污水處理廠電氣設(shè)計(jì)分析

馮 振 國(guó)

(大同市政工程設(shè)計(jì)研究有限公司，山西 大同 037006)

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污水處理廠電氣設(shè)計(jì)分析

馮 振 國(guó)

(大同市政工程設(shè)計(jì)研究有限公司，山西 大同 037006)

分析了現(xiàn)階段污水處理廠常用的污水處理工藝，從供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)控制設(shè)計(jì)、電纜敷設(shè)三方面，研究了污水處理廠的電氣設(shè)計(jì)方法，對(duì)優(yōu)化污水處理效果有一定的意義。

污水處理，供配電，電機(jī)控制系統(tǒng)，電纜

1 污水處理廠概況

污水處理廠的作用主要是人工強(qiáng)化處理從污染源排出的廢水，以提高水環(huán)境質(zhì)量與功能目標(biāo)。一般地，污水處理廠主要分為集中與分散兩種類(lèi)型，其將廢水處理后直接排入城市管道或者水體之中。當(dāng)然，污水處理廠還能夠回收循環(huán)利用某些廢水資源，通過(guò)提高經(jīng)處理后的水質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)污水的再利用。在污水處理廠中，其處理廢水的工藝流程主要是結(jié)合物理、化學(xué)、生物等各類(lèi)處理方法，在貫徹落實(shí)當(dāng)前國(guó)家各項(xiàng)建設(shè)政策的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)污水處理廠廢水處理效果穩(wěn)定，節(jié)省投資運(yùn)行費(fèi)用等基本目標(biāo)。

現(xiàn)階段，我國(guó)污水處理廠的應(yīng)用工藝很多，常用的普遍工藝有以下幾種：

1)構(gòu)建污水收集設(shè)施，其中包括雨水管道、污水管道以及工廠排放水管道等；

2)建設(shè)一定的粗格柵攔截以及污水提升泵站，以進(jìn)行大顆粒雜質(zhì)的消除；

3)構(gòu)建一定的細(xì)格柵攔截以及旋流沉砂池，以獲得細(xì)小顆粒的去除；

4)構(gòu)建微曝氧化溝，包括缺氧池、厭氧池、好氧池等核心處理工藝流程，實(shí)現(xiàn)廢水氧化；

5)使經(jīng)處理后的廢水經(jīng)過(guò)二次沉淀池，消毒出水池，最后使廢水流經(jīng)排水管道，最終排入水體。

以上這些最普遍的工藝則需要一定的污水處理廠電氣系統(tǒng)支撐，一般地，其基本組成包括10 kV的配電系統(tǒng)、低壓配電控制系統(tǒng)、10 kV/0.4 kV的變壓器以及電機(jī)、電纜、照明等工藝設(shè)備。優(yōu)化設(shè)計(jì)污水處理廠電氣系統(tǒng)，對(duì)于降低能耗，提高污水處理效益大有裨益。

2 污水處理廠電氣設(shè)計(jì)

在污水處理廠的電氣系統(tǒng)中，消耗的電能很大，所以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)、電機(jī)控制、電纜敷設(shè)三方面對(duì)于有效降低污水處理廠的電能損耗，提高污水處理廠經(jīng)營(yíng)效益具有重要作用。

2.1 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)污水處理廠電氣系統(tǒng)時(shí)，需要特別強(qiáng)調(diào)供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，此工程不僅包括消防負(fù)荷的設(shè)計(jì)，同樣也包括能夠保證污水基本處理的必需設(shè)備，其中主要包括缺氧、厭氧以及好氧池水下攪拌機(jī)、污水提升泵、污泥回流泵等二級(jí)或三級(jí)負(fù)荷。

1)在城市用電線路中引入兩路10 kV的電源，一個(gè)應(yīng)用，一個(gè)作為儲(chǔ)備。一般情況下，由主供電源進(jìn)行供電，一旦主供電源發(fā)生失電情況，立即由備供電源進(jìn)行供電；

2)變壓器是電壓的變換設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計(jì)：在中國(guó)的配電網(wǎng)中，變壓器的電能損耗約占配電網(wǎng)電能損耗的70%，所以節(jié)能的潛力巨大。在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)選擇高效的、低損耗的節(jié)能型變壓器，合理選擇變壓器的容量，使其經(jīng)常處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能的目的。在污水處理廠一般選擇兩臺(tái)干式變壓器，并將線路負(fù)載率控制在其額定電壓的3/4左右。在低壓配電系統(tǒng)中一般采取的是單母線分段運(yùn)行的方式，在分列運(yùn)行這兩臺(tái)變壓器的基礎(chǔ)上設(shè)置一定的母聯(lián)開(kāi)關(guān)，如果發(fā)生變壓器一臺(tái)故障并停運(yùn)的情況，立即借助母聯(lián)開(kāi)關(guān)完成合閘，由另一臺(tái)變壓器承擔(dān)全廠所有二級(jí)負(fù)荷的及時(shí)供電；

3)污水提升泵等消耗用電功率較大的設(shè)備，主要集中于提升泵房、鼓風(fēng)機(jī)房等處，所以遵循負(fù)荷中心靠近的基本原則，可以將變配電房設(shè)置在與提升泵房、鼓風(fēng)機(jī)房相近的位置，以最大限度地降低額外損耗；

4)在粗格柵、細(xì)格柵、提升泵房、沉沙池、消毒排放池、綜合樓等建筑物中相應(yīng)配置配電間，這樣就可以沿電纜將電能輸送至各配電間，再由配電間進(jìn)行細(xì)節(jié)分配，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的高效、節(jié)能目標(biāo)；

5)在污水處理廠中主要采用分散與集中補(bǔ)償相結(jié)合的無(wú)功補(bǔ)償模式。其中，分散補(bǔ)償位于大功率電機(jī)附近，集中補(bǔ)償位于變電所內(nèi)，合理的無(wú)功補(bǔ)償能夠提高功率，減少線路損耗。

2.2 電機(jī)控制設(shè)計(jì)

污水處理廠應(yīng)用的電氣設(shè)備很多，而這些電氣設(shè)備的啟動(dòng)控制要求大多不同，所以在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)時(shí)需要綜合考慮相應(yīng)的工藝要求以及設(shè)備啟動(dòng)時(shí)電壓對(duì)電氣設(shè)備的影響，通過(guò)設(shè)計(jì)高效的電機(jī)控制系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的基本要求。

1)完成模塊化設(shè)計(jì)；劃分電機(jī)系統(tǒng)，使其分為主體、CT、顯示、擴(kuò)展等模塊；

2)設(shè)計(jì)一些可靈活擴(kuò)展的模擬以及數(shù)字信號(hào)；這些信號(hào)不僅可用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)回路中泄漏、不平衡度、頻率、三相線、有功電度等參數(shù)，而且可以使用戶有所參考，以選擇最適宜的電動(dòng)機(jī)打開(kāi)方式以及相應(yīng)設(shè)備；

3)選配一定的擴(kuò)張數(shù)字模塊；這些數(shù)字模塊可以增加一定的開(kāi)關(guān)量輸入以及可編程定義支持的性能。其除了向繼電器提供輸出電量，還可以增加電機(jī)控制中的啟動(dòng)以及保護(hù)動(dòng)作，如增加報(bào)警功能；

4)使用擴(kuò)展數(shù)字模塊，增加繼電器；在向分布式控制系統(tǒng)輸出模擬量時(shí)，電機(jī)控制系統(tǒng)還可以選擇多種參數(shù)，以促進(jìn)維護(hù)管理的方便性。如電機(jī)控制系統(tǒng)中包含欠壓重啟功能，其是在電動(dòng)機(jī)主回路短暫停電后，由主系統(tǒng)判斷并根據(jù)參數(shù)進(jìn)行重啟設(shè)置的延時(shí)，以提高用電安全。

2.3 電纜敷設(shè)

電纜敷設(shè)同樣也是污水處理廠電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，主要有以下三種敷設(shè)方式：

1)電纜溝敷設(shè)。一般地，電纜溝敷設(shè)主要包括室內(nèi)以及室外兩種。室內(nèi)電纜溝主要設(shè)置了混凝土蓋板，無(wú)論是安裝還是檢修都較為方便。室外電纜溝則主要需要考慮防盜、防水等因素，其大多與暗渠結(jié)構(gòu)類(lèi)似，在電纜溝上設(shè)有覆土以及蓋板，由于室外電纜溝不方便開(kāi)啟，所以其需要提前考慮安裝以及檢修的操作空間問(wèn)題，即要求其凈寬不小于1.2 m，凈高不低于0.8 m。除此以外，室外電纜溝還需進(jìn)行檢修井的設(shè)置，檢修井間的間距應(yīng)超過(guò)20 m，這樣才能做到設(shè)備最大效率的應(yīng)用；

2)電纜線槽敷設(shè)。在進(jìn)行電纜線槽敷設(shè)時(shí)一般需要注意電纜線槽材質(zhì)以及室外敷設(shè)位置選擇兩個(gè)問(wèn)題。一方面，由于污水處理廠車(chē)間內(nèi)積聚的氣體大多具有腐蝕性，其能夠嚴(yán)重腐蝕冷軋鋼板材質(zhì)的電纜線槽。而且電纜線槽如果設(shè)在室外，由于沒(méi)有遮擋，冷軋鋼板材質(zhì)的電纜線槽也會(huì)腐蝕得很快。所以，在進(jìn)行電纜線槽的選擇時(shí)需選取優(yōu)質(zhì)的壁厚不小于0.4 mm的不銹鋼進(jìn)行制作。另一方面，污水處理廠具備的反應(yīng)池大多具有體積較大，設(shè)備較多的特點(diǎn)，所以在敷設(shè)電纜線槽時(shí)需要盡量避免露天敷設(shè)，通過(guò)選擇在池上的風(fēng)管溝道或者池壁四周的走道板下，能夠最大限度的降低其腐蝕速率；

3)電力排管敷設(shè)。在污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際的工藝運(yùn)行狀況適當(dāng)增加用電設(shè)備或者工藝設(shè)施，所以為了避免出現(xiàn)開(kāi)挖重復(fù)現(xiàn)象，在進(jìn)行電力排管敷設(shè)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)預(yù)留出足夠的備用孔數(shù)，以防備未知情況發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

在水資源異常寶貴的今天應(yīng)時(shí)刻關(guān)注污水處理情況，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)污水處理廠中的電氣系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)污水回收工序的高效完成，達(dá)到節(jié)約水資源的目的，以造福子孫后代。

[1] 楊成毅.小型城市生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計(jì)[D].成都：西南交通大學(xué),2013.

[2] 黃旭峰.污水處理廠電氣優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].給水排水,2015(3):103-106.

On electric design for sewage plant

Feng Zhenguo

(DatongMunicipalEngineeringDesignandResearchCo.,Ltd,Datong037006,China)

The paper analyzes the common sewage treatment crafts in sewage sewage plants, and researches the electric design of the plants from the design for power-supply and distribution system, motor control design, and cable pavement, so as to optimize the sewage treatment effect.

sewage treatment, power-supply and distribution, motor control system, cable

1009-6825(2016)05-0127-02

2015-12-02

馮振國(guó)(1982- )，男，工程師

TU855

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