污水處理廠的電氣節能措施分析

徐 威

（武漢中科水生環境工程股份有限公司，湖北武漢 430064）

污水處理廠的能耗較大，故此，需要在節能降費方面給予重視。但就目前，一些污水處理廠因本身電氣裝置不科學、設計不嚴謹、規制不健全等因素，導致污水處理中會消耗大量的能源。為了實現節能降耗的目的，污水處理廠應開展密切的流程擬建，采取有效措施，強化污水處理效能，推進污水處理廠穩定、持久的發展。

1 污水處理廠概述

1.1 污水處理廠的概念

城市污水處理廠也被稱為“廢水處理廠”，主要是用來處理廢水，使排出的廢水符合標準，從而保證水質，保護水環境。污水處理廠是由多個單元過程組合而成的系統，具有復雜性的特點。現今，污水處理廠通常采取集中處理和分散處理的方式，一般結合生物、化學、物理等方法進行處理，在保證處理效果的前提下，減少能源耗損，節省運行費用，增加經濟效益。

1.2 污水處理設施的能耗組成

污水處理廠內的電器設備較多，通過分析發現，主要有進水泵、污泥回流泵等耗能設備；有供氣設備、加藥泵、污泥泵等保持需氧量的設備；有除泥機、污泥吸附機、紫外線滅菌設備等操作工藝設備；有攪拌器、泥漿罐攪拌器等預防雜質沉淀的設備，也有照明燈、電熱設備；另有污泥濃縮脫水機、濾網反沖洗等設備。在選擇和使用過程中，一定要結合設備的類型參數進行分析，選擇高效能、低耗損的節能型設備。

2 污水處理廠目前運轉狀況

現階段，污水處理廠的操作程序正向標準化、簡潔化、專業化方向發展，且很多污水處理廠所用的電氣設備都具有節能、智能的特點，都可以在一定程度上提升污水凈化功效。根據當下污水處理廠電力運轉情況來看，一些污水處理廠還會采取厭氧作業的操作方式來處理污水，在應用過程中，會產生沼氣資源，使整體處理效能得到明顯的提升。另外，許多污水處理廠采取污水好氧生物轉化的方式來處理污水，這種操作方式比較簡單、便捷，能夠在短時間內完成污水凈化處理，不過，該方式在實際操作中也不可避免地出現一些問題，以電氣能源耗損大為主要表現。因此，污水處理廠探索有效的電氣節能措施是十分必要的。

3 污水處理廠電氣節能問題

3.1 電氣設備能源管理不到位

電能耗損關系到污水處理廠的經濟效益，因此，必須建立科學完備的管理體制。然而，現下很多處理廠管理系統存在漏洞，并未結合實際情況，對制度內容做出改進和完善，工作人員缺少對電氣節能的重視，導致污水處理廠能耗較大，如所用的電氣設備功率型號太大，或者選材太重，都會影響到電氣節能效果。

3.2 處理廠的電氣運行不正常

污水處理廠靜電除塵器運行中，容易出現短路的現象，這樣一來，設備運行中產生的電能也會增多，另外，倘若除塵效果不佳，也會帶來較大的用電損失。加上污水處理廠的電氣運行設備較多，要是這些設備不能按照標準負荷運行，一旦超出荷載限量，將會增加處理廠的電耗。

3.3 燈飾使用壽命短、效能低

由于污水處理廠的照明設備使用壽命較短，在運行中，容易出現零部件損壞的問題，而且部分處理廠對于節能燈推廣不及時，并未引進先進的照明節能技術，也就無法有效發揮節能效果。經調查發現，污水處理廠配線也存在問題，通常情況下，燈飾線路和電力負載線路連接一回路，但是電力負荷回路電壓一般超過400 V/230 V，致使燈飾所用電壓過高，造成電能浪費。

4 污水處理廠電氣節能設計

4.1 合理設置變電場所

科學選擇變電操控站建設場所是污水處理廠電氣節能設計的第一步，在設置變電場所中，應該考慮到節能降耗的問題，盡量使用直流屏、低壓抽屜式配電屏、低壓配電柜等，適當調節污水處理廠內電氣設備的參數，并通過分析電氣設備運行狀態，做實管理，降低供配電系統的電能耗損，達到節能降耗的目的。

4.2 恰當選用變壓裝置

變壓裝置是污水處理廠電氣節能設計的關鍵環節，若是設計出現紕漏，會直接影響到整個電站布局總體設計質效。據相關調查發現，變壓裝置在運行中所消耗的電能通常占污水處理廠總體電力裝置的0.9%，其具體能耗主要是鐵損和線損，要是變壓裝置運轉中的負載水平較高，那么，電力能耗相對較小，不過此時，變壓裝置的鐵損耗也要降低。倘若變壓器的負載量超過最低值，鐵損下降，但線損也會提高。可見，精細選用變壓裝置的重要性。

4.3 高效配置現場電纜

污水處理廠在編制電氣操作流程實施方案時，應考慮到經濟性、節能性和實效性，結合眼下發展情況，合理布置路線。在電纜施工中，可以采取多類互存差別化的電器材料，減小對電力材料的消耗，同時還能節約電氣生產成本。

在甄別電纜時，要把控好技術，測量電纜的電阻和線路的長度，分析二者之間的關聯。為縮小電纜總長度，應收縮電氣裝備的空間布局，在不影響電氣設備正常運行的前提下，增加電纜的橫斷面積，使電阻始終保持在恰當的區間，最大限度減少能耗。

Case 3.當G=M3(1,1,1)時,元素(aibjck)3=(aibj)3=a3ib3j[b,a]3ij=1,冪圖可平面化.

4.4 全面衡算負載限度

污水處理廠的電氣節能設計中，要對負荷參數進行精準計算，最常使用的就是系數計算法和單位指標法。現今，相關單位機構也提供了科學的技術方案。

（1）全面核算負載技術數據，做出完美的匹配。

（2）系數衡算法主要是對所用裝備、電纜消耗數量進行考量，分別整理出有功率和無功功率的，從而歸納運行電流值與電壓值的關聯性和衡算方法，再更改換算系數，計算出電氣設備的負載指數。

（3）單位指標法一般是指對某一特定時間內耗電數量進行衡算，如某周、某月、某個季度，要把握整體電氣裝置的最高負載，根據負載參數對變壓裝置進行恰當的調整，減少污水中處理廠電氣耗損。

4.5 優化節能系統設計

4.5.1 變壓器節能設計

（1）受負荷電流的影響，在系統運行中，銅部件會損耗負荷電流，且其耗損與負荷電流之間形成正比，倘若負荷電流較大，那么變壓器銅耗損也增加。

（2）鐵質部件的耗損與負荷電流之間不存在比例關系，要想解決變電器帶來的能源耗損問題，應對其進行科學的設計，可以用節能型變壓器代替原有設備。節能變壓器的工作原理是在空載狀態下，能夠負載較低耗損的變壓器，充分發揮出電氣系統的效能。當前，國內多數污水處理廠幾乎都使用干式變壓器，這種類型的變壓器具有方便維護的優勢，不過，經研究發現，這種變壓器與油浸式變壓器相比，它的空載和負載耗損較大，而且干式變壓器承受過載能力差，必要時還是要選用油浸式變壓器。在新技術支持下，油浸式變壓器已經升級至S14、S13、S11等，在一定程度上降低了污水處理廠的電氣能耗。

4.5.2 無功補償設計

除把控好變壓器節能設計外，污水處理廠還要做好無功補償設計工作，主要以電路負荷值為基準，應用集中補償或者就地補償等裝置，采取這樣的操作方式，對整個電氣系統進行補償，確保污水處理廠內的電氣設備都可以處于一個相對穩定的運行狀態，從而降低電氣線路的耗損，也能使電力資源得到高效利用。

4.5.3 諧波處理設計

污水處理廠的電氣系統較為復雜，由于含有大量的非線性線路，容易出現諧波的現象，倘若未能及時解決諧波問題，會對污水處理廠的電氣系統運行造成干擾，同時產生大量的電損。在電氣節能設計環節，就要重視這一問題，可以采取接線的方法，連接污水處理廠中變壓器的相關點，并安裝源濾波器、無源濾波器，以此提升整個電氣系統的抗諧波能力。但在電氣系統運行中也會出現一些諧波，不過應用這種方法后，可以保障電氣系統正常運行。

5 污水處理廠電氣節能措施

5.1 供配電系統節能措施

（1）應將配電室、變電所合理地設置于配電中心，使配電的半徑有效減少，這樣一來，初始投資金額也會相應減少，降低電纜線的損耗，從而安全、穩定地供電。

（2）應正確選取變壓器，明確變壓器數量與容量。應與經濟最優負荷率為前提，正確選取變壓器個數、變壓器容量。應按照用電性質對變壓器數量進行優化配置，防止由于變壓器負荷減少而導致電力浪費。根據變壓器損耗曲線，應控制最小變壓器損耗率的區間，一般以0.5～0.6為宜。

（3）增加功率因數后，能夠通過供配電系統的渠道使變壓器無功損耗、線路無功損耗有效降低，實現節能的最終目的。當增加功率因數、減少無功功率后，負荷電流、功率便會減少，在此基礎上，線路截面、變壓器容量的選取更加具有合理性，充分達到減少投資、節能降耗的目標。

（4）高次諧波抑制。伴隨污水處理廠普及和推廣變頻調速裝置，其非線性負荷處于不斷增加的發展狀態中，相應地增加了水處理系統諧波的整體含量，這會使系統自身功率因數大幅降低，形成電路、設備熱效應，大量損耗電能。因此，應全面地檢測、監測配電系統與供電系統的諧波，實施切實可行的諧波抑制方案，讓電網受到諧波帶來的不利影響有效減少，在節能領域發揮出應有的價值。需要注意的是，節能問題是污水處理廠配電系統的重要問題。

5.2 設備和線路節能措施

（1）用電負荷科學分配，采用三相負荷來保持不同供電電路間的平衡性，如路燈負荷和照明負荷等。與此同時，應對用電負荷的合理性、平衡性加以考慮，防止出現過高的單相負荷現象，從而避免線路隨之出現損耗。

（2）合理選取導線截面、電纜。對電纜進行選取的過程中，應將電纜、電線經濟截面積作為主要依據。在電纜選型方面，應將短路電流和工作電流作為重點考慮的內容，并按照電纜使用壽命、投資情況展開合理而經濟的選擇。對配電路線進行選取的過程中，盡可能地對高導電性導線進行選取，使導線的截面盡量增大，從而讓線路損耗顯著降低。

5.3 控制系統的節能措施

污水處理廠中有多種類型的設備，加之污水處理的各種工藝相對復雜，因此其控制系統需正確選擇。應優先選擇精確、智能的控制系統，自動化調整所有參數，與上位機系統有機結合，提高污水處理廠設備運行時間、啟動的合理性，發揮更好的節能效果。

與此同時，應對變頻調速的節能設備進行選取，其原因是廢水處理廠的設備普遍具有較高的容量和負荷，如泵、風機等。進行設備選取的過程中，通常應按照最高的污水處理要求加以選擇。但在實際中，各種設備運行過程中遠達不到設計負荷，從而導致能源浪費、能源消耗等情況出現。

除此之外，廠內電機通常處于快速運轉的狀態，時間過長容易增加電機磨損程度，并且維修電機會產生較高的費用。應借助節能新設備的使用來控制計算機，動態地監測設備的負荷狀態，智能化調節水泵流量、風機風量等，既保證了降耗、節能，又發揮了控制效果。

5.4 照明系統的節能措施

污水處理廠的工作模式為全天候運作模式，這無疑會消耗大量的電力，因此，照明節能變得至關重要。選取照明裝置時，應盡可能選取對光學控制性能良好的節能燈，與此同時，照明屬于節能、環保控制系統，其科學使用與智能化操作技術應用具有一定的必要性。要想使能源得到節約，應做好相鄰光源的電路切換工作，從而讓工作人員通過照明實現用電節約的目的。

從工作人員角度看，制裁、激勵等機制相結合有利于引導全體工作人員節約能源。基于眩光限制的前提，應對開啟式照明燈具、高效率燈具進行選取，保證安裝燈具的最低高度、美觀度等使用要求，使安裝燈具的高度得到有效控制，從而實現節能的良好效果。應科學設置局部的照明，在照度要求較高的區域進行局部照明設置，通常照明要求高的區域需實施高處照明；選取鎮流器時，應以電子鎮流器、因數電感鎮流器優先。

應設置智能、新型的控制照明裝置，裝置需具備人體感應、時控、光控等完整的功能，能夠在存在照明需求時瞬間打開燈，不存在照明需求時則關閉燈。除此之外，應利用好自然光與太陽能源，讓節能效益實現最大化。

6 結束語

污水處理廠要想實現可持續發展，應深入貫徹節能理念，針對現存的節能問題，如電氣設備能源管理不到位、電氣運行不正常等，進一步優化電氣節能設計。通過合理設置變電場所，恰當選用變壓裝置以及高效配置現場電纜等，減少能源耗損。同時，要采取科學的節能措施來解決節能問題，主要是采取供配電系統、控制系統、照明系統、電氣設備和線路節能措施，降低能耗，減少成本，促進污水處理廠長效發展。