)器“啟動(dòng)”與“公用”端子上(見(jiàn)圖3)。

圖3 控制器安裝

在蓄水池(水塔)中按需要高度固定好浮球開(kāi)關(guān)，將連接浮球開(kāi)關(guān)常閉觸點(diǎn)的引線并接到軟啟動(dòng)器“停止”與“公用”端子上(見(jiàn)圖3)，至此電路安裝全部完成。

3.3 微電腦時(shí)間控制器調(diào)試

首先按說(shuō)明書(shū)調(diào)整、校準(zhǔn)微電腦時(shí)間控制器時(shí)鐘，然后根據(jù)需要設(shè)置啟動(dòng)關(guān)閉時(shí)間(關(guān)閉時(shí)間為開(kāi)機(jī)時(shí)間順延1min，為二次啟動(dòng)做準(zhǔn)備)。根據(jù)實(shí)際供水需要設(shè)置相應(yīng)啟停時(shí)間，最后選擇微電腦時(shí)間控制器為“自動(dòng)”運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置完畢。

3.4 開(kāi)機(jī)運(yùn)行觀測(cè)

根據(jù)抽水時(shí)間、蓄水池(水塔)放空時(shí)間，加上需要完成一整天供水所需時(shí)間段，調(diào)整設(shè)置第二、第三、第四等抽水啟動(dòng)時(shí)間(設(shè)置方法同上)。在滿足供水需求的同時(shí)，綜合分析優(yōu)化并設(shè)定供水間隔時(shí)間，以達(dá)到節(jié)能降耗目的。

通過(guò)對(duì)上述設(shè)備合理改進(jìn)后，電路簡(jiǎn)潔、維修簡(jiǎn)單、成本低廉，而且運(yùn)行穩(wěn)定性、工作可靠性大幅提高。經(jīng)運(yùn)行觀測(cè)，完全達(dá)到了無(wú)人值守、省時(shí)省力、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)便的目的，而且可以以較小的投入實(shí)現(xiàn)供水自動(dòng)化。據(jù)調(diào)查，液位儀控制箱材料及安裝人工費(fèi)用通常在3500元左右，而浮球開(kāi)關(guān)+微電腦時(shí)間控制器材料及器安裝費(fèi)用僅為400元左右。

4 結(jié) 語(yǔ)

軟啟動(dòng)控制柜+浮球開(kāi)關(guān)+微電腦時(shí)間控制器自動(dòng)化供水控制系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，控制電路簡(jiǎn)潔直觀，維護(hù)簡(jiǎn)單，維修成本低，安全可靠性高，完全能夠滿足對(duì)深井泵自動(dòng)化控制需求，可以在所有機(jī)井供水系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。同時(shí)在此自動(dòng)供水系統(tǒng)基礎(chǔ)上按實(shí)際控制需要，只需增加相應(yīng)控制模塊就能實(shí)現(xiàn)更多個(gè)性化控制功能，如在軟啟動(dòng)控制柜里增加手機(jī)遙控模塊就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離手機(jī)遙控深井泵啟停，滿足更為靈活、便捷、多樣化的供水需求。