污水廠電氣自動化系統綜合設計

白小平

摘要：本文結合臨平凈水廠案例，進行分析探討污水廠電氣自動化系統綜合設計。

關鍵詞：負載率;計算負荷;PLC

1 工程概況

位于浙江省的臨平副城沒有配套的城市污水處理廠，現狀城區污水排入杭州七格污水廠進行處理。隨著城市的發展，臨平污水收集系統的污水量將快速增長，七格污水廠無法全面解決臨平副城的污水處理問題。只有盡快建設臨平污水處理廠，才能從根本上解決臨平污水的處理問題。該項目的處理規模是20 萬 m3/d，其初步設計方案主要結論是廠區形式采用全地埋式布置;污水處理工藝采用水解酸化+膜生物反應器（MBR），出水標準執行國家一級 A 標準，污泥處理采用離心脫水至含水率低于 80%， 外運處置。在進行處理污水的原則之一是采用先進的自動控制技術，實現管理的科學化、自動化。

2 污水處理工藝介紹

污水廠常見的水質參數指標有固體懸浮物SS、濁度、氨氮 NH3-N、總磷 TP、總氮 TN、pH、化學需氧量 COD、生物需氧量 BOD，其中pH、COD、氨氮是污水廠進出水最重要的指標。根據不同的進水水質、出水排放標準，以及廠區、投資額等因素，所使用的污水處理工藝多種多樣。 常見的污水處理工藝有：AO、AAO、MBR、BAF、UNITANK、CASS、生物濾池、生物膜法等。該污水廠的污水處理工藝采用水解酸化+膜生物反應器（MBR）。

3? 污水廠主要機電設備介紹

污水廠常用的工藝設備有：格柵、閘門、水泵、除砂器、攪拌器、鼓風機、刮泥機、過濾設備、消毒設備、污泥脫水設備等。污水處理工藝的主要設備介紹如下[1]：

（1）格柵：分為粗格柵和細格柵，作用是分離水中的垃圾雜物。細格柵均采用板式格柵除污機，4 臺。

（2）孔板膜格柵：主要設備是板式膜格柵除污機，6 臺。單臺格柵最大過流量 Q=600L/s， 穿孔孔徑 1mm，配用電機功率 1.5kW。

（3）水泵：包括污水提升泵、回流污泥泵、剩余污泥泵等，其中最重要的是污水提升泵、回流污泥泵，配置剩余污泥泵 12 臺，功率 5.5kW。

（4）鼓風機：污水廠使用10KV高壓離心鼓風機，效率更高。鼓風機的作用是給生化池鼓吹空氣， 調節生化池的溶解氧值;膜池給膜組器曝氣，鼓風機也是重要能耗設備。

（5）消毒器：本工程采用紫外管式消毒器，共 8 套，每套處理能力 Q=2.5萬 m3/d， N=17.5kw。

（6）脫水設備：分帶式脫水機和離心式脫水機 ，其中離心式脫水機效率較高，其造價也相對較高。

4 污水廠電氣設計

4.1 用電負荷計算

在進行污水廠電氣系統設計之前， 必須先列出整個廠區所有機電設備的功率、效率、安裝臺數、實用臺數等，還必須了解每種機電設備的相數、工作電壓、功率因素、額定電流等。 污水處理廠主要用電負荷在細格柵及曝氣沉砂池、水解酸化池、MBR 系統、鼓風機房、脫水機房、加藥間、排水泵井、通風及除臭等，另有其它生產用電及辦公用電。最大單機容量設備為鼓風機房的單級高速離心鼓風機，單機容量 355kW，4 用2 備。根據負荷兩端集中的特點，在進水側和出水側分別設置兩臺變壓器，共 4臺變壓器。進水側 0.4kV 裝機容量為 2304kW，用電功率 1862kW，計算負荷有功功率 1069kW，視在功率為 1117kVA。出水側 0.4kV 裝機容量為 5076kW，用電功率 4384kW，計算負荷有功功率2728kW，視在功率為 3020kVA。0.4kV 總裝機容量為 7380kW，總用電功率 6246kW，總計算負荷有功功率為 3797kW。10kV 高壓風機裝機容量為 3810kW，用電功率 2540kW，計算負荷有功功率為2032kW。

4.2 低壓配電系統一二次設計

低壓配電系統主要包括低壓進線柜、功率補償柜、聯絡柜、饋線柜。污水廠的低壓一次回路設計一般遵循“自下而上”的原則。先確定主配電房和各子配電房的位置;再根據全廠機電設備的額定電流、臺數、安裝位置、啟動方式等，設計出每一區域、工藝段的子配電系統;然后根據各主要設備和子配電系統的計算負荷、額定電流等，確定主配電房的低壓出線回路 。全廠機電設備的出線回路確定好以后， 就能根據配電房的位置情況等，確定進線柜、母聯柜、無功因素補償柜，還可確定各重要設備的變頻器、軟起動器配置。 低壓進線總開關的容量，應比全廠總計算負荷高一個等級，并留有一定的余量。無功功率補償柜的容量根據變壓器的容量而定，一般取變壓器額定容量的 1/3 左右為宜。 低壓聯絡柜不是每套配電系統都需要，一般有重要用電負荷時，才會設置 2 路進線（配置多 1 臺變壓器或發電機）。 低壓進線柜、聯絡柜三者只能合其二，必須做好必要電氣、機械聯鎖保護[2]。

4.3 變壓器容量選擇

根據計算結果選擇變壓器容量。本工程用于進水側高壓房變配電中心變壓器容量為兩臺 1000kVA/10/0.4，兩臺變壓器同時工作，互為備用，變壓器負荷率 56%，一臺變壓器故障時，變壓器的負荷率為107%， 負荷保證率為 90%。出水側綜合樓變配電中心變壓器容量為兩臺 2000kVA/10/0.4。兩臺變壓器同時工作，互為備用，變壓器負荷率 76%，一臺變壓器故障時，變壓器的負荷率為 107%，負荷保證率為 66%。

4.4電纜敷設

按照電纜使用環境確定敷設方法：一般使用環境下的構筑物的電線、電纜采用電纜溝、電纜托盤敷設，或穿管明敷、暗敷。污水廠具有一定的腐蝕性，為了提高防腐能力，電纜保護管采用鍍鋅鋼管，設備端采用防腐型可撓金屬管進行布線。廠區負一層，負二層電纜在電纜橋架上敷設，電纜橋架或插接母線穿越不同防火分區時，采取防火封堵措施。電纜采用聚乙烯絕緣聚乙烯護套低煙無鹵阻燃電力電纜，此種類型的電纜具有較高的載流量，導體最高工作溫度可達105。C。消防采用耐火電纜，單獨敷設于消防專用橋架，橋架表面需涂防火漆以做保護。

廠坪電纜一般采用在電纜溝內敷設，具有投資省，占地少，走線靈活且能容納較多的電纜等優點。電纜溝設置在道路一側的綠化帶內。電纜溝考慮分段排水，每隔 50m 左右設置排水管，接入就近的雨水井。根據國家規范的規定，電纜敷設在同一通道中位于同側的多層支架上，按電壓等級由高至低的電力電纜、強電至弱電的控制和信號電纜、通信電纜、至上而下的順序排列。信號與通信電纜敷設在電纜支架的最下層。廠坪電纜溝在進入各建筑物或構筑物時，一般采用穿管敷設，穿線完成后，采取防火封堵措施[3]。

結語

污水廠的電氣自動化系統綜合設計是一個復雜的過程，要設計出合理的電氣自動化系統， 既要了解污水廠的處理工藝，又要熟悉污水廠機電設備的原理和控制;既要掌握基本的電氣一二次設計常識， 又要熟悉 PLC 控制系統的設計和水質儀表的選型等。 本文總結了以上幾方面的經驗，為污水廠的電氣自動化系統的綜合設計提供了依據。

參考文獻

[1]農村水廠存在的問題及對策探討[J]. 呂加宏.? 江蘇衛生保健. 2003（02）

[2]農村水廠管理存在問題和對策[J]. 錢耀忠.? 江蘇衛生保健. 2000（S1）

[3]興化市農村水廠現狀分析與對策探討[J]. 葛強.? 中國初級衛生保健. 2005（10）