机井自动化供水方案改进

邓乐善

(甘肃省民乐县水务局，甘肃 民乐 734500)

1 基本情况

民乐县地处河西走廊中部，祁连山北麓，全县辖10镇1个城市社区管理委员会，总人口23.6万。至2020年底，已建成各类农村供水工程60处，全县农村人口用上了自来水。在工程建设过程中，由于受水源等条件的限制，有40处工程通过深井泵提取地下水，经蓄水池(水塔)调蓄和二氧化氯发生器消毒后，通过各级输配水管网供水到户，共有11.6万农村居民受益，占全县农村总人口的49.2%。

2 机井水位自动供水系统现状

2.1 运行原理

采用机井水位自动供水系统控制深井泵运行，主要运行方式分为自耦降压启动柜+液位仪控制箱实现自动供水和软启动控制柜+液位仪控制箱实现自动供水两种方式。

自耦降压启动柜+液位仪控制箱自动供水系统，依靠液位仪控制中间继电器，再由中间继电器触头串联到启动柜的停止与启动按钮之间，靠蓄水池(水塔)中压力传感器探头探测水压变化，再由液位仪将压力变化转换为水位高低参数实现自动控制深井泵启停。

软启动控制柜+液位仪控制箱自动供水系统，依靠液位仪控制中间继电器，再由中间继电器触头并联到软启动器辅助控制扩展端口的启动、停止与公用端口上，靠蓄水池(水塔)中压力传感器探头探测水压变化，再由液位仪将水压变化转换为水位高低参数实现自动控制深井泵启停。当水位低于液位仪设定下限时，液位仪内部继电器接通开始工作，控制中间继电器吸合，中间继电器常开触头闭合，完成深井泵降压启动。当水位超过液位仪设定上限时，液位仪内部继电器断开，控制中间继电器断开，同时中间继电器常开触头打开，深井泵停机。

2.2 机井水位自动供水系统优缺点分析

以上2种自动供水系统，虽然达到了自动化控制的目的，但实际运用中却无法实现按实际用水时间需求自动启停深井泵工作，控制灵活性差，可靠性较低，一旦发生故障往往会造成较大的经济损失，同时，管理人员需每天关停控制设备，增加了劳动强度和工作途中安全隐患。

2.2.1 自耦降压启动柜的缺点

自耦降压启动柜为防止因缺相、过载、过电流造成深井泵烧毁，保护装置主要有热继电器过流保护和电动机综合保护器过流保护2类。但2类保护装置都存在保护参数单一、保护灵敏度较差、检测误差较大而不能可靠保护深井泵安全运行。再加之由于设备安装人员知识水平参差不齐，导致启动和运行过程中，液位仪内部继电器自始至终通电工作，对突发的短时断电、高压线路缺相、低压线路断相和自耦降压控制电路因接触不良造成的故障等，不能正确识别和作出相应的迅速反应，致使深井泵进入反复启动、停止的恶性循环，极大地损害了启动设备和深井泵，有时甚至导致相关设备完全烧毁，在造成较大经济损失的同时，也严重影响了群众生活、生产用水的正常供应。

2.2.2 液位仪控制箱的缺点

2种自动供水系统，都需要通过液位仪控制箱来完成自动供水任务。液位仪控制箱由液位仪探头、液位显示控制器、中间继电器等装置组成。由于设备安装人员水平参差不齐，加之缺乏统一的安装标准，导致控制线路布置杂乱，增加了维修难度的同时也造成了一定的安全隐患。同时，不锈钢压力探头属于精密易损件，遇到冻胀或异物堵塞很容易损坏，导致自动化设备控制失灵。加之液位仪压力探头的维修更换成本昂贵，一旦损坏只能更换，无形中增加了供水生产成本。

2.2.3 软启动控制柜的优点

与自耦降压启动相比，软启动器控制电路简洁、轻便、直观、可靠性高，而且整个启动运行过程都由内部电子电路控制。在水泵启动前、运行中，内部所设的过流、过压、缺相、三相电流平衡度等检测、保护电路，保障深井泵安全运行。当电路发生过流、过压、缺相、三相电流不平衡等故障时，即可停止工作直到故障排除才能继续启动运行。从根本上解决了自耦降压启动柜所用的机械式保护电路因保护参数单一、保护灵敏度差等容易造成深井泵烧毁的问题。同时软启动控制柜价格低廉，经济实用，一台75kW软启动器的价格仅相当于75kW自藕降压启动柜内部一台250A380V交流接触器的价格。

3 解决方案

实践中，综合分析对比，扬长避短，合理优化，组合改进，采用软启动控制柜+浮球开关+微电脑时间控制器，真正实现无人值守自动供水。

3.1 微电脑时间控制器的改造

根据实际需要，购买市场上销售的220V(或380V)微电脑时间控制器。因为软启动控制柜都配有零线，所以本文选用220V KG316T微电脑时间控制器，并在完全不影响原有设备安全性的前提下稍作改动。改动的目的是使微电脑时间控制器内部继电器常开触头成为一个独立的且与微电脑时间控制器220V电源没有电路联系的常开触头。

打开KG316T型微电脑时间控制器外壳(微电脑时间控制器主电路见图1，拔出主电路板，把零线②③端口连片从中间剪断，断口处各剪去一小段，使②③脚之间空出足够的电器安全间隔，以此切断③脚和微电脑时间控制器②脚电路联系。找到①脚与继电器引脚之间的连接铜线，拆除此铜线，输出继电器与电源①脚火线(L线)之间的电路联系彻底断开。断开后，用电烙铁将空置的继电器引脚与空置端口连片③用长度适中的导线钎焊链接(见图2)。最后把微电脑时间控制器主电路板装回原处，KG316T型微电脑时间控制器改造完成。

图1 改造前KG316T微电脑时间控制器主电路

图2 改造后的KG316T微电脑时间控制器主电路

3.2 浮球开关、微电脑时间控制器安装

在软启动控制柜中找到便于安装接线的空处，安装固定轨道，装上改造好的微电脑时间控制器，接通微电脑时间控制器电源。时间控制器①②端子分别软启动控制柜中电源的火线、零线，③④端子用引线并接到软启动器“启动”与“公用”端子上(见图3)。

图3 控制器安装

在蓄水池(水塔)中按需要高度固定好浮球开关，将连接浮球开关常闭触点的引线并接到软启动器“停止”与“公用”端子上(见图3)，至此电路安装全部完成。

3.3 微电脑时间控制器调试

首先按说明书调整、校准微电脑时间控制器时钟，然后根据需要设置启动关闭时间(关闭时间为开机时间顺延1min，为二次启动做准备)。根据实际供水需要设置相应启停时间，最后选择微电脑时间控制器为“自动”运行状态，设置完毕。

3.4 开机运行观测

根据抽水时间、蓄水池(水塔)放空时间，加上需要完成一整天供水所需时间段，调整设置第二、第三、第四等抽水启动时间(设置方法同上)。在满足供水需求的同时，综合分析优化并设定供水间隔时间，以达到节能降耗目的。

通过对上述设备合理改进后，电路简洁、维修简单、成本低廉，而且运行稳定性、工作可靠性大幅提高。经运行观测，完全达到了无人值守、省时省力、运行稳定、维护简便的目的，而且可以以较小的投入实现供水自动化。据调查，液位仪控制箱材料及安装人工费用通常在3500元左右，而浮球开关+微电脑时间控制器材料及器安装费用仅为400元左右。

4 结 语

软启动控制柜+浮球开关+微电脑时间控制器自动化供水控制系统，经济实用，控制电路简洁直观，维护简单，维修成本低，安全可靠性高，完全能够满足对深井泵自动化控制需求，可以在所有机井供水系统中推广应用。同时在此自动供水系统基础上按实际控制需要，只需增加相应控制模块就能实现更多个性化控制功能，如在软启动控制柜里增加手机遥控模块就能实现远距离手机遥控深井泵启停，满足更为灵活、便捷、多样化的供水需求。