截污調蓄池站電氣設計

林生源

（廈門市市政工程設計院有限公司， 福建 廈門 361000）

0 引言

隨著城市化進程的加快和氣候的變化，近年來，許多城市面臨著大量雨水資源流失、內澇頻發和徑流雨水污染等一系列環境問題，嚴重影響人們的生活質量和城市環境。因此，通過調蓄池減少面源污染越來越受到關注，而調蓄池電氣設計的好壞優劣直接關系到調蓄池以后的調度運行，起著至關重要的作用。本文以海滄區新垵村莊截污調蓄池站為例，從電氣設計角度,通過對供配電系統的布局、儀表自動控制2個方面詳細闡述如何對調蓄池自動化遠程控制，實現對初期雨水收集、調蓄，從而有效改進新垵村莊的環境質量。

1 供電系統設計

1.1 供電電源

截污調蓄池站屬于市政項目，但停電對調蓄池站及系統的影響較小，故截污調蓄站采用三級用電負荷。本工程的兩個截污調蓄池供電電源從地區電網就近引一回10kV線路供電，配電電壓等級為380/220V。

各水渠截流井的下開式堰門涉及到排洪安全，按二級負荷考慮，本次就近引一路0.4kV電源，并設置一臺EPS應急電源。

1.2 負荷計算

截污調蓄池站主要用電負荷為：自清洗水平格柵、液動旋轉堰門、智能噴射器、閘門以及控制系統等。截污調蓄池站工藝設備動力負荷按利用系數法計算，結果如下：

新垵村截污調蓄池全站設備裝機容量為225kW：

Pjs=156.80kW；Qjs=75.94kVar；Sjs=174.22kVA；COS?=0.9

考慮到截污調蓄站主要為地下構建物，項目用電負荷較大，供電系統設置一臺預裝式變電站，包括變壓器、高壓環網柜、低壓柜。由市電引一回路10kV電源至截污調蓄站的預裝式變電站，變電站設置在截污調蓄站的旁邊綠化用地內。預裝式變電站內變壓器選用SC11-250kVA/10/0.4，變壓器負荷率為69.69%。高壓柜選用SAFE型環網柜，SAFE型環網柜具有體積小，運行安全可靠的特點。低壓柜選用GGD固定式開關柜，經濟、體積小，運行安全可靠。

1.3 電動機啟動控制方式

需變速設備電機采用變頻器運行，功率較大的低壓電動機采用軟啟器啟動，其它小功率低壓電動機可采用直接啟動方式。對于本工程15kW及以上（潛水泵及智能沖洗裝置）低壓電動機采用軟啟器啟動，其余電動機采用直接啟動方式。

所有工藝設備電氣控制原則上設計為三處操作：

（1） 直接在控制屏或開關柜上操作；

（2） 機旁控制箱或機旁按鈕箱上操作；

（3） 遠程控制操作。

1.4 計量、功率因素補償

（1）計量

截污調蓄站的計量采用高供高計，在箱變進線設計量柜進行計量。供電回路設電流測量，電壓測量。主要計量值可通過電量變送器傳輸至控制中心管理系統。

（2）功率因素補償

無功功率補償采用集中方式，在低壓0.4kV母線側集中進行電容無功功率補償，補償后的功率因數可達到0.9以上。

1.5 照明及防雷接地

（1）照明

調蓄池主要為地下構建物，故池內不設置照明。在調蓄站的區域設置路燈照明，光源選用LED燈。預裝式變電站內設LED燈照明。

（2）接地

1）防雷接地

預裝式變電站設置避雷針防直擊雷，在預裝式變電站周圍設置接地網，并與基礎鋼筋及柱內主鋼筋可靠連通，作防雷接地裝置。調蓄池為地下構建物，不設置防直擊雷裝置。

2）工作及保護接地

電氣系統采用TN-S系統，站區的工作、防雷及保護接地共用一套接地裝置，變壓器的中性點直接接地。全站的接地電阻不大于1歐姆。

1.6 電纜敷設

截污調蓄站的動力電纜、控制電纜采用穿鋼管直埋敷設。

2 儀表自動控制系統設計

2.1 設計要求

為了調蓄站能夠安全可靠的運行以及操作人員簡捷準確的操作整個設備，根據截污調蓄站工藝要求，在站區現場配置必要的檢測儀表、可編程序控制器(PLC)和通信系統，在控制中心設管理計算機構成自動控制管理系統。設計儀表及測控系統時應滿足下列要求：

（1） 高可靠性，盡量簡化系統結構，并保證系統的高穩定性。

（2） 高先進性，應選擇技術先進、性能價格高、有潛力的控制系統。

（3） 高容量，合適的精度和數據傳輸速率，可容納各種輸入信號。

（4） 系統應具有靈活的擴展性，以便后期擴建。

2.2 設計內容

本系統由現場測控終端和控制中心的SCADA智能系統兩部分組成。

（1）現場測控終端

現場測控終端接受在線檢測儀表傳輸來的信號，以及電動機、電動閥門等設備在運行狀態信號，對各類信號進行運算和產生程序控制，自動調節，并把主要信息通過無線GPRS方式向控制中心的SCADA智能系統傳輸，或接收控制中心SCADA智能系統的指令，進行相應操作。

現場測控終端以PLC為核心控制器，自動控制時，對現場設備進行控制信號輸出，同時采集設備狀態的實時數據，形成穩定可靠的閉環控制。

圖1 設備控制示意圖

現場測控終端可以實現各設備的自動控制：

a、實現水平格柵的自動控制

當傳感器檢測到水位超過設定的高度時，油缸開始動作，驅動耙齒左右移動清理格柵中的固體物質，清理的固體物質留在污水側。

b、智能噴射器的自動控制

沖洗過程為：調蓄池底部的潛污泵對調蓄池開始排水，當智能噴射器感應到調蓄池水位開始下降時，設備自動開啟，水泵開始抽水并進行攪拌，水中沉積物處于懸浮狀態，噴出的水氣混合物對調蓄池進行同一方向的沖洗，此時設備不旋轉。當調蓄池內水位下降到一半時，設備開始260°旋轉，對調蓄池進行全方位沖洗。當調蓄池內的水快要排空時，設備可以利用調蓄池底部存水區內的水對調蓄池進行強力沖洗，也可進行定點沖洗，沖洗后的污水經過調蓄池底部的潛污泵排出調蓄池外。

c、最大流量控制閘門的自動控制

控制系統通過電磁流量計對出口流量位進行檢測，同時采集電控閘門的開度位置信號進行計算后，發出控制指令，調控電動閥門的開度，使排水量達到預設值，實現精確的維持恒定流量。

d、液動旋轉堰門的自動控制

控制系統通過超聲波液位傳感器對調蓄池水位進行檢測，當調蓄池達到最高水位時，控制系統自動控制液動旋轉堰門關閉，從而防止調蓄池繼續進水。

（2）SCADA智能控制系統

調蓄池在控制中心設有SCADA智能控制系統。SCADA智能控制系統通過無線GPRS通信方式將現場測控終端傳送的各類實時數據和信號，主要實現數據處理、數據存儲、動態畫面顯示、故障報警、趨勢曲線繪制、各類報表打印等過程監測及管理功能。

具體來說，SCADA智能控制系統可以實現以下功能：

a.可以實時監測緩沖池、調蓄池的水位；

b.可以實時查看水平格柵、最大流量控制、水泵、噴射器、液動旋轉堰門等各設備的運行狀態；

c.如果需要，可以遠程控制各設備的運行;

現場監測到的數據（水質、水位等）可通過現場測控終端進行傳輸和分析，從而控制調蓄池各設備的運行。

（3）調蓄池自動控制過程

a.流程初始化，液動旋轉堰門處于關閉狀態。最大流量控制閘門處在設定的流量控制值內，即污水處理廠最大處理流量。智能噴射器旋轉電機旋轉到設定的初始位置，其他電機設備處于停止狀態。

b.降雨發生時，當液位傳感器感應到雨水達到設定值時，反饋到PLC，根據工藝需求和污水處理廠實際處理污水能力控制最大流量控制閘門的電機驅動正反轉來控制閘門的開度。當出水管達到最大設計排水流量時，一部分混合污水（初期雨水+污水）進入污水處理廠進行處理，剩余的污水會在緩沖池中蓄積，當液位傳感器感應到雨水達到水平格柵的進水高度時，液位感應器感應到的水位輸入到PLC，然后驅動液壓站的液壓泵和控制液動旋轉堰門打開電磁閥，控制液動旋轉堰門打開，初期雨水進入調蓄池。當安裝在液動旋轉堰門開到位的行程開關感應到液動旋轉堰門打開了，會把一個開關量輸入給PLC，停止液壓泵和液壓電磁閥的運行，同時驅動格柵水平耙齒的液壓電磁閥，水平耙齒的左右兩個極限位置，均有行程感應開關，當左邊行程開關感應到輸入到PLC機會自動驅動向右移動的電磁閥，即當液位傳感器檢測到水位達到水平格柵的進水高度時，油缸開始動作，驅動耙齒左右移動清理格柵中的固體物質，清理的固體物質留在污水側。

c.當調蓄池蓄滿水后，調蓄池內的液位傳感器將水位信號輸入到PLC，驅動液壓泵使液動旋轉堰門關閉，直到感應到液動旋轉堰門關到位的行程開關的信號。

當降雨繼續進行，調蓄池蓄滿，緩沖池的水位會繼續上升，當排放口的水位高于自然水體的水位時，溢流井內的閘門自動打開，排放口的后期雨水通過截流井直接排入自然水體，達到不影響泄洪效果。此時的雷達感應器感應到的水位輸入到PLC，驅動溢流井的液動下開式閘門打開。

d.當降雨停止時，緩沖廊道內的液位傳感器反饋的液位降低到設定值時，調蓄池的潛污泵開始運行，將調蓄池雨水抽入緩沖池。如果調蓄池的液位傳感器感應到水位低于設定值時，智能噴射器的潛水泵開始運行，主要是將水向一個方向沖刷，智能噴射器不旋轉。水位繼續降低，當池中的水位下降約到一半時，液位傳感器將感應到水位，將信號輸入到PLC，控制智能噴射器左右擺動，驅動電機開始由正到反不停旋轉，智能噴射器內的水氣混合體對調蓄池內的沉積物進行沖刷。沖洗后的污水通過潛污泵抽到緩沖池，最后排入污水處理廠。

2.3 儀表配線和電纜敷設

儀表配線應用抗干擾性能較好的屏蔽電纜，并應盡可能避開強電系統敷設。儀表電纜均穿鋼管埋地敷設。

2.4 儀表安裝布置

電量變送器布置在現場電控柜內，工藝檢測儀表布置于現場，儀表變送部分放在儀表箱內，儀表箱在露天應選用防水型。