張園園

（山西省小浪底引黃工程建設(shè)管理局，山西 太原 030002）

0 引言

小浪底引黃工程VI標(biāo)10號支洞屬于大陡坡小斷面長直隧道，坡度為48.4%，總長度927.7m，采用有軌出渣運輸。支洞共設(shè)1—5號五個積水站，采用逐級接力方式將洞底的水排至洞外，每個積水站需要配置專門的工作人員進行設(shè)備操控，且相互之間缺乏連貫性，效率較低。為利用簡單原件配置實現(xiàn)抽水自動化、減少值守人員配置、提高抽水一體化，經(jīng)多次實踐調(diào)試，最終確定了多級水泵自動化排水控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

1.1 水泵配置

根據(jù)實際測算，洞內(nèi)最大出水量為304 m3/h，綜合考慮揚程和抽水量，每個積水站配置抽水量為80 m3/h的45 kW潛水泵6臺，其中4臺投入使用，2臺做備用。保證同時最大抽水量達到320 m3/h，滿足抽水要求。

1.2 水泵啟動柜配置

每臺水泵配置1臺自耦降壓啟動柜，即每個積水站共配置6臺啟動柜。啟動柜內(nèi)主要元件為空氣開關(guān)、時間繼電器、交流接觸器、綜合保護器和變壓器等，通過啟動柜，水泵在較低電壓下啟動，以保護水泵電機線圈安全，正常運行后恢復(fù)到正常電壓，水泵的正常啟閉均通過啟動柜控制。

1.3 浮標(biāo)開關(guān)配置

浮標(biāo)開關(guān)是用于固定在某一設(shè)定的水位，通過高于或低于這一水位改變自身沉浮來控制電路的開關(guān)。在本系統(tǒng)中，浮標(biāo)開關(guān)根據(jù)設(shè)定的水位控制啟動柜來控制水泵的運行與關(guān)閉，從而實現(xiàn)控制水位、自動排水的目的。

1.4 水位報警器配置

每個積水站設(shè)置有警戒水位、浮標(biāo)開關(guān)高水位和浮標(biāo)開關(guān)低水位，警戒水位高于浮標(biāo)開關(guān)高水位，只有在高水位浮標(biāo)開關(guān)失效后才會觸動報警器，當(dāng)積水站水位到達警戒水位時就會觸發(fā)報警器進行報警，以通知值班人員及時通知檢修工人檢查維修故障所在。

1.5 視頻監(jiān)控配置

每個積水站均配置一個監(jiān)控攝像頭，用于隨時監(jiān)控積水站中各設(shè)備的運行情況和水位變化情況，保證積水站內(nèi)水位在安全水位以下，便于及時發(fā)現(xiàn)異常情況。水位報警器、視頻監(jiān)控器均匯集于洞外值班室內(nèi)，配有專人進行值班。

2 系統(tǒng)工作原理

10號支洞共5個積水站，每個積水站最大抽水量能達到320 m3/h，正常工作時可同時運行1～4臺水泵，水泵的啟動和啟動的數(shù)量受本積水站和上一級積水站水位共同控制。每臺水泵的啟動柜由本積水站和上一級積水站的浮標(biāo)開關(guān)同時控制，本積水站的浮標(biāo)開關(guān)接在啟動柜中水位控制器上，根據(jù)是否高于浮標(biāo)開關(guān)低水位控制水泵啟閉，上一級積水站的浮標(biāo)開關(guān)接在啟動柜轉(zhuǎn)換開關(guān)上，根據(jù)是否高于浮標(biāo)開關(guān)高水位控制水泵啟閉。只有在本積水站水位高于浮標(biāo)開關(guān)低水位、上一級積水站水位低于浮標(biāo)開關(guān)高水位時水泵才會啟動，否則水泵處于關(guān)閉狀態(tài)。

本積水站中有4臺水泵可工作，可調(diào)整水泵放置高度來設(shè)置每臺水泵的浮標(biāo)開關(guān)低水位，避免所有水泵同時啟動或關(guān)閉，避免啟動瞬間電力過載。

本系統(tǒng)自動抽水示意圖如圖1所示。

圖1 自動抽水系統(tǒng)示意圖

3 技術(shù)問題的解決

3.1 解決軌道沖刷問題

因積水站容量有限，如果不進行控制，在向上一級積水站抽水過程中，容易導(dǎo)致積水站水量溢出，對軌道沖刷而影響施工進度，需要配置專人進行現(xiàn)場看守，耗費人力。但在本系統(tǒng)投入使用后，很好地解決了這一問題，實現(xiàn)了排水自動化和無人值守。

3.2 在洞口控制每級積水站水泵啟閉

緊急情況需要停止水泵運行，人員又無法及時到達每級積水站時，系統(tǒng)可對所有水泵進行控制。操作方式為在洞外關(guān)閉1號積水站電源，其余泵站正常工作，2號積水站正常往1號積水站抽水，當(dāng)達到1號積水站浮標(biāo)開關(guān)高水位時，則自動關(guān)閉2號積水站水泵，依次類推直至所有水泵都停止工作。同樣，只需將1號積水站電源打開，一定時間后水位下降，其余積水站水泵則可逐遞開啟，無需專人到達每個積水站。

4 系統(tǒng)特點

4.1 簡單、便利

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作便利，僅采用常見的浮標(biāo)開關(guān)和控制線即可實現(xiàn)對多級泵站水泵抽水的自動化控制。簡單易學(xué)，可操作性強，普通電工即可完成對系統(tǒng)的組裝和檢修，且抗干擾性強，不受環(huán)境干擾。

4.2 性能可靠

經(jīng)實踐表明，本系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，故障率較低，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)和報警系統(tǒng)能很好的實現(xiàn)對多級泵站抽水系統(tǒng)的自動化控制，在值班室內(nèi)即可實現(xiàn)對每級泵站的監(jiān)控和控制。且便于檢修和維護，對故障元件可迅速更換，不影響正常抽水運行。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)是在多次實踐檢驗下總結(jié)而出的，充分利用現(xiàn)有條件和設(shè)備進行探索嘗試，并最終取得較為理想的效果。系統(tǒng)可用于對數(shù)據(jù)精度要求不高的多級泵站自動化抽水控制，也可在此基礎(chǔ)上增加相應(yīng)檢測感應(yīng)元件進行數(shù)據(jù)采集，進一步完善自動控制系統(tǒng)。