北京鴻鷗成運儀器設備有限公司 全國咨詢熱線：15601379746
PRODUCT CLASSIFICATION
產品分類
更新時間：2026-08-21 
瀏覽次數：41針對中深層水熱型地熱井抽水試驗、地熱資源開發利用過程中，傳統人工管控高溫潛水泵啟停粗放、地熱流體溫度動態變化無法聯動調控泵體運行、高溫介質易造成潛水泵密封損壞、干轉燒毀等一系列工程難題。本文構建一套耐高溫水熱潛水泵+高溫水位?溫度一體化井下監測系統+PLC可編程控制器聯合自控解決方案。以地熱井實時水位埋深、出水溫度雙參數作為PLC啟停控制邏輯條件，系統分析90?125℃高溫水環境下，高溫監測探頭、水熱專用潛水泵設備選型要點；完成PLC硬件配置、Modbus?RTU通訊程序、水溫?水位雙閾值聯動控制邏輯編寫；實現水位過低自動停泵防干燒、出水超溫預警降載、溫度回落自動恢復抽水、遠程監控等全自動運行功能。經地熱井現場試驗驗證，該聯動控制系統運行穩定，大幅降低高溫潛水泵故障概率，減少人工值守成本，可為水熱型地熱資源開發自動化抽水運維提供成熟可靠的技術方案。
關鍵詞：水熱型地熱井；高溫潛水泵；水溫?水位一體化監測；PLC自動控制；泵閥聯動；地熱抽水試驗
隨著我國“雙碳"戰略推進，中深層水熱型地熱作為清潔低碳可再生能源，在地供暖、溫泉康養、地熱發電等領域開發規模逐年擴大。地熱井抽水作業是地熱資源勘查、開采的核心工序。傳統地熱井抽水模式多依靠現場人員定時值守，人工操控潛水泵啟停，僅依靠單一水位數據控制水泵運行，忽略地熱流體溫度動態變化對潛水泵運行工況的影響。水熱型地熱井產出流體溫度普遍可達70?125℃，屬于高溫高礦化度介質，潛水泵長期在高溫環境下運行，密封件、電機絕緣層極易出現老化失效。在抽水降深過程中，井內水位快速下降，一旦出現動水位低于潛水泵入水位置，水泵將會發生干轉，短時間內即可造成電機燒毀、泵體脫落至井底，井下設備打撈成本高昂，工期損失嚴重。與此同時，地熱儲層出水溫度異常波動往往預示含水層補給條件變化、井管滲漏、跨層串水等隱患，人工管控模式下無法實時捕捉溫度異常信號，難以及時做出調控響應。
近年來自動化監測與PLC控制技術廣泛應用于水務、地熱、地下水監測領域，將井下高溫水位溫度監測設備與潛水泵啟停控制進行聯動，成為地熱井無人值守抽水運維的重要發展方向。但目前多數自控系統僅采用單水位閾值控制水泵啟停，并未將地熱流體溫度納入聯動控制條件，高溫工況下系統誤啟停、設備受損的問題仍然頻發。基于此，本文設計一套以PLC為控制核心，融合高溫水位?溫度在線監測數據，實現高溫潛水泵雙參數聯動自控系統，開展硬件選型、控制邏輯設計與現場應用研究，為水熱型地熱井自動化安全抽水提供新的技術路徑。
整套聯動控制系統分為四層：井下感知層、信號傳輸層、本地PLC控制層、遠程監控管理層。井下感知層由高溫水位?溫度一體化監測探頭、水熱型耐高溫潛水泵構成；信號傳輸層采用耐高溫井下信號線，將水位、溫度監測數據通過RS485?Modbus總線傳輸至PLC控制柜；本地控制層以PLC為主控制器，配套開關電源、繼電器、變頻模塊、人機交互觸摸屏、故障聲光報警器；遠程管理層可將PLC運行數據上傳至智慧地熱監控平臺，實現遠程查看、遠程啟停水泵。
系統工作原理：高溫水位溫度探頭實時采集地熱井內動水位埋深、井下流體溫度數據，通過485通訊上傳至PLC，PLC內部程序實時對比實測數據與預先設定的水位、溫度安全閾值，自動輸出開關量信號，控制交流接觸器通斷，進而實現高溫潛水泵自動啟停、變頻調節。當水位下降至低保護水位時，PLC立即下達停泵指令，防止潛水泵脫水干轉；當出水溫度超過設定最高安全溫度，系統發出預警信號，延時后自動停機保護水泵；待水位回升、溫度回歸安全區間后，系統自動重啟潛水泵，實現全自動閉環運行。
本系統采用水位優先、溫度輔助聯鎖的雙因子控制策略。水位作為第一保護條件，具有最高優先級，無論溫度數值如何，一旦水位低于停機閾值，立刻停泵。溫度作為第二聯鎖保護條件，對水泵運行工況進行安全校驗，溫度異常升高時觸發預警?降功率?停機三級保護。
主要控制閾值參數可在地熱項目現場根據井況靈活設置：
（1）啟泵水位：動水位回升至安全水位以上，允許水泵啟動抽水；
（2）停泵保護水位：動水位下降至警戒埋深，立即停泵，防干燒；
（3）超溫預警值：地熱流體溫度達到預警溫度，系統聲光報警；
（4）超溫停機值：流體溫度超過設備耐受上限，自動停機，保護潛水泵電機。
水熱型地熱井潛水泵區別于普通常溫地下水潛水泵，必須適配70?125℃高溫地熱水、高礦化度腐蝕水環境。泵體電機、電纜、機械密封均選用耐高溫專用材質，電機絕緣等級不低于H級；泵殼、過流部件選用316L不銹鋼，抵御地熱流體中氯離子腐蝕；配套潛水泵專用耐高溫電纜，長期耐溫≥125℃。同時結合地熱井井徑、最大降深、設計抽水流量，確定水泵揚程與功率參數，避免水泵長期超負荷運行。
井下監測探頭選用耐高溫數字總線式傳感器，溫度測量量程?50~125℃，測溫精度±0.1℃；水位測量量程0?1000m，水位測量精度±1cm；探頭外殼采用17?4PH高強度耐壓不銹鋼，承壓能力匹配地熱井最大靜水壓力；井下信號線選用耐高溫加強型鎧裝線纜，線纜內置高碳鋼絲抗拉芯，防止線纜被水泵提拉斷裂；通訊協議為標準Modbus?RTU，可直接與PLC的RS485接口通訊，無需額外轉換模塊，降低信號故障概率。探頭下放位置布置于潛水泵進水口附近，實時監測水泵周邊水體溫度與水位變化，保證監測數據和水泵實際工況精準匹配。
PLC主控模塊選用工業級可編程控制器，自帶RS485通訊接口，支持Modbus協議；控制柜內配置24V直流開關電源、空氣開關、信號防雷模塊、水泵啟停繼電器、變頻調速器、聲光報警裝置；可選配本地觸控顯示屏，用于現場查看實時水位溫度、修改控制閾值；控制柜防護等級IP55，適應野外露天機房潮濕、多塵環境。整套自控系統預留數據上傳接口，可對接地熱智慧運維平臺、數字孿生系統，實現后期遠程升級拓展。
PLC通過RS485總線輪詢讀取井下高溫水位?溫度傳感器的實時測點數據，設置通訊超時保護程序。當井下信號斷線、傳感器故障，PLC接收不到數據達到設定延時，判定監測鏈路異常，立即停止潛水泵運行并觸發故障報警，規避失去水位溫度監測信號后水泵失控運行風險。同時對采集的水位、溫度原始數據增加數字濾波程序，消除地熱井抽水過程中水體擾動、信號干擾造成的數據跳變，防止瞬時數值波動引發水泵誤啟停。
PLC內部編寫判斷程序，實現多級聯鎖保護：
1）水位保護邏輯：實時監測動水位，水位＜停機埋深→輸出停泵信號，水泵斷電；水位回升＞啟泵埋深，延時3?5min穩定后，自動啟動水泵；
2）溫度聯鎖邏輯：實測溫度≥預警溫度→聲光報警，保持當前運行；實測溫度≥超溫停機閾值→延時停機；溫度回落至安全區間后自動復位；
3）故障聯鎖邏輯：水泵過載、漏電、通訊中斷，立即停機報警并記錄故障代碼。
所有啟停動作、報警事件、水位溫度歷史數據全部在PLC內進行事件記錄，便于后期追溯抽水運行全過程工況。
將本套PLC聯動自控系統應用于某中深層水熱地熱井抽水試驗項目，地熱井深度680m，設計出水溫度92?98℃，選用耐高溫潛水泵開展連續抽水作業。系統設定停泵保護水位埋深320m，啟泵水位埋深260m，超溫預警溫度115℃，超溫停機溫度120℃。經過連續21天無人值守抽水運行測試，系統根據井內水位自然升降，自動完成潛水泵啟停循環，未發生水泵干轉現象；期間出現一次短時出水溫度異常沖高至117℃，系統成功觸發聲光預警，溫度回落之后繼續正常抽水，未造成設備損傷。
對比傳統人工值守抽水模式，自動化聯動系統無需人員24小時駐井，人工運維成本下降70%以上；水泵啟停響應速度快，水位?溫度變化數據實時可查，抽水試驗連續穩定性顯著提升。同時也發現部分優化方向：在高礦化度地熱流體中長期運行，井下探頭結垢會緩慢影響測量精度，需要制定每3?6個月一次探頭清洗校準的定期運維計劃。
本文設計的基于PLC的水熱型地熱井高溫潛水泵?水溫水位聯動自動控制系統，以水位為第一保護條件、溫度作為聯鎖因子，實現了高溫地熱井抽水作業全自動無人值守運行。硬件設備選用耐高溫地熱專用監測傳感器與水熱潛水泵，PLC?Modbus通訊穩定可靠，多級聯鎖保護程序有效規避潛水泵干轉燒毀、高溫介質損傷設備的風險。該系統建設成本適中，擴展性強，后期可對接智慧地熱平臺與數字孿生系統，適合在水熱型地熱勘查抽水試驗、地熱供暖開采井中推廣應用，為地熱資源安全、自動化開發提供有力的技術支撐。
您的位置：
