蔡悦
河北省廊坊市 中国人民警察大学
摘要：结合公安院校生活安排实际情况，笔者发现：公安院校生活安排规律、用水时间集中，生活废水中固态杂物少。校方可以利用这一特点修建蓄水池，安装微型水力发电机组发电，在市政供电中断时补充供电，为校园提供应急照明。
关键词：公安类院校 生活废水 微型发电机组 应急灯光供电
十四五以来，实现可持续发展的需要愈加急迫，如何充分利用身边的资源、支持国家可持续发展战略也成为了各公安院校的日常工作之一。本文详述的微型水力发电系统，以中国人民警察大学校园住宿功能区实际情况为例，供其余公安类院校参考。
一、系统构成及可行性支撑理论
该微型水利发电系统由带有限位开关自动控制的闸门的蓄水池，压力水管，喷头，微型水力发电机组和出水管五部分组成，各个部分按照顺序根据地势由高到低有序安装。
理想理论上安装功率的计算公式为:
N=(0.5~0.6)QHG
N：实际功率（0.5~0.6）：转换效率Q：流量H：落差或水头 G：重力加速度
按照传统微型水力发电机组的要求，水头应为10米左右，但在日常生活用水排水系统中却很难达到这个要求。利用2019年6月25日由高红旺、倪士勇发明的专利CN109931198A_一种应用于低水头的冲击式水轮发电系统，可将水头要求降低至0.7~1.5米，为低水头大流量的微型发电机组提供了理论支持。
N=(0.5~0.6)QHG=0.5X0.5X1.5X10=3.75(千瓦)
考虑流量为0.5立方米/每秒，水头设计为1.5米，计算出该微型发电机组在最低水头状态下发电功率为3.75千瓦。
二、系统施工步骤
1、修建生活废水蓄水池
⑴选取合适位置：在宿舍区东侧道路下修建深1米，底面积1800平方米的蓄水池。（该蓄水池在蓄满的情况下可保证发电机组运行60分钟，在最低水位状态下可保证该发电机组运行30分钟。
⑵蓄水池东南角下部安装A、B两组电控闸门；A闸门使用限位开关1和限位开关2控制开启闭合，B闸门在系统停电时自动开启驱动发电机组。（附图2）
⑶蓄水池顶部设置溢水通道，直通市政排水系统；A闸门、B闸门处修建排水通道，两条通道水平向东敷设，汇入发电机组涡轮驱动通道（驱动通道水平面较闸门底部水平面低1.5米）。（附图1）
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2、安装小型水利发电机组
⑴水轮机选型：机组选型XJ1.5-4SCT4-D水轮机为斜击式，设计水头1.5米；发动机为4千瓦，三相四极永磁同步；控制器为负荷平衡电控式微水电机组。
⑵安装接入：发电机采用三相四线接线方式接入教学区箱变0.4千伏低压母线。
3、改造原有供电系统
⑴原校区箱式变电所接线模式为常用供电网络模式。（附图2）
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⑵接入新增应急供电系统。（附图3）
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三、供电系统改造完毕后的自动控制
1、正常情况下
当蓄水池水位达到限位开关1安装位置时，限位开关1闭合开启闸门1，并延时闭合机组并网开关，水流进入水轮机带动发电机组发电，所发电能经并网开关至教学区低压母线，与市政供电电源并联供教学区正常用电；当蓄水池水位下降到限位开关2安装位置时，限位开关2断开关闭闸门1，并延时断开机组并网开关，发电机组停止运行。
2、市政断电时
当市政系统断电时，0.4千伏母线非应急设备馈电开关由增加的失压脱扣装置立即断开开关，防止发电机组负载过大。
安装在箱变高压侧（10千伏）的微机测控装置通过TA检测到高压侧无流，通过线路TV检测到高压侧无压，即断开低压侧进线开关BH1，开启闸门2，经短延时后合上机组并网开关，由发电机组单独向教学区应急照明设备供电。
3、市政供电在30分钟内恢复
安装在箱变高压侧（10千伏）的微机测控装置检测到高压侧有压，经30秒延时后，关闭闸门2，断开机组并网开关，合上低压侧进线开关，由市政供电向箱变0.4千伏母线供电，随后手动操作恢复0.4千伏母线非应急设备馈电开关。
4、若市政供电在30分钟后恢复
因蓄水池水位达到限位开关3安装位置，触发限位开关3关闭闸门2，断开机组并网开关，随后手动操作恢复0.4千伏母线非应急设备供电开关，等待市政供电恢复。当安装在箱变高压侧（10千伏）的微机测控装置检测到高压侧有压（市政供电恢复），经30秒延时后，检测机组并网开关在断开位置，合上低压侧进线开关BH1，恢复校园正常供电。
四、该项目实施后可带来的效益
1、经济效益：中国人民警察大学现有在校生约为1万人，每名学生每天产生生活废水约0.3立方米，共计每天产生生活废水约3000立方米，可支持机组运行1000分钟，日发电量为62.5千瓦时，全年按照十个月发电时间计算，共计发电18750千瓦时。
2、安全效益：在市政供电中断时，该发电机组可以保证校园应急供电，在断电情况下保证学校的正常教学秩序，并为紧急行动提供不间断的电力。
3、环保效益：新型能源发电系统近年来一直是我国可持续发展的中流砥柱，但其未能在普通生活场所内大规模运用。本文介绍的微型水力发电机组能够兼顾发电效率和环境效益，为我国的环保事业略尽微薄之力。
参考文献：
CN109931198A_一种应用于低水头的冲击式水轮发电系统高红旺，倪士勇2019-06-25