陡坡隧道中多级水泵泵站自动排水系统设计

张园园

（山西省小浪底引黄工程建设管理局，山西 太原 030002）

0 引言

小浪底引黄工程VI标10号支洞属于大陡坡小断面长直隧道，坡度为48.4%，总长度927.7m，采用有轨出渣运输。支洞共设1—5号五个积水站，采用逐级接力方式将洞底的水排至洞外，每个积水站需要配置专门的工作人员进行设备操控，且相互之间缺乏连贯性，效率较低。为利用简单原件配置实现抽水自动化、减少值守人员配置、提高抽水一体化，经多次实践调试，最终确定了多级水泵自动化排水控制系统。

1 系统组成结构

1.1 水泵配置

根据实际测算，洞内最大出水量为304 m3/h，综合考虑扬程和抽水量，每个积水站配置抽水量为80 m3/h的45 kW潜水泵6台，其中4台投入使用，2台做备用。保证同时最大抽水量达到320 m3/h，满足抽水要求。

1.2 水泵启动柜配置

每台水泵配置1台自耦降压启动柜，即每个积水站共配置6台启动柜。启动柜内主要元件为空气开关、时间继电器、交流接触器、综合保护器和变压器等，通过启动柜，水泵在较低电压下启动，以保护水泵电机线圈安全，正常运行后恢复到正常电压，水泵的正常启闭均通过启动柜控制。

1.3 浮标开关配置

浮标开关是用于固定在某一设定的水位，通过高于或低于这一水位改变自身沉浮来控制电路的开关。在本系统中，浮标开关根据设定的水位控制启动柜来控制水泵的运行与关闭，从而实现控制水位、自动排水的目的。

1.4 水位报警器配置

每个积水站设置有警戒水位、浮标开关高水位和浮标开关低水位，警戒水位高于浮标开关高水位，只有在高水位浮标开关失效后才会触动报警器，当积水站水位到达警戒水位时就会触发报警器进行报警，以通知值班人员及时通知检修工人检查维修故障所在。

1.5 视频监控配置

每个积水站均配置一个监控摄像头，用于随时监控积水站中各设备的运行情况和水位变化情况，保证积水站内水位在安全水位以下，便于及时发现异常情况。水位报警器、视频监控器均汇集于洞外值班室内，配有专人进行值班。

2 系统工作原理

10号支洞共5个积水站，每个积水站最大抽水量能达到320 m3/h，正常工作时可同时运行1～4台水泵，水泵的启动和启动的数量受本积水站和上一级积水站水位共同控制。每台水泵的启动柜由本积水站和上一级积水站的浮标开关同时控制，本积水站的浮标开关接在启动柜中水位控制器上，根据是否高于浮标开关低水位控制水泵启闭，上一级积水站的浮标开关接在启动柜转换开关上，根据是否高于浮标开关高水位控制水泵启闭。只有在本积水站水位高于浮标开关低水位、上一级积水站水位低于浮标开关高水位时水泵才会启动，否则水泵处于关闭状态。

本积水站中有4台水泵可工作，可调整水泵放置高度来设置每台水泵的浮标开关低水位，避免所有水泵同时启动或关闭，避免启动瞬间电力过载。

本系统自动抽水示意图如图1所示。

图1 自动抽水系统示意图

3 技术问题的解决

3.1 解决轨道冲刷问题

因积水站容量有限，如果不进行控制，在向上一级积水站抽水过程中，容易导致积水站水量溢出，对轨道冲刷而影响施工进度，需要配置专人进行现场看守，耗费人力。但在本系统投入使用后，很好地解决了这一问题，实现了排水自动化和无人值守。

3.2 在洞口控制每级积水站水泵启闭

紧急情况需要停止水泵运行，人员又无法及时到达每级积水站时，系统可对所有水泵进行控制。操作方式为在洞外关闭1号积水站电源，其余泵站正常工作，2号积水站正常往1号积水站抽水，当达到1号积水站浮标开关高水位时，则自动关闭2号积水站水泵，依次类推直至所有水泵都停止工作。同样，只需将1号积水站电源打开，一定时间后水位下降，其余积水站水泵则可逐递开启，无需专人到达每个积水站。

4 系统特点

4.1 简单、便利

本系统结构简单，操作便利，仅采用常见的浮标开关和控制线即可实现对多级泵站水泵抽水的自动化控制。简单易学，可操作性强，普通电工即可完成对系统的组装和检修，且抗干扰性强，不受环境干扰。

4.2 性能可靠

经实践表明，本系统具有较高的稳定性，故障率较低，结合监控系统和报警系统能很好的实现对多级泵站抽水系统的自动化控制，在值班室内即可实现对每级泵站的监控和控制。且便于检修和维护，对故障元件可迅速更换，不影响正常抽水运行。

5 结语

本系统是在多次实践检验下总结而出的，充分利用现有条件和设备进行探索尝试，并最终取得较为理想的效果。系统可用于对数据精度要求不高的多级泵站自动化抽水控制，也可在此基础上增加相应检测感应元件进行数据采集，进一步完善自动控制系统。