胡克成

(中信建筑設(shè)計研究總院有限公司，武漢 430014)

0 引言

工程設(shè)計及實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常遇到給水泵、排水泵等“一用一備”的配電及控制電路設(shè)計，發(fā)現(xiàn)國標(biāo)圖集的有關(guān)類同控制電路有些欠妥和不當(dāng)之處。故本文以排水泵一用一備自動輪換全壓控制方案為例，分別對國標(biāo)方案和新方案說明如下，以為同類設(shè)計提供一種思路參考，提高同類水平的安全性和可靠性。

1 主要問題及具體分析

參見主回路圖(圖1)及國標(biāo)XKP-10-2方案中的信號電路圖和控制電路圖(圖2～3)。

1.1 國標(biāo)控制方案XKP-10-2存在的問題

(1)將圖3所示的電路中SCA置于自動檔，當(dāng)1#泵的電路發(fā)生故障時(如圖1中的QA1因短路跳閘或圖3中因1#泵控制電路的短路導(dǎo)致熔斷器FA1分?jǐn)鄷r),2#泵不能自動投入運(yùn)行，自動控制失效。此時只能將SCA置于手動檔，實(shí)施人工控制。

(2)在手動運(yùn)行模式下，XKP-10-2控制方案不能確保實(shí)現(xiàn)兩臺水泵一用一備。

圖1 主回路

1.2 對XKP-10-2控制方案存在問題的具體分析

圖2 國標(biāo)XKP-10-2方案的信號電路圖

圖3 國標(biāo)XKP-10-2方案的控制電路圖

(1)在自動運(yùn)行模式下，當(dāng)圖1中QA1事故分閘或圖3中FA1熔斷時,因1#泵的控制電路失去控制電源而失去控制功能,時間繼電器KF1的常開接點(diǎn)無法接通圖2中“輪換投入”繼電器KA5，導(dǎo)致2#泵控制電路中的 KA5常開接點(diǎn)無法閉合，2#泵的交流接觸器QAC2的線圈也無法接通，2#泵電機(jī)M2不能啟動。換言之，國標(biāo)圖集XKP-10-2方案在自動運(yùn)行模式下，由于1#泵電路故障將導(dǎo)致一用一備、自動輪換控制失效。

(2)在手動運(yùn)行模式下,若操作人員先后按下圖3中的啟動按鈕SF1和SF2,兩臺水泵的交流接觸器線圈先后接通,水泵電機(jī)M1和M2同時工作,會導(dǎo)致圖1中的總電源線路過載和開關(guān)QA的過載脫扣器跳閘。這是因?yàn)閷σ挥靡粋涞乃每刂葡到y(tǒng)而言,總電源線路和QA的過載脫扣器是按一臺泵工作選擇或整定的。

2 新控制方案的改進(jìn)思路

新方案的信號電路圖和電路圖參見圖4～5。

圖4 新方案的信號電路圖

圖5 新方案的控制電路圖

(1)圖5與圖3相比，控制電路不僅簡單，而且能安全可靠地實(shí)現(xiàn)以下兩種控制。

1)在自動運(yùn)行模式下，當(dāng)水泵電路無故障時,新方案控制電路能夠根據(jù)水位的變化，對水泵控制的每個循環(huán)進(jìn)行自動輪換控制。

2)在一臺水泵電路發(fā)生故障情況下,新方案的控制電路能夠根據(jù)水位的變化,對非故障泵進(jìn)行自動投/切控制。

(2)針對電氣聯(lián)鎖，無論在手動運(yùn)行模式下還是在自動運(yùn)行模式下,由于新方案的控制電路設(shè)置了電互鎖環(huán)節(jié),都不會出現(xiàn)兩臺水泵同時投入運(yùn)行的情況,從而避免了兩臺水泵同時運(yùn)行導(dǎo)致總電源開關(guān)QA的過載保護(hù)動作于跳閘, 保證了電源線路的安全,實(shí)現(xiàn)真正意義上的一用一備控制。

(3)針對水泵電路故障信號的完整性問題，圖4中的1#水泵電路故障信號KA1分別由斷路器QA1的故障報警接點(diǎn)+熱繼電器BB1的信號接點(diǎn)+熔斷器FA1的熔斷報警接點(diǎn)組成，2#水泵的電路故障信號KA2分別由斷路器QA2的故障報警接點(diǎn)+熱繼電器BB2的信號接點(diǎn)+熔斷器FA2的熔斷報警接點(diǎn)組成。這兩組水泵電路故障信號能夠全面正確地反映水泵電路的故障,對提高水泵控制電路的可靠性起到至關(guān)重要的作用。

(4)元件選擇時，新方案圖5中的QCA1和QCA2選用帶延時附件的交流接觸器,不僅省去了若干中間控制環(huán)節(jié)簡化了控制電路、降低造價，也提高了控制電路的可靠性。水泵控制電路的FA1和FA2選用帶報警接點(diǎn)的熔斷器(例如撞擊式熔斷器)，以便將水泵控制電路的短路故障納入水泵電路故障信號中來。

3 新方案自動控制過程

3.1 水泵電機(jī)的自動啟動條件

圖5所示的控制電路中, 在兩臺水泵的控制電路均無故障的條件下,水泵的自動啟動應(yīng)同時具備以下四個條件：1)SAC置于自動檔位；2)啟泵水位信號；3)兩臺泵的電路互鎖；4)自動輪換信號。

兩種控制電路性能比較 表1

3.2 水泵電路無故障時的自動輪換控制過程

將圖5中指令開關(guān)SAC置于自動檔位,當(dāng)水池水位達(dá)到啟泵水位BL2時, KA5線圈接通, KA5的常開接點(diǎn)閉合，接通QAC1線圈，1#泵啟動；隨后QAC1通電延時的常開接點(diǎn)，經(jīng)設(shè)定的暫短延時(例如2s)閉合后，接通圖4中輪換繼電器KA3線圈并自保持，使2#泵的控制電路的KA3的常開接點(diǎn)閉合，為2#泵啟動準(zhǔn)備了輪換條件；當(dāng)水池水位降低到停泵水位BL1時，浮球開關(guān)常閉接點(diǎn)分?jǐn)?，使KA5線圈失電，導(dǎo)致QAC1的線圈斷電，1#泵停泵，此時與QAC2線圈串聯(lián)的QAC1的常閉接點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，為2#泵的啟動準(zhǔn)備了互鎖條件；當(dāng)水池水位再次上升到啟泵水位BL2時,即KA5線圈再次接通，KA5的常開接點(diǎn)閉合， 2#泵啟泵的四個條件全部具備，2#泵啟動，QAC2的延時動斷常閉接點(diǎn)，經(jīng)暫短延時斷開輪換繼電器KA3的線圈回路，使輪換繼電器KA3的輸出接點(diǎn)恢復(fù)到初始狀態(tài)；當(dāng)水位再次降低到停泵水位時，KA5線圈失電，其常開接點(diǎn)斷開，QAC2線圈失電，2#泵停泵，完成一個自動輪換過程。

3.3 在自動運(yùn)行模式下1臺水泵電路故障時非故障泵自動投入控制過程

當(dāng)1#泵電路發(fā)生故障時，圖4中KA1線圈接通，圖5中2#泵控制電路中的KA1的常開接點(diǎn)閉合，如果此時水池水位已也達(dá)到啟泵水位，則2#泵自動啟動。如果水池水位尚未達(dá)到啟泵水位，等到水池水位升到啟泵水位時，2#泵自動啟動。

同理，當(dāng)2#泵的電路發(fā)生故障時，圖4中KA2線圈接通，圖5中1#泵控制電路中的KA2的常開接點(diǎn)閉合，如果此時水池水位已也達(dá)到啟泵水位(即KA5接通)，則1#泵自動啟動。如果水池水位尚達(dá)到啟泵水位時，等到水池水位升到啟泵水位時，1#泵自動啟動。

4 兩種控制電路性能比較

兩種控制電路性能比較見表1。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過新方案與國標(biāo)圖集16D303-3中的XKP-10-2等9個類同的水泵一用一備自動輪換控制電路和信號電路的比較，新方案有以下三個創(chuàng)新點(diǎn)。

(1)提出了完善水泵電路故障信號的理念，引入水泵電路故障綜合信號從功能上提高了水泵控制可靠性。

(2)選用帶有延時附件的交流接觸器代替單一功能的“交流接觸器+時間繼電器”，省去了若干中間環(huán)節(jié)，不僅簡化了控制電路，也提高了控制電路的可靠性。