城市污水处理厂电气系统设计与优化--中国期刊网

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城市污水处理厂电气系统设计与优化

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：徐洋于洪剑

[导读] 摘要：针对目前城市污水处理厂电气系统的实际情况，就其中设计中存在的问题进行分析，并提出了相关的优化意见，对我国污水处理厂的电气优化设计提供一些有益帮助。

        中国市政工程东北设计研总院有限公司吉林长春 130000
        摘要：针对目前城市污水处理厂电气系统的实际情况，就其中设计中存在的问题进行分析，并提出了相关的优化意见，对我国污水处理厂的电气优化设计提供一些有益帮助。
        关键词：城市；污水处理；电气系统；优化
        随着我国社会经济的快速发展，城市基础建设的步伐大幅度加快。为了保证城市生存环境，从水资源角度出发，加强对城市生活、生产污水的处理日益受到了相关部门的重视。在高速发展的社会经济带动我国城市快速进步的过程中，由于盲目地扩大城市规模和经济发展的迫切需求，不可避免地加大了对于人类生存最重要的资源----水的污染问题，由此也引起了相关部门对城市污水处理的重视。目前，我国的城市污水处理系统已得到了一定的提高，然而在污水处理厂的电气设计中还存在诸多问题，从城市长远发展的层面来看，还有很多有待改进和优化的地方。
        1 污水处理厂的处理工艺及电气设计
        1.1 污水处理的基本工艺
        目前，我国的污水处理厂采用的工艺与国际上通行的城市污水处理步骤基本相同，即通过地下管道对城市生活和工厂排放污水以及雨水等进行收集，进行了粗格栅拦截后，再在污水处理厂对收集到的污水进行细格栅拦截；通过旋流沉砂池对污水进行沉淀处理，再经过厌氧池、缺氧池、好氧池的微曝氧化后进行第二次沉淀；当污水变清时，导入消毒池进行最后的消毒程序，以上工序完成后利用排水管排出消毒后的污水。
        1.2 污水处理厂电气系统
        污水处理厂的电气系统主要由高电压与低电压的配电系统、电缆、电机和相关的照明系统共同构成。这些组成部分也是污水处理厂电气能源损耗的主要部件。
        一般情况下，针对污水处理厂的电气设计都满足污水处理要求，应对相关部件的电气损耗进行节能处理。常规的电气设计优化主要体现在变配电房的建造地址、变压器的配置、高低压配电系统的改进补偿方面。自动化系统的设计以安全、可靠、经济实用为原则，在进行充分的技术经济比较的基础上，选择具有行业内先进水平的软硬件产品。系统设计时考虑工程的分期实施情况，系统具有一定的开放性和可扩展性。
        2 污水处理厂电气设计优化分析
        2.1 变压器节能设计
        在污水处理厂的电气系统中，变压器的能源损耗占据了很大一部分比例。由于其整体结构是由铁质和铜质部件结成，其损耗也体现在2个方面。一是由铁质部件，比如铁芯等带来的铁损耗，这是与变压器的负荷无关的部分。二是变压器负荷电流影响下，铜部件造成的负荷电流损耗。一般情况下，变压器的铜损耗与负荷电流成正比。为了减少污水处理厂的能源损耗问题，针对其电气设计的优化，往往都会选择更换变压器节能产品。在污水处理厂的相关电气设计优化工作中，节能变压器的使用可以带来较好的系统优化效果。所谓“节能变压器”，是指在空载状态下，负载损耗比较低的变压器。目前，我国污水处理厂为了方便维护，大都选用干式变压器，但干式变压器相比油浸式变压器具有造价高、空载损耗、负载损耗大、承受过载能力差等缺点，所以，在优化设计时可以考虑选用油浸式变压器。
        近年来，油浸变压器已逐渐升级至S14、S13、S11等。

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国内某厂商生产的S14-M•RL立体卷铁心油浸式变压器与S9同容量变压器相比，空载损耗下降54%左右，负载损耗下降15%，空载电流下降89%；且采用的立体卷铁心工艺与叠片结构相比，节约了硅钢片及铜的用量，损耗值、成本降低，可以降低污水厂的投资成本，又可节约年运行成本。
        2.2 减少线路损耗
        在污水处理厂中，大量的电缆铺设对于保证工厂的正常运行起到了重要作用。然而，由于电阻的客观存在，电缆的长度越长，电阻越大、电压损失越大，致使电缆的使用占据了大量的能源消耗比例，因此，在污水处理厂的电气设计优化工作中，减少电缆带来的损耗也是重点工作之一。一般情况下，针对这一问题的优化方案主要是优化高低压配电房选址，使配电房尽量靠近负荷中心。而在污水处理厂中，常见的大功率设备主要有鼓风机、臭氧发生器，所以，在优化设计时，可以考虑将配电房设置在鼓风机房、臭氧发生车间附近或合建。此外，也可以通过选用电阻率更小的材质作为电缆导体的原料，从而控制能源损耗。由于污水处理厂本身的工作性质，其环境一直处于碱性的腐蚀状态中，因此，电缆也最好选择耐腐蚀的铜质材料，有助于延长电缆的使用寿命。由于电缆的能源损耗与其长度有密切的关系，因此，在设计时应对电缆沟、电缆桥架走向进行优化，尽量采取“直线铺设”的原则，通过减少电缆的额外长度控制能源损耗，还可通过合理选择截面积，适当减少电缆来减少额外的损耗。
        2.3 电气控制设备的设置
        在我国对污水处理厂进行电气系统的设置方面，常用的方法有两种。一是在污水处理现场对电气控制设备进行现场设置，这种方法比较灵活，可以随时调整，且可以对控制箱内的各种元件进行相应的布置，方便工作人员的检查和维修。但这个方法的缺点是会造成整个控制系统缺乏整体性，甚至会出现几个控制室之间没有完成关联。二是对所有的控制设备进行集中设置，这樣有利于自控系统的构建和运行，也有利于设备的相互联接和管理，检查和维修的难度也会大幅度降低，但这种方法会使设备过于集中，出现故障时，很有可能造成整个污水处理系统瘫痪。在进行相关的电气系统设计优化时，综合以上两种设置方法，较常规的选择是集中设置法。这种方法虽然也有一定的弊端，但是可以在很大程度上减少电缆的使用量，且方便集中管理，其优势更值得在污水处理厂的电气设计优化中加以利用。
        多数现场是按照无人值守的标准进行设计的，考虑到生产过程的重要性，也可适当安排人员进行值班和巡视。系统配置采用成熟技术，产品设计选型符合国际工业标准，可靠性高、适应能力强、扩展灵活、操作维护简便；系统平台软件选用稳定安全的主流操作系统，便于系统使用和维护；管理软件、监控软件、现场控制软件的编制均选择符合国际软件业标准的开发平台，同时考虑用户开发的方便性和易于扩展性。
        2.4 接地设备的设置问题
        由于污水处理厂本身处于污水环境中，为了保证相关电气设备的正常运转，一般都需对这些设备做一个电位连接，从优化设计的角度出发，应对电位连接采取明设的方法。原因是明设方式不仅能保证接地线路的安全性和可靠性，还可以有效降低维修的难度。全厂各建(构)筑物的接地装置与变配电站的接地装置借助于厂区电缆沟内的通长接地扁钢或电缆保护钢管焊接成一体，作等电位连接。
        此外，为了保证厂区的生产安全，防止非法入侵，系统采用红外对射报警系统。通过在围墙上或边界设置的多对红外报警探头全天候监视厂区四周围墙及大门的安全，一旦警情产生，报警触点信号上传控制中心和门卫报警处理中心；控制中心接收到报警信号后，联动预置的摄像机指定到报警场所，同时门卫报警中心通知安保和值班人员处理警情，杜绝事故发生。
        3 结束语
        污水处理厂的电气系统是维持工厂正常运转的基础，在城市建设快速发展的今天，改善污水处理厂的电气系统设计，强化其污水处理功能，对保障社会经济发展和生产水平有着重要的意义。因此，需要进一步优化电气系统性能，提高运行的稳定性。
        作者简介：
        徐洋，（1990- ），男，助理工程师，从事污水处理厂净水厂电气设计工作。