污水处理厂电气设计和节能措施分析

污水处理厂电气设计和节能措施分析

袁智彬

东莞市石鼓污水处理有限公司 广东东莞 523012

摘 要：随着我国城镇化建设的不断深入，城市基础设施不断完善，人口也在逐渐增加，用水量和污水排放量也与日俱增，这需要建设能够匹配城镇发展的污水处理厂，及时对排放的污水进行收集处理。合理设计污水厂的电气系统是支持污水厂正常运转的基础，并且有效地为污水厂节能，实现污水厂绿色环保的可持续发展。

关键词：污水处理厂；电气设计；节能措施

引 言

随着污水处理厂的大规模建设，工艺流程的不断更新，电气设计部分显得尤为重要，在遵守基本规范、保证设备运行安全的同时，也要特别重视节能环保的设计理念。各个企业以及单位在生产发展过程中，都应该将节能降耗理念充分融入在内。污水处理厂是一个能耗密集型的企业，因此，更应该重视节能降耗。从当前的实际发展情况来看，部分污水处理厂由于电气设计不合理，而且也没有开展节能措施，导致在对污水进行处理的过程中会消耗大量的资源和能源，严重影响了污水处理厂的处理质量。

1. 污水厂的污水厂的变配电系统设计

水资源紧缺已成为全球性问题，我们国家对于污水处理回收的要求也越来越高。对于污水厂的建设，如何在技术、设计上有效的完善污水处理厂的系统功能，最大力度节约能源，实现资源的有效利用，是污水厂电气设计要关注的重点，可以保证污水厂正常运行，实现经济效益和社会效益的双赢。本文以大岭山连马污水处理厂提标工程的电气系统设计为例进行简要阐述。

本工程污水处理厂是一座镇区污水处理厂，它的安全运行意义重大。运行连续性强，中断供电和生产将对政治经济和人民生活造成很大影响，并将导致对城市面貌的严重影响。因此，本工程的电力负荷定为二级负荷。由变电站提供二路10kV电源供电。污水处理厂电气设计范围与工艺专业相同，内容包括：变配电所设计、所有动力配电及设备控制设计、接地工程与防雷工程设计、电缆敷设设计、所有建构筑物室内照明及厂区室外照明设计等。不包括供电外线电源引入的设计。

1.1供配电系统

（1）供电电源

根据规范要求，用电负荷为二级负荷，拟向当地供电部门申请提供两路10kV电源作为供电电源。10kV系统采用单母线分段接线，设母联手动装置，两路电源一用一备，当一路10kV电源进线发生故障或停运时，由另一回路投入运行。

（2）用电负荷计算

本工程电机设备均为380V/220V及以下的低压设备。建构筑物用电负荷量统计见下表:

表1 主要建构筑物用电负荷统计表

注:其中计算功率中的需用系数应根据给排水手册或工程需要取值。

表2 本工程用电负荷表

（3）变压器容量确定

变配电间变压器容量选择见下表：

表3 本工程变压器表

（4）变配电间设置

本工程新建10kV变配电间一座，内设10kV高配间、0.4kV 低配间、变压器室等，作为尾水提标工程电源输配电中心。

1.2供配电设计

（1）变配电系统

10kV、0.4kV配电系统采用双电源供电、单母线分段的接线方式。无功补偿低压配电系统采用在低压配电柜上集中补偿，使补偿后低压母排上的功率因数达到0.93以上。

（2）设备选型

10kV高压开关柜采用金属铠装中置式开关柜。高压开关采用国际品牌的真空断路器。380/220V低压系统根据不同的需要采用抽屉式开关柜和固定分隔抽出式开关柜。低压开关采用国际品牌断路器。10/0.4kV变压器采用干式变压器，并带IP40的外壳不锈钢罩，单独设立变压器室。10kV电缆采用交联聚乙烯绝缘聚氯乙稀护套铜芯电缆。1kV电缆采用聚氯乙稀绝缘聚氯乙稀护套铜芯电缆或交联聚乙烯绝缘聚氯乙稀护套铜芯电缆。危险型车间所有用电设备均采用防爆型。

3. 继电保护

10kV进线断路器设带时限过电流保护；10kV 母线联络设电流速断保护:厂用变压器采用电流速断、过电流、过负荷、低压侧单相接地及温度保护；10kV及0.4kV的断路器、继电器均采用微机型综合继电保护装置；低压总进线开关设过载长延时、短路短延时保护；低压用电设备及馈线回路设短路及过载保护。低压电机采用微机型:低压综合继电保护装置；潜水电机设常规保护、泄漏保护。

（4）开关柜操作电源

高压开关柜采用真空断路器，操作机构采用110V直流操作机构。直流屏选择免维护电池--组，蓄电池容量为40AH,直流输出电压为110V。低压设备控制电源为交流220V。

（5）电动机起动、调速及控制方式

除工艺需求采用变频控制的电机以及需软启动的大功率电机外，其余均采用直接启动方式。厂区内用电设备均自带电控箱，操作方式可就地设机旁按钮箱操作，亦可通过预留的自动控制接口，由 PLC 进行自动化控制。所有常规电机设备均由厂家配套电控箱，设计方仅提供电源。

二、污水厂的照明系统设计

2.1建、构筑物室内照明

办公室、控制室、变配电室等均采用荧光灯照明灯具，其中变配电室另配应急照明灯具；生产性构筑物内，滤池配电间等采用LED型照明灯具；其余场所可根据实际情况，选用不同类别照明光源。所有构筑物内的室内照明电源均引自该构筑物的照明配电箱。

表4 照度及 LPD 标准值表

2.2厂区室外照明

厂区道路照明采用道路照明灯，选用光源为 LED 灯；道路照明电源由传达室内照明箱控制。路灯控制方式可分为手动控制，定时控制。

三、电缆敷设

线路敷设应当进行合理的设置，以减少配电线路长度，降低电能损耗为主要铺设原则，最大程度的节约能效，并且要考虑线缆的腐蚀问题，做好防护措施。

厂区内主要动力电缆采用电缆穿 PVC-C 管暗敷设，其余设备及控制电缆采用电缆沟敷设，局部采用电缆直埋暗敷设。直埋电缆采用交联聚乙烯绝缘、聚乙烯护套铜芯铠装电缆；建筑内照明电缆采用铜芯电缆穿金属保护管暗敷设，动力设备电缆及控制电缆采用铜芯电缆穿金属管暗敷设或电缆桥架敷设。

四、接地系统及防雷保护

本工程采用接地保护，380/220V 系统接地形式采用 TN-S 制，接地装置应充分利用建筑物基础。低配中心的变压器低压侧中性点直接接地，且接地电阻不大于 1 欧姆。污水厂内建构筑物为三类防雷建筑。建筑物的防雷装置，屋面接闪器以避雷带为主，引下线一般利用建筑物柱内主钢筋。建构筑物内金属构件（金属门窗、金属桥架、金属管道、用电设备金属外壳等）均应与接地系统作可靠连接。

5. 污水厂的电气节能措施

5.1合理选择变压器，采用低损耗节能型变压器

通过负荷计算，利用最佳负载系数确定变压器容量。变压器的额定容量应能满足全部用电负载的需要，但不应使变压器长期处于过负载状态下运行。变压器的经常性负载应以在变压器额定容量的65%~75%左右为宜。对于具有两台变压器的变电所，考虑其中一台变压器故障时，其余变压器的容量能满足重要负荷级以上的全部负荷的需要。单台变压器容量不宜过大，以免供电线路过长，增加线路损耗。力求使变压器的实际负荷接近设计的最佳负荷，提高变压器的技术经济效益，减少变压器能耗。

5.2提高功率因数

低压无功功率补偿采用低压集中补偿。补偿前功率因数约为0.8，补偿后达到0.93以上。

5.3采用高效节能的电气设备

选择自身功耗低的变配电设备，变配电设备应符合国家节能标准、并被国家认证机构确认的节能型产品。

5.4对于运行中功率变化较大的设备采用变频控制

根据水处理工艺过程确定其设备所带电机的调速型式和容量。采用变频调速装置及软启动装置，不但可节能降耗而还可以减小电机启动时对系统母线的冲击和改善启动性能。

5.5以经济电流密度来选择电缆，合理选择电缆路径以降低线路的损耗。

5.6电气照明节能

照明设计满足《建筑照明设计标准》所对应的照度标准、照明均匀度、照明功率密度值、能效指标等相关标准的综合要求。照明节能通过选择合理的照度标准，选用合适LED高效节能灯具，采用合理的灯具安装方式及照明配电系统，并根据建筑的使用条件等采用合理有效的照明控制装置来实施。照明配电系统设计应减少配电线路中的电能损耗。选用电阻率较小的线缆，减小线缆长度。并尽量使三相照明负荷平衡，减小干线和变压器的损耗。

5. 结束语

综上所述，不同规模的污水厂的电气设计有不同的方法和措施，本文简单介绍了大岭山连马污水处理厂提标工程的电气设计相关内容及采用的节能措施。希望通过对污水厂电气设置的优化与完善，帮助污水厂加强节能管控，为污水厂的运行提供可靠保障，为我国的环保工作作出贡献。

参考文献

1. 污水处理厂电气设计和节能措施分析[J]. 林先添.  企业技术开发. 2017(05)

2. 建筑电气设计中环保节能策略的应用研究[J]. 仇佩.  湖北农机化. 2018(09)

3. 探究机电设备状态监测技术在污水处理厂的应用[J]. 洪玉春.  居业. 2017(09)

4. 城市生活污水处理厂电气设计中的节能分析[J]. 邢卫东.  科技创新与应用. 2017(33)

5. 现代化污水处理厂设备运行管理与维护[J]. 王晓吟,朱荣华,庞一敏.  环境与生活. 2014(10)

6. 试论污水处理厂电气控制与变配电设备管理[J]. 张悦.  中小企业管理与科技(下旬刊). 2019(10)