陡坡隧道中多級(jí)水泵泵站自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(hào)支洞屬于大陡坡小斷面長(zhǎng)直隧道，坡度為48.4%，總長(zhǎng)度927.7m，采用有軌出渣運(yùn)輸。支洞共設(shè)1—5號(hào)五個(gè)積水站，采用逐級(jí)接力方式將洞底的水排至洞外，每個(gè)積水站需要配置專門的工作人員進(jìn)行設(shè)備操控，且相互之間缺乏連貫性，效率較低。為利用簡(jiǎn)單原件配置實(shí)現(xiàn)抽水自動(dòng)化、減少值守人員配置、提高抽水一體化，經(jīng)多次實(shí)踐調(diào)試，最終確定了多級(jí)水泵自動(dòng)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(shí)際測(cè)算，洞內(nèi)最大出水量為304 m3/h，綜合考慮揚(yáng)程和抽水量，每個(gè)積水站配置抽水量為80 m3/h的45 kW潛水泵6臺(tái)，其中4臺(tái)投入使用，2臺(tái)做備用。保證同時(shí)最大抽水量達(dá)到320 m3/h，滿足抽水要求。

1.2 水泵啟動(dòng)柜配置

每臺(tái)水泵配置1臺(tái)自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜，即每個(gè)積水站共配置6臺(tái)啟動(dòng)柜。啟動(dòng)柜內(nèi)主要元件為空氣開(kāi)關(guān)、時(shí)間繼電器、交流接觸器、綜合保護(hù)器和變壓器等，通過(guò)啟動(dòng)柜，水泵在較低電壓下啟動(dòng)，以保護(hù)水泵電機(jī)線圈安全，正常運(yùn)行后恢復(fù)到正常電壓，水泵的正常啟閉均通過(guò)啟動(dòng)柜控制。

1.3 浮標(biāo)開(kāi)關(guān)配置

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

1.4 水位報(bào)警器配置

每個(gè)積水站設(shè)置有警戒水位、浮標(biāo)開(kāi)關(guān)高水位和浮標(biāo)開(kāi)關(guān)低水位，警戒水位高于浮標(biāo)開(kāi)關(guān)高水位，只有在高水位浮標(biāo)開(kāi)關(guān)失效后才會(huì)觸動(dòng)報(bào)警器，當(dāng)積水站水位到達(dá)警戒水位時(shí)就會(huì)觸發(fā)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，以通知值班人員及時(shí)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(gè)積水站均配置一個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，用于隨時(shí)監(jiān)控積水站中各設(shè)備的運(yùn)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(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。水位報(bào)警器、視頻監(jiān)控器均匯集于洞外值班室內(nèi)，配有專人進(jìn)行值班。

2 系統(tǒng)工作原理

10號(hào)支洞共5個(gè)積水站，每個(gè)積水站最大抽水量能達(dá)到320 m3/h，正常工作時(shí)可同時(shí)運(yùn)行1～4臺(tái)水泵，水泵的啟動(dòng)和啟動(dòng)的數(shù)量受本積水站和上一級(jí)積水站水位共同控制。每臺(tái)水泵的啟動(dòng)柜由本積水站和上一級(jí)積水站的浮標(biāo)開(kāi)關(guān)同時(shí)控制，本積水站的浮標(biāo)開(kāi)關(guān)接在啟動(dòng)柜中水位控制器上，根據(jù)是否高于浮標(biāo)開(kāi)關(guān)低水位控制水泵啟閉，上一級(jí)積水站的浮標(biāo)開(kāi)關(guān)接在啟動(dòng)柜轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上，根據(jù)是否高于浮標(biāo)開(kāi)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(kāi)關(guān)低水位、上一級(jí)積水站水位低于浮標(biāo)開(kāi)關(guān)高水位時(shí)水泵才會(huì)啟動(dòng)，否則水泵處于關(guān)閉狀態(tài)。

本積水站中有4臺(tái)水泵可工作，可調(diào)整水泵放置高度來(lái)設(shè)置每臺(tái)水泵的浮標(biāo)開(kāi)關(guān)低水位，避免所有水泵同時(shí)啟動(dòng)或關(guān)閉，避免啟動(dòng)瞬間電力過(guò)載。

本系統(tǒng)自動(dòng)抽水示意圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)抽水系統(tǒng)示意圖

3 技術(shù)問(wèn)題的解決

3.1 解決軌道沖刷問(wèn)題

因積水站容量有限，如果不進(jìn)行控制，在向上一級(jí)積水站抽水過(guò)程中，容易導(dǎo)致積水站水量溢出，對(duì)軌道沖刷而影響施工進(jìn)度，需要配置專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)看守，耗費(fèi)人力。但在本系統(tǒng)投入使用后，很好地解決了這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了排水自動(dòng)化和無(wú)人值守。

3.2 在洞口控制每級(jí)積水站水泵啟閉

緊急情況需要停止水泵運(yùn)行，人員又無(wú)法及時(shí)到達(dá)每級(jí)積水站時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)所有水泵進(jìn)行控制。操作方式為在洞外關(guān)閉1號(hào)積水站電源，其余泵站正常工作，2號(hào)積水站正常往1號(hào)積水站抽水，當(dāng)達(dá)到1號(hào)積水站浮標(biāo)開(kāi)關(guān)高水位時(shí)，則自動(dòng)關(guān)閉2號(hào)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(hào)積水站電源打開(kāi)，一定時(shí)間后水位下降，其余積水站水泵則可逐遞開(kāi)啟，無(wú)需專人到達(dá)每個(gè)積水站。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

4.1 簡(jiǎn)單、便利

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作便利，僅采用常見(jiàn)的浮標(biāo)開(kāi)關(guān)和控制線即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)泵站水泵抽水的自動(dòng)化控制。簡(jiǎn)單易學(xué)，可操作性強(qiáng)，普通電工即可完成對(duì)系統(tǒng)的組裝和檢修，且抗干擾性強(qiáng)，不受環(huán)境干擾。

4.2 性能可靠

經(jīng)實(shí)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(bào)警系統(tǒng)能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)泵站抽水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，在值班室內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)每級(jí)泵站的監(jiān)控和控制。且便于檢修和維護(hù)，對(duì)故障元件可迅速更換，不影響正常抽水運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

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