安徽省电力有限公司阜阳供电公司安徽236000
摘要：目前，对于电缆井中积水的常规处理方法是人工运输能源和水泵到现场抽水，这种方式在具体操作中对人力资源的投入比较大，耗时耗力，且不能及时排水。为解决此难题，本文提出一种基于太阳能供电的电缆井智能排水系统，无需人工干预，自动检测水位，能及时排出电缆井中的积水，既保障了电缆线路的安全运行，又大大减轻了巡检、维护人员的工作量和劳动强度。
关键词：电缆井;太阳能;智能排水
1.引言
电缆井主要用来放置和保护电缆，是变电站、发电厂、大型厂矿和市政工程中不可或缺的基础设施。由于地势或设计原因，雨季中电缆沟内经常积水，产生很多危害。一方面电缆井积水，巡视人员无法下井，影响巡视质量，导致电缆故障无法被及时发现，不仅影响电缆的正常运行，而且使电缆故障有扩大的危险；另一方面电缆长期浸泡在水中，严重锈蚀电缆接头，不仅会破坏绝缘性，还会导致电缆进水而引起爆裂。
目前，对于电缆井中积水的常规处理方法是人工运输能源和水泵到现场抽水，这种方式在具体操作中对人力资源的投入比较大，耗时耗力，且不能及时排水。为解决以上难题，本文提出一种基于太阳能供电的电缆井智能排水系统，该系统包括液位检测传感器、控制柜、供电模块和水泵。无需人工干预，自动检测水位，能及时排出电缆井中的积水。
2.系统总体方案
本系统主要有太阳能供电系统、水位检测部分、蓄电池充放电电路、控制电路、驱动电路和水泵组成。本系统的工作原理是：当电缆井内水位超过上限水位探头时，控制电路输出相应控制信号，启动水泵，开始抽水；至到水位低于下限水位探头时，水泵停止抽水。本系统供电采用太阳能和蓄电池双电源供电，当太阳充足时，可使用太阳能极板直接供电，夜间或是阴雨天气，采用蓄电池供电。系统整体硬件结构如图1所示。
图1系统整体硬件结构图
3.智能排水系统硬件电路
本系统硬件电路主要由水位传感器、逻辑控制电路、驱动电路和水泵组成。硬件框图如图2所示。上、下限水位传感器和底部水位传感器垂直放入电缆井内，底部水位传感器放入电缆井底部，用来放电，下限水位传感器放在底部水位传感器的上方、上限水位传感器的下方，上限水位传感器放在最上方，各传感器具体放置位置根据实际情况而定。硬件电路的工作原理为：当上、下限水位传感器均浸入水中，控制电路才输出高电平，使驱动电路中的继电器吸合，启动水泵，开始抽水；只有当水位降低到下限水位传感器时，控制电路的输出才有高电平变为低电平，驱动电路中的继电器断开，水泵关闭，停止抽水。
图2系统硬件框图
3.1测控电路
测控电路包括传感器和控制电路，控制系统由控制芯片、水位传感器等组成。传感器采用三个不锈钢探头，其外部结构很简单，一根导线下面接着一个球状的探头。工作时，其中一个放入电缆井底部，另外两个分别为上、下限水位传感器，根据实际需要放置，但是上限水位传感器一定要放在下限水位传感器的上面。控制电路如图3所示，放电传感器（放在电缆井底部的传感器）接在控制电路的C点，5V电源为其供电，上限水位传感器接在A点，下限水位传感器接在B点。硬件电路的工作原理为：只有当电缆井中的水位达到上限水位传感器放置点时，上、下限水位传感器与放电传感器通过水介质导电，即上、下限水位传感器电位达到5V，控制电路的与门输出高电平，驱动电路中的继电器吸合，启动水泵开始抽水，这时即使水位下降到上、下限水位传感器放置点的中间位置，A点电位变为低电平，但与门输出仍然保持为高电平，至到水位下降到下限水位传感器下方，A、B点输出均为低电平时，与门输出才变为低电平，驱动电路中的继电器断开，水泵停止抽水。
图3测控电路图
3.2驱动电路
驱动电路如图4所示，控制电路输出端Pin4与驱动电路的三极管基极连接，当与门输出高电平时，三极管导通，继电器控制端有电流流过，继电器吸和，水泵开始抽水，至到Pin4端变为低电平，三极管截止，继电器输入端断开，继电器断开，水泵停止抽水。
3.3电源模块
本系统供电部分采用太阳能和蓄电池双电源供电，电源模块主要包括太阳能极板、蓄电池、蓄电池充放电控制及保护电路和电源稳压电路。太阳能极板通过电源控制器为蓄电池充电，当电池电量充满时，电源控制器切断充电电路，停止充电，防止对蓄电池过充；当蓄电池为负载提供电能时，电源控制器时刻监视电池电量状态，当蓄电池电量低于安全值时，电源控制器切断负载电路，防止蓄电池过放。太阳能极板输出电压12-18V，输出功率达到100w；蓄电池输出电压在12V左右。稳压电路负责将蓄电池或太阳能极板输出的电压变为5V电压，为控制电路供电。电路图如图5所示。
图4驱动电路
图5稳压电路
4计算模块
本系统选用的水泵规格是：P=50W,U=12V,流量4.5m3/h,扬程4米;蓄电池容量为1.4kwh,太阳能极板输出功率为100w。假设电缆井中积水体积是50m3。因此，可以算出：
抽水所用时间为：
使用电量为：
太阳能充电时间为：
即50m3的水需要11个小时抽完，所需电量为0.55kwh,太阳能需要为蓄电池充电时间为5.5个小时。
5结语
本文设计的基于太阳能的智能排水控制系统，无需人工干预，可自动检测电缆井的水位，当水位超过一定高度时，会自动启动水泵抽水，至到水位下降到安全值时，自动停止抽水，大大节能了人力物力，为电缆线路的正常运行提供了保障。且本系统的控制电路简单，抗干扰能力强，可长期稳定运行。
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