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水泵故障报警电路设计研究

1工况分析

肇水发展的一级泵房共装设4台机组。每台机组由一台异步电动机通过联轴器带动一台离心式清水泵运转;在离心式清水泵出口装设一个YQ20006系列活塞式多功能水泵控制阀(以下简称水泵控制阀),此阀的开启与关闭由异步电动机联锁控制,以抽取西江河源水[1];河源水送到孔室反应池、斜管沉淀池、虹吸无阀滤池进行水质处理,汇流进清水贮水池;由二级泵房对清水加压,进入输水干管,向肇庆市城区供水。水泵控制阀结构图如图1所示,其具有离心泵起动轴功率小、安装简单等特点。水泵控制阀电气控制图如图2所示,其工作原理是:以水泵控制阀的进、出口介质(清水)的工作压力为驱动源,驱动敏感元件活塞作上下运动;活塞通过阀杆带动启闭件,实现水泵控制阀的开启或关闭;水泵控制阀的开启或关闭则是由电磁换向阀进行控制的。若压力清水经电磁换向阀流入缸体内活塞下侧,活塞上侧经电磁换向阀与大气相通,此时活塞受到压力清水的向上作用,水泵控制阀缓慢开启至全开;反之亦然。电磁换向阀的动作相反、失效、烧毁、漏水等都会引起运行中的水泵控制阀的关闭。如果机组处于运行状态时水泵控制阀突然关闭,则会引起离心式清水泵的轴输出功率增大、电动机的输出功率增大。电动机过载发热,将引起机组振动,使安装螺丝松动,严重时会损坏设备,增加维修的次数与难度。

2报警电路设计与选型

2.1电路设计。结合肇水发展一级泵房工况,设计了一个水泵控制阀故障报警电路(图3)。由于泵房机组远离值班室,故采用指示灯与电铃、蜂鸣器共同组成的声光报警器。指示灯与电铃、蜂鸣器安装在值班室,使值班人员能迅速、清楚地发现故障。共用报警电路(图3a)是4台机组共用的,采用独立的供电电源,防止单台机组报警控制电路失效时另外3台机组不会报警的尴尬。在报警控制部分(图3c),G1、G2点分别为相线和中性线,接水泵控制阀控制回路(图3b)的交流母线。KM为交流接触器,是原水泵控制阀控制回路的器件;QS为共用报警电路的电源开关;1SQ与2SQ为水泵控制阀的限位行程开关,前者为低位,后者为高位,起限位作用,分别对应于水泵控制阀的全闭与全开;1SB为复位按钮,用于报警后的人手复位解除;2SB为水泵控制阀开启按钮;3SB为水泵控制阀停止按钮;KT为时间继电器,设定的动作时间为8s;1KA、2KA、3KA、4KA、5KA均为中间继电器[2]。2.2元器件选型。作为报警电路,器件动作要求及时准确。本着经济实用的原则,采用如表1所示的型号[3]。

3报警电路工作原理

3.1机组启动前,水泵控制阀全闭时合上机组开关,来自交流母线的220V电源通过开关及熔断器由G1经KT线圈至G2形成闭合回路,即KT线圈得电;G1经KT延时断开的常闭触头与3KA线圈至G2构成另一闭合回路;3KA线圈得电,3KA的常开触头闭合,使共用报警电路发出声光报警;KT常闭触头延时8s断开,报警自动解除,表明报警电路已投入运行。由于水泵控制阀的连杆压碰低位限位行程开关1SQ并使之闭合,1KA线圈得电,1KA常闭触头断开,保证了2KA的线圈不会得电、2KA常开触头不会闭合、中间继电器3KA不会得电动作。由于水泵控制阀未开,中间继电器4KA不会得电动作。3.2机组启动后,水泵控制阀全开前机组启动后,KM线圈得电,KM常闭触头断开,保证了4KA线圈不会得电。在这一阶段,高位限位行程开关2SQ一直断开,2KA线圈不会得电,2KA常开触头保持断开。虽然KM常开触头闭合,但3KA常开触头分断,3KA线圈不会得电,共用报警电路的3KA常开触头保持断开,电路不报警。3.3水泵控制阀全开后,机组正常运行中在此阶段,KM线圈一直保持得电,4KA线圈不会得电。水泵控制阀全开后,其连杆顶碰高位限位行程开关2SQ并使之闭合,2KA线圈得电,2KA常开触头闭合和KM常开触头闭合。3KA线圈得电,3KA常开触头闭合自锁,共用报警电路的3KA常开触头闭合。此时,共用报警电路2KA常闭触头断开,电路不报警。3.4需要分断电机,关闭水泵控制阀至全闭过程分断电机,按3SB关闭水泵控制阀时,4KA线圈失电,且KM线圈失电,KM常开触头复位使3KA线圈失电,电路不报警。3.5机组运行中,水泵控制阀关闭下跌时机组运行时,若电磁换向阀漏水等原因使水泵控制阀关闭下跌,水泵控制阀连杆刚一下跌,2SQ复位(断开),2KA线圈失电,使串联在共用报警电路中的2KA常闭触头恢复闭合;3KA常开触头的自锁,使3KA线圈始终得电,串联在共用报警电路中的常开触头始终闭合,电路出现声光报警。报警出现后,须用1SB按钮人手复位解除。同时,KM线圈始终得电,使4KA线圈不会得电。3.6交流接触器KM故障时机组运行时,若交流接触器KM故障,如线圈烧毁等造成电磁换向阀失电复位而引起水泵控制阀关闭连杆下跌时,2SQ复位(断开),2KA线圈失电,使串联在共用报警电路中的2KA常闭触头恢复闭合;KM常开触头恢复断开,使3KA线圈失电;由于5KA线圈始终得电,使5KA常开触头闭合,而KM常闭触头恢复闭合,使4KA线圈得电,4KA常开触头闭合,出现蜂鸣器报警[4]。3.7机组运行中,电网瞬间失压时当电网瞬间失压时,KT线圈失电,KT常闭触头瞬时闭合,使3KA线圈得电;同时KM线圈失电,使4KA线圈失电,也使电磁换向阀失电复位,致使水泵控制阀关闭连杆下跌,2SQ断开,2KA线圈失电。2KA常闭触头恢复闭合和3KA常开触头闭合,使共用报警电路发出声光报警,8s后自动解除。

4报警后的应对措施

本电路具有多种报警信号,使值班人员能根据不同的信号作出相应的原因分析并进行处理。(1)对于工作需要而正常调度的机组开启或关闭,电路不会报警;(2)对于电机未起动、水泵控制阀未开启前出现短时(8s)的声光报警,只是表明报警电路已投入运行,值班员可不必理会;(3)对于运行中的机组,电路可能发出三种不同的报警信号——短时(8s)的声光报警、长时间的声光报警和蜂鸣器报警[5]:①短时(8s)的声光报警表明电网曾经瞬间失压,值班人员应加强对设备的巡检;②长时间的声光报警表明水泵控制阀已出现关闭连杆下跌现象,值班人员要用1SB按钮人手复位解除声光报警,并要注意电磁换向阀的检修;③蜂鸣器报警表明水泵控制阀电路出现故障,使电磁换向阀失电,引起了水泵控制阀关闭连杆下跌现象。此时,值班人员应迅速到达现场,采用手动装置使水泵控制阀重新开启至全开,或转换至另一机组进行取水,并注意水泵控制阀、电磁换向阀等的机械或电气检修。

5结束语

本文根据YQ20006系列活塞式多功能水泵控制阀的运行工况,设计了水泵控制阀故障报警电路,简单而实用,能针对不同的故障发出不同的信号,为操作和维修人员带来方便。改造后的水泵控制阀控制电路经过3年的试运行,取得了预期的效果,收到了肇庆市肇水水务发展有限公司值班人员的较高评价。

参考文献

[1]陈伟.工厂常用电气设备手册[M].北京:水利电力出版社,2011:32-33.

[2]李敬梅.电力拖动基本控制线路[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2006:252-256.

[3]西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京:中国电力出版社,2013:6-9.

[4]陆建国.通用桥门式双梁起重机常见故障及解决办法[J].设备管理与维修,2017(6):69-70.

[5]张晓波,朱军红,岳振亚,等.冗余技术引起变电站自动化系统误告警的分析和处理[J].电工技术,2013(6):60

作者:刘柏均 单位:肇庆市技师学院

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