淺議某污水廠的電氣與自控設計

摘 要：隨著我國工業化近年的飛速發展，環境問題日漸嚴峻，治理水污染已經被列入我國政府的重要環保工作日程。建設污水處理廠，成為一條行之有效的重要措施。然而，現代污水處理廠規模逐漸擴大，一旦供電系統故障，將會導致用電設備癱瘓，造成重大的損失。因此如何合理的設計電氣與自控儀表，是保證污水處理廠能夠正常工作的重要基礎。本文以某市擬建設污水處理廠一座，規模為5萬m3/d為例，給出了設計中需考慮的具體問題和實施辦法。

關鍵詞：污水廠 電氣自控 設計

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0130-01

1 電氣設計

1.1 設計范圍

電氣工程的設計范圍包括：全廠的變配電系統設計、建筑物的動力及照明設計、廠區建筑物防雷與接地設計、廠區電纜敷設及道路照明設計、一次、二次儀表的設計、自動化控制系統的設計等。

1.2 供電電源

本工程為二級供電負荷，供電電源為一路10 kV專用線路，電源引自附近二次變電所，架空線采用JKYJ-10-3*70，供電距離為3.5 km，在廠外末端桿處轉變電纜入戶。

1.3 負荷計算

污水廠的主要構筑物及用電負荷為：粗格柵及污水提升泵站246.78 kW、細格柵沉砂池28.69 kW、A2/O生物氧化池249.60 kW、二沉池22.20 kW、二次提升水池44.55 kW，鼓風機房及變電所407.17 kW、污泥濃縮脫水間127.19 kW、深度處理車間130.68 kW、紫外線消毒渠50.87 kW、藥劑制備車間26.23 kW、綜合樓60.00 kW，門衛2KW，廠區照明10 kW等，設備用電負荷共約為1432.96 kW，同時利用系數取0.85，補償后COSΦ取0.95，總計算負荷約為1195.06 kW，經無功補償后視在功率為1257.96 kVA，負荷率約為0.78左右。污水廠內設附設式變電所一座，靠近負荷中心鼓風機房。內設高低壓配電室，變壓器室，10 kV系統采用KYN中置式真空開關柜5臺。結線方式為單母線不分段，操作電源采用交流操作方式，采用綜合繼電保護裝置。選用兩臺變壓器同時運行，型號為S11-10/0.4-800 kVA，低壓母線中間設聯絡開關，最大負荷時兩臺變壓器同時并列運行，事故時互為備用。變電所低壓配電系統均選擇GGD低壓開關柜8臺。放射式向各建構筑物供電。污水提升泵站設控制室，設GGD配電柜8臺，放射式向污水泵站及細隔柵及沉砂池設備配電及控制，；鼓風機房安裝GGD配電柜12臺，控制生化池、二沉池和鼓風機房的用電設備；濾池控制室內安裝動力柜7臺，控制濾池及提升水池內的電氣設備；污泥脫水間安裝動力控制柜3臺，其中2臺為脫水機廠家成套提供控制柜；消毒池安裝動力控制柜1臺；藥劑制備車間設配電柜2臺，控制加氯加藥設備。

1.4 繼電保護、計量和無功補償方式

繼電保護按照國家有關規范，本工程采用微機變電所綜合自動化系統，對10 kV系統實行保護和監控。繼電保護裝置采用微機綜合保護裝置，依照國家有關規定，進線電源采用帶時限速斷和過電流保護。變壓器采用電流速斷、過電流、溫度單相接地保護。低壓進線開關采用短路速斷保護、過負荷保護、單相接地保護。低壓配出線采用速斷和過載保護。計量采用高壓側計量。無功補償采用提升泵站和變電所內低壓配電系統集中補償方式，補償后的功率因數達到0.95以上。

1.5 主要控制方式

所有現場設備均采用技術先進安全可靠自動控制方式，實現3種操作方式，就地手動、遠程控制和PLC自動控制，控制方式選擇開關設在現場。鼓風機采用機自帶現場控制箱，安裝于現場，具有就地/聯動，遠動/自動功能，以適應不同工作需要時的切換。生化池內外回流泵采用變頻控制，根據工藝需要控制污泥回流量。15 kW以上設備采用軟起動方式運行。

1.6 照明設計

照明系統與動力配電系統共用，各照明電源就近引自本建筑物的低壓配電柜或動力配電柜，電壓采用380/220 V三相五線制。車間、變壓器室內照度應達到100LX，控制室、辦公室應達到200LX，A2/O池和二沉池附近應達到40LX，道路應達30LX。廠區及各車間內采用新光源節能型燈和部分白熾燈，辦公室、高低壓配電室采用熒光燈，控制室采用嵌入式熒光燈，生化池、二沉池附近采用庭院燈。綜合樓、宿舍及各車間控制室考慮具有空調負荷用電。

1.7 電纜敷設設計

廠區內室外電纜當電纜根數大于8根時，采用電纜溝敷設方式，其余采用直埋方式。室內電纜采用電纜槽及沿墻和地面鐵管暗配方式。電纜溝內電纜為鎧裝。

1.8 防雷及接地設計

廠內建、構筑物按三級防雷考慮，配電系統接地形式為TN-C-S系統，采用綜合接地系統，接地電阻應滿足小于1歐姆。所有入戶金屬管線、構筑物內金屬設備和用電設備外皮都應做等電位連接。另外，考慮到防止感應雷侵入，增設浪涌保護裝置。

2 自控設計

自動控制系統的設計和產品選擇首先應立足于先進、可靠、實用、價廉、維護簡單的原則，使建成的污水廠真正達到現代化管理水平。本工程控制系統采用DCS集散控制系統實行生產集中管理與監測，就地分散控制。系統結構簡潔，設備控制準確，根據實時監測到各種參數即時控制有關工藝設備運行狀態，糾正偏差，使工況運行點處于最佳狀態。對污水處理工藝實現全面自動化，并且保證處理污水水質達標。

自控系統結構：設計選用目前國內外廣泛使用的基于PLC三級分布DCS控制系統，即現場測量控制層、中間監視管理層、生產管理層。整個系統通過有線數據通信實現各設備間的信息交換以及數據庫和系統資源的共享。

中間監視管理層設有工控機，對主要工藝設備的自動控制和生產過程中的工藝參數進行數據采集和顯示，現場測量控制層根據現場構筑物的地理位置供設有PLC1∽PLC5控制器和3臺小PLC子站，分別負責轄區內設備的控制和數據采集。生產管理層由若干計算機終端組成的一個局域網，其主要負責污水處理廠的生產調度、財務管理、人事管理、辦公應用等工作。

現場控制器：6臺現場PLC控制單元。現場的各種檢測儀表將各種水質參數和物理量參數傳遞給現場控制單元，經現場控制單元予置程序計算后，控制相應設備動作，同時現場PLC單元還要將檢測量和控制量利用通訊系統傳給調度主機。

參考文獻

[1] 鄭準澤.佛山某污水廠電氣與自控儀表設計[J].城市建設理論研究，2011（6）.