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

【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FR2#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 1.3-21#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

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FR11#水泵电动机；另一路接2#水泵交流接触器KM2热继电器FR22#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RT3-41#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。