两路水源共用一套除铁锰过滤设备自动控制电路设计与实施

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  【摘要】本文针对953台区饮用水质铁锰超标,根据台区供水实际情况,自主设计安装调试供水处理系统,实现两路水源共用一套铁锰过滤设备的定时自动切换控制,确保台区职工饮水安全。
  【关键词】断相与相序保护;水泵保护器;延时继电器;曝气;除铁锰
  1.前言
  大功率广播电台大都远离繁华的城区,台区生活用水都靠自台解决,即从深井内抽水供台区使用。953台区仅有一路水源,多次出现潜水泵和供水系统故障导致全台停水,曾经冬季潜水泵故障造成长时间停水,导致供暖、供水管道冻坏,经济损失严重。为保障台区供水连续性,确保台区干部职工生活及安全播出工作不受影响,在水泵房附近又新建一个水泵房,为台区提供备份水源。两路水源经水质化验,铁锰均超标,长时间饮用会严重影响身体健康。为保障台区干部职工身体健康,必须增加除铁锰设备,如果两个水泵房都安装除铁锰设备,必然增加投入及维护成本。为此,在原水泵房内安装除铁锰设备,采取多种保护措施,自主设计组装供水系统,两个水泵房定时切换将井水送到原水泵房内进行除铁锰过滤,过滤水送到存水箱中,通过恒压变频供水系统将净水送到台区。
  2.两路水源共用一套除铁锰过滤系统控制电路
  2.1 两台潜水泵自动/手动启停控制
  1#水泵房为原有水泵房,2#水泵房为新建的,它们各有一口80米深井,各用一台潜水泵(三相电动机功率5.5kW、扬程100米、流量10T/H)从井内向上抽水。为保障台区不间断供水,两台潜水泵互为主备,为防止主用泵长期运行磨损严重,备用泵长期不用,造成锈蚀等损失,1#、2#潜水泵实行定时交替切换,确保两台潜水泵运行时间均等,延长电动机和水泵使用寿命,潜水泵电机功率5.5kW,功率不大,采取直接工频启动方式。图1所示两台潜水泵供水控制原理图。
  图1中1#水泵房、2#水泵房中潜水泵将井水通过管道送入1#水泵房曝气水箱中,两泵房间敷设6芯控制电缆。下面通过主电路和控制电路结构来介绍两台潜水泵自动/手动控制原理:
  2.1.1 主电路结构
  (1)1#水泵房潜水泵控制柜:三相交流电源经过QF1空开分为两路:一路接QF3空开→1#潜水泵交流接触器KM1→热继电器FR1(主要用于三相交流电动机的过载与断相保护)→1#潜水泵电动机;另一路为A相电源和零线接QF2空开→气泵交流接触器KM2→气泵(空气压缩机)。
  (2)2#水泵房潜水泵控制柜:三相交流电源经过QF空开→2#潜水泵交流接触器KM→热继电器FR→2#潜水泵电动机。
  2.1.2 控制电路结构
  (1)1#水泵房潜水泵控制柜:QF3空开后端接XJ1(型号XJ3-G断相与相序保护继电器,三相电路中任一相开路或反相时,XJ1立即动作,断开控制回路,达到保护电动机的目的),A相电源经F1保险接自动/手动开关SA1 1.3,处于自动位置时,SA1 1.3-2接到RT延时继电器(型号JS14S,按预定时间接通或分断电路,本系统采用1~999分钟,设置720分钟)RT-1,电源零线接RT-2;RT带电计时工作,A相电源经RT8-6常闭接点→1#潜水泵KM1线圈→曝气水箱浮球开关(高停低启)→热继电器FR1常闭接点→XJ15-6常开接点→中间继电器KA1常开接点(DF-96B水泵保护器通过放置在深井中的三条水位检测探头,检测井内是否水,通过对中间继电器KA1线圈加电和失电,防止井水被抽干,造成潜水泵空转损坏)→电源零线;若上述保护正常及曝气水箱缺水时,KM1线圈带电吸合,1#潜水泵运转,向曝气水箱内注水。SA1处于手动位置时,A相电源接1#潜水泵手动开关SA2-3,因2#潜水泵启停控制采用2#水泵房水泵控制电源,两泵房潜水泵电源不能合用一个电源,所以增加联动开关SA1和SA2进行有效隔离。
  在QF2空开后端,A相电源接气泵交流接触器KM2线圈→气泵控制开关SA0 1.3-4(手动位置)→电源零线;气泵工作,将产生的气体通过管道送入曝气水箱中,曝气水箱具有贮存井水,对后续用水量起到缓解的作用,曝气是对井水进行前期处理,改善供水水质,使之达到要求。除铁锰过滤器是利用滤料表面活性滤膜的催化作用,当曝气含氧水流经过砂滤层时,由于滤料的接触催化作用,水中的铁、锰离子开始氧化,使水中的铁锰离子在滤料表面形成含有结晶水的活性氧化膜,依靠物理截留吸附作用去除。曝气除铁是向水中充氧使二价的重碳酸亚铁氧化成三价的氢氧化铁,其反应式为:。
  SA0处于自动位置时,A相电源→KM2线圈→SA0 1.3-2→1#潜水泵KM1常开接点一端→控制线→2#潜水泵KM常开接点一端;2#潜水泵KM常开接点另一端→控制线→1#潜水泵KM1常开接点另一端→电源零线;实现1#潜水泵和2#潜水泵工作时,气泵就立即启动,对曝气水箱进行曝气。
  运行状态及故障指示电路:
  KM1辅助常开接点闭合,HL1指示灯亮,指示1#潜水泵工作;KM1辅助常闭接点闭合,KM2辅助常开接点闭合,相当于KM辅助常开接点闭合,HL2指示灯亮,指示2#潜水泵工作;KA1常闭接点闭合,HL3指示灯亮,指示1#井内缺水;FR1常开接点闭合,HL4指示灯亮,指示1#潜水泵电动机过载;KM2辅助常开接点闭合,HL5指示灯亮,指示气泵工作。
  (2)2#水泵房潜水泵控制柜:QF空开后端接XJ断相与相序保护继电器,C相电源→F保险→SA本地启停开关→KM交流接触器线圈→控制线→1#水泵房潜水泵控制柜RT 3-4常开触点→控制线→2#水泵房潜水泵控制柜→控制线→1#水泵房曝气水箱浮球开关(高停低启)→控制线→FR常闭接点→控制线→XJ 5-6常开接点→中间继电器KA常开接点→电源零线。
  运行状态及故障指示电路:
  KM辅助常开接点闭合,HL1指示灯亮,指示2#潜水泵工作;XJ7-8常闭接点闭合,HL2指示灯亮,指示三相电源缺相或反相;KA常闭接点闭合,HL3指示灯亮,指示2#井内缺水;FR常开接点闭合,HL4指示灯亮,指示2#潜水泵电动机过载。   (3)自动/手动启动2#潜水泵:
  ①自动启动:RT预设时间到,RT8-6常闭接点断开,KM1线圈失电释放,1#潜水泵停转,停止向曝气水箱注水;RT 3-4常开接点吸合,经两条控制线接入2#水泵房潜水泵控制电路中,使C相电源→F保险→SA启停开关→KM交流接触器线圈→控制线→1#水泵房潜水泵控制柜RT3-4常开接点→控制线→2#水泵房潜水泵控制柜→控制线→1#水泵房曝气水箱浮球开关(高停低启)→控制线→FR常闭接点→控制线→XJ 5-6常开接点→中间继电器KA常开接点→电源零线,若上述保护正常及曝气水箱缺水时,KM2得电吸合,2#潜水泵运转。
  ②手动启动:SA1开关置于手动位置,1#潜水泵控制A相电源经SA1 1.3-4接到SA2 3上,2#潜水泵控制C相电源经SA1 7-8接到SA2 1上。如果选择1#潜水泵,SA2置于1#潜水泵位置,SA2 3-4接通,KM1线圈得电,1#潜水泵工作;选择2#潜水泵,SA2置于2#潜水泵位置,SA2 1-2接通,KM线圈得电,2#潜水泵工作。
  2.2 除铁锰过滤设备工作原理
  通过市场考察除铁锰设备,根据台区实际用水量最大5m3/H,决定采用5m3/H除铁锰过滤系统,系统出水水质可达到我国生活饮用水卫生标准铁含量<0.3mg/L,锰含量<0.1mg/L。图2所示除铁锰过滤设备工作流程图。
  除铁锰过滤设备工作流程:1#、2#井水定时交替送到曝气水箱中,增压水泵控制箱控制1#、2#增压水泵(型号SGL40-160三相电动机功率2.2kW、扬程32米、流量6.3m3/H)定时交替运行,为除铁锰过滤系统提供流量及压力;增压水泵启动需满足两个条件:一是存水箱中的水低于最低水位时,即浮球开关接点导通;二是曝气水箱中的水在最高水位时,浮球开关接点导通。除铁锰滤罐内装有质量优良、晶粒致密、机械强度大、化学活性强、不易破碎、不溶于水的天然锰矿砂,具有最强的截污能力、最大的氧化催化作用和最小的反冲洗流失率,用于降低含氧井水的铁、锰离子。多路阀头采用微电脑控制,人为设置定时,进行正冲和反冲,使除铁锰滤罐保持最佳状况;除铁、锰过滤后的水再经过精密过滤器进一步过滤,滤除处理后流失的滤料或未过滤除掉的大于5μm的污染物颗粒,再经紫外线杀菌器进行杀菌后,变成净水后送入存水箱,再通过恒压变频供水系统将水供给台区。
  2.3 原水增压水泵启动控制电路
  为保障除铁锰系统可靠运行,两台增压水泵采用多种保护措施,可进行手动/自动切换控制。图3所示增压水泵控制原理图。
  增压水泵控制柜原理:
  (1)主电路:三相交流电源经过QF1空开分为两路供电,一路接1#水泵交流接触器KM1→热继电器FR1→1#水泵电动机;另一路接2#水泵交流接触器KM2→热继电器FR2→2#水泵电动机。
  (2)控制电路:QF1空开后端接XJ断相与相序保护继电器,C相电源→F保险→(自动/手动)开关SA1 1.3,SA1开关处于自动位置时,SA1 1.3-2接通,HL1(自动)指示灯与零线构成回路发光,C相电源接延时继电器RT-1,RT-2接零线,RT带电计时工作(预设720分钟),同时SA1 5-6接通,使C相电源→RT3-5常闭接点→2#泵KM2常闭接点→1#泵KM1线圈→FR1常闭接点→曝气水箱浮球开关(高启低停)→存水箱浮球开关(高停低启)→缺相保护器XJ常闭接点→电源零线;若FR1热继电器保护正常、曝气水箱不缺水、存水箱缺水时,KM1得电吸合,1#泵运转。当RT预设时间到时,RT3-5常闭接点断开,KM1线圈失电释放,1#泵停转;RT3-4常开接点吸合,C相电源→RT3-4→1#泵KM1常闭接点→2#泵KM2线圈→FR2常闭接点→曝气水箱浮球开关(高启低停)→存水箱浮球开关(高停低启)→缺相保护器XJ 5-6常开接点→电源零线;若FR2热继电器保护正常、曝气水箱不缺水、存水箱缺水时,KM2得电吸合,2#泵运转。
  SA1开关处于手动位置时,HL2(手动)指示灯与零线构成回路发光,C相电源接到SA2(1#/2#)开关公共端,SA2开关置于1#泵位置,KM1得电吸合,1#泵运转;置于2#泵位置,KM2得电吸合,2#泵运转。不论在自动还是手动方式下,KM1带电吸合,1#水泵指示灯HL3发光;KM2带电吸合,2#水泵指示灯HL4发光。
  2.4 恒压供水系统控制
  根据台区用户实际需求和维护便利设计恒压变频供水控制系统,采用微机供水控制器作主控单元,与远传压力表、交流接触器、转换开关、热继电器、中间继电器、变频器等部件组成恒压变频供水控制系统。远传压力表安装在水泵出水管上,实时显示当前水压,反馈输出相应电信号送至微机供水控制器,控制变频器的输出。
  恒压变频控制供水系统具有自动化程度高,停电或停水自动停机,来电来水自动开机。根据用水量,自动调整水泵转速,无需人工操作。定时换泵,当1#泵工作时间达到设定值后,控制器自动停止1#泵,启动2#泵,保证两台水泵运行时间均等,延长电动机和水泵使用寿命。具有手动/自动两种工作方式,操作简单,实用性强,确保台区供水连续性。
  3.结束语
  实现两水泵房潜水泵定时交替对曝气水箱供水,共用一套除铁锰过滤系统,实现设备24小时无人值守供水,确保台区用水的连续性及保障职工身体健康。该系统采用缺相、反相保护、缺水保护、过载保护等功能,设备运行稳定可靠,使用和维护方便。
  参考文献
  [1]中华人民共和国国家标准.生活饮用水卫生标准. GB 5749-2006.
  [2]刘博,崔丽艳.恒压变频供水系统的改造方案与实施[J].广播电视信息,2011,9.
  作者简介:刘博(1971—),男,吉林桦甸人,高级工程师,现供职于国家新闻出版广电总局953台,研究方向:DX型中波广播发射机维护管理。
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