曹海鹏
四川蓉信开设计工程有限公司 四川成都 610100
摘要：近年来，出于对用地规划、土地节约、环境影响等多方面因素的考虑，地下污水处理厂已成为各地区进行城市规划的一个优先选择。地下污水处理厂项目各专业的设计难点，体现为要在有限的空间中实现复杂的逻辑流程，让内部紧凑的空间布置有序，众多系统管线走向合理，各系统能够独立运行且联动正常。所以地下厂内电气设计中一些关键的要点，相比传统的地面式污水厂要有更优化的解决方案。本文通过多个地下污水厂案例建设过程中出现的一些实际问题，以及后续对这些问题的解决办法进行分析总结，阐述这些问题对应回馈到设计环节时，应做出的调整建议，这些建议可以在后续项目实施中参考运用，使设计成果更为合理实用。
关键词：地下污水；电气；设计；特殊
1 引言
地下污水处理厂，是指对污水处理工艺流程的空间占地进行优化组合，通过土建箱体的封闭保护，配以通风、除臭、照明等辅助措施，下沉或覆盖于日常生活的地表层之下，实现对生活污水、工业废水等污染水体的整治处理，最终进行达标排放的一种市政公用设施。这种型式的主要优点为节约土地资源，可进行地面二次开发，同时降低周边环境影响。地下污水处理厂箱体内部，通常由操作层、管廊层两层组成；操作层是水工艺处理的主要场所，所有仪器、仪表、风机、水泵等污水处理设施及工作人员巡视检修都在该层；管廊层则是污水管道层、池体层。工程设计实施阶段，电气设计的主要工作内容，是围绕操作层、管廊层这两个空间区域，并考虑潮湿腐蚀性的环境因素，设计出合理的如普通、应急照明系统，动力配电系统，防雷接地等专业系统，以及上述系统所需的专用房间，土建预留预埋等。本文针对已实施的几个地下污水厂案例，总结上述内容要点设计时的一些优化经验，并提出个人认为的合理建议，为后续项目中的同类问题解决操作提供理论参考。
2 要点问题分析探讨
2.1图面表达方式
以动力配电平面图为例，常规地面厂进行布置时，给排水专业的资料图基本是以单体图形式提供。由于地面厂各单体之间相互独立性较强，且单体上再没有其他专业用电设备，所以地面污水项目的电气动力配电平面，可以直接以给排水专业单体提资图为基础进行布置，按单体形式出图，能够较好的完成设计意图表达。
当开展地下厂电气动力配电平面设计时，给排水专业仍然以单体形式划分箱体进行提资；这样就会存在一个问题，完整箱体内相邻的工艺单体间进行范围划分时，可能会将与给排水专业无关的设备用房删除，或只保留局部区域，造成区域缺失情况。由于单体区域内除给排水专业用电设备外，还会附带有通风除臭用电设备、消防用电设备、电动门窗等其他专业内容，如果电气专业仍然沿用地面厂的单体形式出图，会存在部分用电设备平面定位困难，其动力配电表达困难。如将设备以多张图幅分系统表示时，各个设备之间的位置关联性又不能直观体现，有可能造成位置重叠。到施工阶段时，也不便于施工人员进行整体排布规划。所以综合以上原因，建议地下厂电气动力配电平面设计时，采用总图形式表达，尽量利用细化的工艺总图，将所有用电设备都整合在同一总图中，如有特别需要强调的部位时，补充局部放大图。
2.2 变配电室主要电缆通道形式
电缆敷设通道常见形式主要有电缆桥架、电缆沟、排管三种，设计时根据不同的场景与造价情况进行选择。地面污水处理厂的配电室通常采用电缆沟形式；由于配电室内地面下部为地表土，可直接进行开挖修建；但地下污水处理厂时，由于箱体负二层基本多为各种水池，无法像地面厂一样直接开挖修建；如采用桥架时，桥架布置于配电柜上方，上进线方式不但会增加配电柜深度，整体高度太高还会使操作人员感觉压抑，且上部空间叠放大尺寸桥架时，照明光线也会受到影响。由于设于地下的配电室有特殊要求：“为防止地面水流入变配电室内，设在地下的变配电室，地面需抬高100~300mm”，结合这一点，我们在设计地下污水处理厂配电室时，将室内地面标高人为抬高800~1000mm制造室内电缆沟，这样既满足了配电室内外设置高度差的规范要求，又为电缆沟敷设创造了条件。除电缆沟内空间外，其余部分与土建专业协商，采用轻质材料填充，填充物上部抹平做配电室完成地面。如有条件时，配电室下部也可采用局部结构降板，以增加室内空间净高。抬高地面的配电室与外部连接时，采用建筑台阶或坡道形式，根据外部空间条件，选择其设于室内还是室外。室内电缆沟与厂房内主桥架通过竖向桥架连接贯通。此种做法的地下厂配电室内部观感效果整洁美观，对后期电缆调整工作十分便利；通过几个项目案例的验证，均得到了很好的效果。
2.3 10kV系统配置及厂用电容量计算
依照国家现行执行规范对城镇污水厂供电负荷等级的要求，城镇污水处理厂的电源应由市政电网引两路电源供电，一般电压等级为10kV，两路电源一用一备，保证重要用电设备不停电运行。按照此要求，厂内10kV主接线形式，根据项目经济情况可采单母线不分段或单母线分段两种方式，当经济情况宽松采用后者方式时，单排布置的10kV配电柜中，两台电源进线柜应设于中部，馈线柜设于两端并预留备用柜位；后续如有远期或扩建工程时，可灵活进行扩展。10kV电源切换带备自投功能，实现断电自动切换。同时在地下污水厂在箱体设计时，应对接土建专业，预留好市政电源的进入通道，并对电源进入箱体至配电室的路径通道进行规划。
在厂内用电负荷计算统计，确定变压器容量时，应关注工艺专业提出的冷备、热备数量情况；对消防时工作的设备、季节性设备、不可能同时运行的设备以及检修用设备应按相关电气负荷计算规则进行处理，保证变压器容量选型不过于偏大。另外，对工艺远期规划应予以关注，变压器容量选型应根据工程的5年～10年发展规划进行，做到远、近期结合，应以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，并应根据需要及时与工艺专业配合，预留扩建变配电室的可能。
2.4 区域配电划分
污水处理厂用电设备的特点，可以总结为：小功率设备数量多，且通常按工艺单体构成设备群，分布于厂区各工段；地下厂的用电设备主要集中在操作层，少量布置在管廊层中。针对这个特点，在进行动力配电设计时，可以在小功率用电设备集中的区域设置二级电源箱，箱内总进线采用ATS双电源切换型式，由两段低压母线分别为其供电；二级电源箱至下级用电设备时，采用单回路电源放射式供电。例如预处理区：粗格栅、细格栅的电动闸门，格栅机，螺旋输送机，砂水分离器，桥式吸砂机等；深度处理区：加药泵，搅拌装置，刮泥机，空压机，冷干机等；上述内容整合为“预处理区域二级电源柜”和“深度处理区域二级电源柜”，每个电源柜仅从主配电室引来两条大截面供电电缆。这种做法的好处：可以减少总配电室馈线回路，减少低压柜数量，压缩配电室占地面积，并且避免了大量小截面电缆直接由主配电室引出，解决了低压热稳定性校验通过的问题。另外，在处理地下厂潮湿、腐蚀等环境因素配电设计时，可以将配电室的功能考虑为“PC-MCC”即“动力中心-电动机控制中心”；当有上述环境的设备电控设计，如地下厂管廊层时，主要控制元件设置在配电柜内，现场只设启、停按钮，避免主要控制元件受环境因素影响而损坏。
2.5 电缆管线敷设
地下污水厂箱体电气管线内容是施工环节反馈问题比较多的部分，常见问题有：未预埋线管或预埋管径偏小，穿墙或穿楼板洞口未预留，与其他专业管线发生碰撞布线困难等。上述问题大多数可以在设计阶段通过细化设计内容得到解决，这也就提高了设计环节细致性的要求。
由于地下污水厂电气布线基本以桥架形式为主，至用电设备的电缆均由桥架引出。在设计工作中如只关注平面内容而忽略竖向部分的考虑，再加上施工时遗漏预埋线管，工程成品时就会出现大量线管成排贴在墙面或柱面上明敷的情况（见附图），影响观感。这种情况在设计时可以考虑设置竖向桥架集中引下，引至地面后通过地面的预埋线管分散至各设备，可以减少竖向空间的预埋工作，既能提高施工方效率也可以保证后期美观。同时预埋管径规格选择时，应考虑路径弯头数量，按常用数据手册适合选型，避免因线管拐弯数量多，电缆敷设时抽不动的情况。桥架有穿越楼层和墙体（尤其是结构剪力墙）时，应将预留洞口尺寸及位置准确反馈给土建专业，协助土建设计人员将预留情况反映在他们图纸中，施工时一次成型，以节省后期人工开凿的工作量。箱体空间布线内容涉及电气、自控、消防桥架，暖通风管，除臭管，消防水管，冷热水管等。此部分管线碰撞可以利用现在主流的BIM技术来完成，并且考虑空间层次时，由于桥架引出的频率高于其他专业管线，可以考虑将其设置在整体下层，便于电缆引下，避免竖向空间上的碰撞。
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附图 明敷线管观感性差案例图
2.6 箱体防雷接地
建筑物防雷工程是一个系统工程，根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，因地制宜的采取防雷措施，建筑物防雷类别共分三类。由于地下污水厂箱体覆盖于地表层之下，无高耸部分露于地上，故防雷措施可按第三类进行设计。地下厂箱体结构形式一般为现浇钢筋砼筏板薄壁结构，操作层采用钢筋砼框架结构，所以在防雷接地设计时，可以避免大量敷设人工接地体，尽量利用结构体内钢筋，以节约造价成本。
接地网：利用整个箱体结构底板内上层钢筋网；将各建筑轴网的交点处纵横钢筋焊接连通形成接地网格，焊缝长度不小于钢筋直径10倍。另外，箱体内受电设备外露可导电部分接地工作，可在土建钢筋网绑扎时期预定位，在定位点由接地网引出40×4镀锌扁钢，浇筑时期露于混凝土浇筑面外，后期设备外壳接地时利用RVS保护线将设备外壳与其连接。
引下线：利用池壁内竖筋；将接地网格外边缘的网格交点处，与池壁竖向钢筋（2根φ16或4根φ12）焊接连通，引下线间距一般随建筑轴网设置，但应保证不大于25米；焊接连接件与被焊体同材质、同规格。
接闪器：利用箱体顶板钢筋,实质等同于接地网；将各建筑轴网的交点处纵横钢筋焊接连通形成接闪网，焊缝长度不小于钢筋直径10倍。在箱体顶板外部防雷引下线的位置，预留外露100mm*100mm*6mm钢板，其与顶板内接闪器可靠焊接，以便后期箱体上部设置金属栏杆、设备或建筑物时做等电位连接。
全厂接地网接地电阻要求≤1Ω，当实测接地电阻达不到要求时，应通过增设人工接地装置，直到满足要求为止。
3结语
地下污水处理厂电气设计形式特殊，仍然还有很多诸如此类细节的处理办法和措施值得总结，本文仅从经济、实用角度上出发，宏观的阐述了中小型地下污水厂电气设计思路。当然设计方案也不可千篇一律，需要节约的环节要节约设计，但重点环节要稳定可靠，更合理有效的专业系统功能，还需要灵活的结合具体的生产工艺要求和处理规模“量身定做”，为地下污水厂朝向更经济实用方向发展奠定良好基础。
参考文献
[1] 董建明,孙展.浅谈地下污水处理厂电气设计的特点[J].工程建设与设计,2018（3）：69-70.
[2] 范少球. 浅谈中小型污水处理厂电气设计[J].海峡科技与产业, 2018（4）：72-74.