摘要：结合工程实例分析超高层建筑中给水传输泵的电气控制系统的优化，为今后超高层建筑水泵的电气控制系统稳定可靠运行提供一种方法。
关键词：超高层建筑：传输泵：电气控制：控制电缆校核
引言：
随着经济的发展，超高层建筑越来越多，市政给水部门无法满足高层建筑的给水要求，高层建筑必须由设置在底层的水泵将低位水箱提升至高位水箱，需要利用电气控制系统才能实现这一功能。且随着社会的进步，办公自动化程度的提高，控制系统性能需要更加完善。
我认为超高层建筑给水系统应该实现的功能为：本层水箱低水位和高水位报警且启停下一区的传输泵；本层溢流水位报警且停止下一区的传输泵。生活水泵的控制往往采用液位控制方式。整个控制系统由三部分组成，液位传感器、水泵控制箱以及控制电缆。为了实现以上功能，我们需要做以下工作：第一，选择合适的液位传感器；第二，选择合适的继电器，优化控制箱二次回路；第三，控制电缆的选择。由于超高层建筑液位计信号控制下一区的传输泵，控制线均为远距离传输，因此需要复核计算控制电缆的长度，保证系统可靠运行。
1.选择液位传感器
目前，液位传感器的种类主要有以下三种：
1）超声波式液位传感器
超声波液位传感器发出超声波脉冲，声波经表面反射后被超声波接收器转换为电信号，根据声波的发射和接收之间的时间计算液面的距离。
2）电容式式液位传感器
电容感应原理，被测介质浸汲测量电极的高度变化时，引起电容变化。将液体高度的变化转换成标准电流信号，发送出去后报警或自动控制。
3）浮球式液位传感器
浮球式液位传感器靠液体的浮力推动带磁铁的浮子上下运动，从而使内部的干簧管开或关发出信号，工作原理和采集方法比较落后。一般情况下给水泵控制系统不会采用浮球液位传感器。
2.优化二次回路
要实现前面所说的功能，需要优化水泵控制箱二次回路，增加继电器。选择继电器时，需要根据控制电缆的长度来决定是选择直流控制还是交流控制。
3.控制电缆的选择
超高层建筑控制线缆为远距离传输，还需要用以下方法复核长度是否合适。
⑴按线路电容校验控制线路的长度
1）电磁操作或者电控气动电器的释放电压应不高于控制电源额定电压的75%。对交流在额定频率下应不低于额定电压的20%。对直流应不低于额定电压的10%。
2）导致交流接触器或者继电器不能释放的控制线路的临界长度，可按下式估算：
Lcr=500Ph/CU²n
式中Lcr---控制线缆的临界长度，Km；
Ph----接触器或继电器的保持功率，VA；
C-----单位长度电容，μF/Km；
导线截面积为1.5~4mm²，两芯电缆线间电容为0.3μF/Km，三芯电缆中一芯对另外两芯的电容约为0.6μF/Km；
U----控制回路标称电压，V.
⑵按电压降校验控制线路的长度
1）接触器在周围空气温度为-5~40℃范围内，在交流或直流控制电源电压为额定值的85%~110%范围内均可靠吸合。
2）吸合的电压取额定值的85%，并计及电源负偏差5%，建议按电压降不超过10%校验控制线路长度。
3）根据电压降校验控制线路最大长度，可按下式估算：
Lmax=0.1Un²/∆μPn
式中Lmax----接触器与控制触点的最大距离，Km；
Un----控制线路的标称电压，V；
Pn----接触器的吸合功率，VA；
∆μ---控制线路单位长度电压降，V/（Akm）；
两芯电缆1.5mm²约为29V/（Akm），2.5mm²约为18V/（Akm），4mm²约为11V/（Akm）.
⑶线路的电容和电压降共同决定控制线路的允许长度
控制电路的电压越高，按电容决定的允许长度越短，按电压降决定的允许长度则越长。每一控制电压下的允许长度，应取二者中较小的值。当交流控制线路无法满足线路允许长度的要求时，可采用直流控制电路。
4.项目实际案例分析
某项目为一栋超高层建筑，主楼地上56层，建筑高度280米，主要功能为办公；裙房地上5层，主要功能为展览、办公、商业等。本建筑属于超高层建筑，根据给排水专业设计生活给水系统根据功能用途竖向分六区：
一区：地下室至一层，由市政管网直接供水；位于地下三层，机房内有一级转输泵组，负责向二区水箱供水；
二区：二层~十二层，由位于十五层避难层的生活水池供水；机房内有二级转输泵组负责向三区水箱供水；
三区：十三至二十二层，由位于二十五层避难层的生活水池供水；机房内有三级转输泵组负责向四区水箱供水；
四区：二十三~三十三层，由位于三十六层避难层的生活水池供水；机房内有四级转输泵负责五区的水箱供水；
五区：三十四层至四十四层，由位于四十七层避难层的生活水池供电；机房内有五级转输泵负责向六区供水；
六区：四十五层~五十五层，由位于屋顶层的生活水池供水变频泵吸水加压后供水。
原设计图纸给水系统控制说明如下：各区转输泵的启停均由上级转输水箱的液位信号控制，当转输水箱到达低液位时，其补水管上的电动阀门打开，下级转输泵启动；当转输水箱到达高液位时，下级转输泵停止，补水管的电动阀门关闭。
由于设计院只说明了低水位启泵高水位停泵，而本建筑为超高层办公楼，因此，对于系统的安全性和可靠性，我认为需要更高的要求。液位信号线不仅需要控制下一级转输泵的启停，还应当增加以下功能，从而保证设备能可靠运行。
1）本层低水位和高水位均需增加报警信号。如果有线路故障，低水位未能启泵或者高水位未能停泵，需要发出报警信号，让工作人员来核实，确保水泵正常工作。
2）需要增加溢流水位报警并停泵的信号。如果液位计故障未给出闭点信号，往往会导致液位虽达到正常水位但水泵仍补水，从而出现跑水的问题，甚至造成更加严重的后果。因此每个设备层需要增加溢流水位报警并停泵信号。
为满足以上要求，我做了以下工作
第一：选择液位计
前面介绍了目前主要用的三种液位计，我做了三种液位计的优缺点分析，如下表所示：
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由于本建筑为超高层建筑，对于系统的可靠性要求很高，我们向业主建议，采用超声波液位计。
第二：优化二次回路
根据设计要求，每个水泵控制箱均从高位水箱取低水位，高水位信号，设计师采用了WDZA-KYJY-3x1.5控制线，但是，由于增加溢流水位，高水位高水位不仅停泵，而且增加了本层报警，低水位时不仅启泵也增加了报警，溢流水位增加停泵和报警功能，导致控制线WDZA-KYJY-3x1.5不能满足需求。因此，与设计师协商改为WDZA-KYJY-7x1.5控制电缆。由于本项目采用的是超声波液位计，产品的接线方式只可以接4芯控制线，没有其他的接线点，不能完成将信号传至下一区控制水泵的同时传至本层报警的控制要求，因此需要调整配电箱内的二次回路。二次回路图如下图所示：
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第三：控制电缆长度的校核
由于本建筑为超高层建筑，控制电缆的长度比较长，因此需要复核计算控制电缆的长度是否符合要求，一区至二区是距离最远的，下面以二区控制电缆长度来复核。二区水箱在15层避难层，一区在地下三层，距离210米。
①按线路电容校验控制线路的长度
Lcr=500Ph/CU²n
公式中：
Ph（接触器或继电器的保持功率）=1.6VA；
C（单位长度电容）=0.6μF/Km；
Un（控制回路标称电压）=24V.
经计算 Lcr=500Ph/CU²n=500*1.6/0.6*24²=2.31K
②按电压降校验控制线路的长度
根据电压降校验控制线路最大长度可按下式估算
Lmax=0.1Un²/∆μPn
公式中：
Lmax----接触器与控制触点的最大距离，Km；
Un=24V；
Pn（接触器的吸合功率）=20VA；
∆μ（控制线路单位长度电压降）=29V/（Akm）；
两芯电缆1.5mm²约为29V/（Akm），2.5mm²约为18V/（Akm），4mm²约为11V/（Akm）.
Lmax=0.1Un²/∆μPn=0.1*24*24/29/20=0.1Km
线路的电容和电压降共同决定控制回路的允许长度，两者取较小的值，因此，控制电缆长度不可以超过0.1Km。但是，由于二区水箱在15层避难层，一区在地下三层，距离210米，超过了最大允许长度，因此交流24V继电器不符合要求。
下面采用直流24V继电器，按电压降校验控制线路的长度
根据电压降校验控制线路最大长度可按下式估算
Lmax=0.1Un²/∆μPn
公式中：
Lmax----接触器与控制触点的最大距离，Km；
Un=24V；
Pn（接触器的吸合功率）=0.576VA；
∆μ（控制线路单位长度电压降）=29V/（Akm）；
两芯电缆1.5mm²约为29V/（Akm），2.5mm²约为18V/（Akm），4mm²约为11V/（Akm）.
Lmax=0.1Un²/∆μPn=0.1*24*24/29/0.576=3.45Km
因此，采用直流24V继电器符合要求。
现场按以上方案修改完成后，使用效果良好，得到了甲方的认可。
5结语
在超高层建筑给水供电及电气控制中，传输泵的应用是非常普遍的。在电气控制系统设计中，应该根据项目的实际需求不断提高系统的安全性和可靠性，以保障系统运行和维护的经济性、便捷性。尽量减少日后系统运行的故障，使系统更加稳定、可靠。
参考文献：
[1]GB50054-2011《低压配电设计规范》；
[2]《工业与民用配电设计手册》第四版；
[3]图集01D303-3
论文作者:武秋红
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/14
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