浅谈既有生活小站改造中供水方式的选择及应用

刘永才

(北京铁路局唐山供电段，河北 唐山 064000)

浅谈既有生活小站改造中供水方式的选择及应用

刘永才

(北京铁路局唐山供电段，河北 唐山 064000)

铁路生活小站供水具备“点多、线长、规模小、面广、供水分散”的特点，我段管辖的生活小站均为无人值守，日常管理由车站牵头，水泵常常是“有人开、无人关”，水电资源严重浪费，设备故障率高，影响安全生产。经过现场实际的调查、研究、论证，本文作者在既有生活站的设备改造中对其供水方式做了多种探索和新的尝试，在此和大家共同探讨。

铁路；生活小站；供水方式

1 问题的提出

我单位管辖的37个生活小站，都是1眼管井1台水泵供水，其日常管理由车站牵头，水泵常常是“有人开，无人关”，每天基本在20～24小时运转，大大超过了水泵的安全运行时间。这种供水方式造成如下弊端：一是扬水机组长期超时无效

运转，导致机组损害、烧毁危险增大；二是水塔经常溢水，会造成水塔基础松动，冬季溢水还会使水塔水槽局部冻结和粉化；三是水塔经常溢水不但浪费水电资源，还加速水源能力的下降；四是设备故障率居高不下，设备常流水、常漏水、常断水的的现象时有发生，供水安全可靠性难于保证，致使维修费用持续增长。这些问题在迫使我们向科技和管理创新要安全、要效率、要效益。

2 既有生活小站供水情况调查分析

生活小站的供水系统流程见图1。扬水机组从管井中抽取地下水，通过扬水管道将水送入水塔、配水管网，直至用户。该工艺要求，当水塔水位升至饱和水位时停机，由水塔维持供水；当水塔水位下降至警戒低水位时开机扬水。

图1 供水系统流程图

管井扬水管路见图2。操作人员通过开关控制柜开停水泵完成扬水作业，并应监控系统的工作电压、电流、水压、流量，水塔和管井的工作水位等运行参数，并适时调控设备合理运行。

车站对扬水机组实行随机人员兼管，由于没有固定人员管理，不能落实岗位责任，致使设备故障不断，常流水、常漏水、常断水的情况经常发生。这种无专人管理的供水模式，效率低、浪费大、不可靠、故障多，影响运输生产。

图2 管井系统示意图

3 应对措施

3.1 研究解决方案

3.1.1 解决管网配置问题

见图1：既有生活小站水泵每天20～24小时扬水，除却管网的正常渗漏、用户的正常使用，绝大部分水都是通过水塔的溢水管偷偷地跑掉了，如果我们在图1上B点的位置将去往水塔的管路掐断，那基本上就没有跑水的地方了，避免水电资源的无端浪费。

3.1.2 解决控制自动化问题

见图2：开关控制柜是水泵扬水作业的控制关键，如果我们在图2开关控制柜的位置加装一套智能控制装置，用户使水时它就开泵扬水，用户不用水时它就停泵，这样做将避免设备“超劳”运转，并可减少设备故障，缓解供需双方的矛盾。

3.2 系统供水方案的选择

系统供水方案决定投资规模和设备选型配套，现在的铁路车站供水按其对水泵的控制方式主要分以下三种类型：

3.2.1 水塔水位控制供水

主要依靠水塔水位控制水泵启停，水塔水位下降至警戒水位时开泵供水，水塔水位升至饱和水位时停泵，此为绝大多数既有站采用类型。

3.2.2 变频气压罐供水

管网水压基本恒定，用水量多时由变频器驱动水泵供水；用水量极少时可停泵暂由气压罐供水。此系统能够实现自动化供水，是科技发展的产物。

3.2.3 给水集中监控供水

能够实时监控设备运行状态，有效地防止意外事故的发生，同时监控中心具有遥测遥信、故障自动报警、数据统计分析查询、图文报表等功能，能够集实时监控和无人值守于一身，新建站及既有站均可应用。

分析：我段管辖的生活小站管井、水塔及管路等给水设施俱全，本着“因地制宜”和“少花钱多办事”的原则，我们对上述供水方案进行了优选：

方案“3.2.1”：我段先期投资15.00万元在蓟县南、迁安站、燕郊站进行了试验，利用水位装置自动控制水泵运行，结果发现安装在水塔塔槽处的水位装置易遭雷击损坏，在供水安全上没有保障。另外如果水位信号传输线缆穿越铁路，还要引起其他施工方面的诸多不便，方案实施难点多，且与上“3.1.1”理念相悖，所以予以排除。

方案“3.2.3”： 具有实时监控、故障报警和实现无人值守等诸多优点，特别适合于各站及站间联控，是铁路供水改革的大方向，但投资规模巨大，每站估算投资12.00～15.00万元(环境复杂时投资会更高)，仅改造37个生活小站供水问题至少要花440.00万元，没有路局的持续投资，此方案很难实施。

方案“3.2.2”：此方案能够实现无人值守和节水节电，而且变频器还能对水泵电机实现全方位的保护，比较适合于个站改造，据测算改造一个生活小站(水泵电机为5.5kW、流量10m3/h)费用在6.00～8.00万元，将来还可纳入集中监控系统管理，改造完成后即可见效益。

结论：因为变频供水节能是毋庸置疑的，无非是怎样因地制宜进行改造的问题，从投资、技术和安全的角度，我们对方案“3.2.2”予以选择。

3.3 变频供水的细化及优选

在图1中B点的位置将去往水塔的管路掐断，在图2中短管的位置选其一加装远传压力表(或电接点压力表)，将开关控制柜改造为变频控制柜，把图2中另一短管换成三通，管道连接至气压罐，使用屏蔽线缆将压力表和变频控制柜连接。

现实中很多人认为只要泵房中接有气压罐、变频控制柜，并通过安装在气压罐上的压力表控制变频柜开停水泵向用户恒压供水，这就是变频气压罐供水系统了，这种认知是初步的、表面的。变频气压罐供水不仅仅在于恒压供水，其技术的关键点在于怎样在“恒压”状态下，解决让水泵暂停休息由气压罐向外补水的问题。因为管网中只要水压一降低，变频器马上就会驱动水泵供水以维持管网恒压，气压罐与管网之间的水压差形成时间短促，它里面的水很难流出来。所以说很多现场中变频气压罐貌似很全可执行的只是恒压供水功能，根本达不到理想的节能效果。识别的最佳方式就是选择恰当的时间段，在水泵停下来后到用户处查看，如果有用户使水而泵房处水泵没运行，那说明气压罐就起作用了。

3.3.1 电接点压力表制式

方案一：电接点压力表制式是开关量控制方式的一种，通过压力表表针触碰上下限触点发送开关量直接控制变频控制柜启停。当管网压力达到区间上限时停泵，由气压罐维持供水；当管网水压下降至区间下限时开泵，由变频器驱动水泵供水。此方案类似于“3.2.1”，就象是把水塔微型化(变成气压罐)移至泵房了。

3.3.2 远传压力表制式

方案二：远传压力表制式是模拟量控制方式的一种，本文作者经过实践探索，创新采用了变频器“PID+睡眠”供水方式(和互联网+的概念类似)。工作过程：将变频器的压力给定功能设定为一恒定数值，变频器驱动潜水泵将水送入管网，连接在管道上的远传压力表把模拟量信号(与水压变化同步)通过屏蔽线缆传送给变频器，变频器PID根据水压变化情况及时调整输出频率。如反馈压力信号小于设定压力，变频器会全速工作，水泵电机趋向恒速供水；当反馈压力信号接近设定压力时，变频器会缓慢加速运行；当反馈压力信号达到设定压力时，变频器会判断输出频率高低，如变频器低频持续运行一段时间后(系统可设定)其睡眠功能启动，此时水泵电机停止工作，由气压罐维持少量用水；当用户用水多时，管网水压持续下降，下降到一定数值(系统可设定)，系统睡眠自动唤醒，变频器又恢复常态供水。

综合分析：方案一在变频技术的早期阶段应用较多。简单地说就是“压力表”控制柜开停水泵供水，过程调控能力明显不足，管网压力波动过大或电接点压力表触点不良都会造成系统运行不稳，气压罐主要作用是定压调压，因而其容积不能太小。方案二就是变频器智能控制系统运行，本文中的“PID+睡眠”功能就是其中的一种创新尝试，更突出系统连续时时调控能力，系统运行更趋于稳定和节能，在安全供水上更有保障，气压罐主要作用是压力补偿，因此其容积大小可根据现场要求适度调整，在既有站改造中适应性、可操作性更强。所以本着因地制宜的改造原则，从技术、安全和节能的角度，我们对方案“3.3.2”予以优选。

3.4 改造实施及应用效果

我段早期对杨各庄、玉田站、遵化站进行过试点，实际安装费用每处平均在6.00万元左右。变频气压罐供水改造后设备运行稳定，杜绝了设备常流水、常漏水、常断水的问题，有力地确保了安全生产。同时延长了设备维修周期，每年花在维修费、水电费上的钱减少了近20余万元，此方案如果在其他的生活小站全部实施，那么其经济效益是非常可观的。

3.5 建议

3.5.1 变频调速的使用条件

变频调速的使用应确保电机频率不致过低，最好不低于30Hz。频率过低，水泵效率将大幅下降，此时采用变频可能不节能。

3.5.2 变频恒压值的选取必须合理

恒压参数值设定要慎重，过大会造成电能浪费、会使管路漏水；过小又不能满足所有用户的用水要求。所以必须根据最不利点水头计算确定。

3.5.3 消防问题

新建站中如果考虑消防任务，可建消防专用水池(附带消防管道及消防水栓)。既有生活小站一直以来没有消防水栓，各单位自配消防设施，亦可自行考虑建消防专用水池。

4 结束语

铁路生活小站供水方式改造要因地制宜，方案选择应达到节水节电和安全不间断供水的目标，同时系统本身要具有数据通信端口，具备与给水集中监控系统的对接能力，能够实现节约和可持续发展。

2016-01-19；

2016-03-31

刘永才(1970—)，男，河北宽城人，工程师，从事给水运行管理工作。

2095-1671(2016)02-0101-03

TU991.3

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