基于智能化技術的地下污水處理廠電氣設計優化研究

李慷，焦晨曉

（濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東 濟南 250000）

1 前言

隨著科學技術的發展，智能化技術被廣泛應用，其中，地下污水處理廠的建設中應用智能化技術已經成為一種發展趨勢。地下污水處理廠與地上的污水廠相比，具有一定的特殊性，在處理污水時能夠有效避免污水直接排放到自然水體中，避免了對自然水體的污染。在地下污水處理廠中，可以實現自動化運行，使電氣系統與自動控制系統進行有機結合。結合地下污水處理廠的特點和要求來看，應該通過智能化技術對電氣設計進行優化，確保地下污水處理廠能夠實現安全、穩定運行。從目前來看，智能化技術在地下污水處理廠中具有較好的應用前景。

2 智能化地下污水處理廠電氣設計特點

在地下污水處理廠電氣設計中，要做好供電電壓的設計工作，這是保證電氣設計正常運行的重要條件，因此，應該從實際出發，選擇合適的電壓。在對供電電壓進行確定時，要根據地下污水處理廠實際的環境進行考慮，盡可能選擇安全可靠的供電電壓。

由于地下污水處理廠建設具有特殊性，因此，要保證其具有較高的自動化水平。從目前地下污水處理廠設計情況來看，其自動化水平都比較高，這是由于地下污水處理廠在建設時要求比較高。因此，在對電氣進行設計時要對其進行充分考慮，利用智能化技術對其進行優化設計，提高電氣自動化水平。

3 智能化技術地下污水處理廠電氣設計原則

3.1 自動化

整個工程要以自動化為設計基礎，最大限度地降低人為因素對生產運行的影響，減少不必要的人工操作，在智能化設計時，要以自動控制系統為設計依據。

3.2 經濟性

整個工程建設資金投入較少，主要是考慮智能化技術的應用，減少了成本投入，同時，又提高了生產效率和管理水平。

3.3 可靠性

整個工程具有一定的可變性，在智能化設計時，要充分考慮到這一點，使設備在實際運行過程中能夠具有一定的穩定性和可靠性。

3.4 節能性

智能化技術的應用能夠將節能和環保相結合起來，使得整個工程更加節能。由于智能化技術在使用過程中需要消耗一定的電能和能量，因此，要充分考慮到工程運行過程中電能與能量消耗問題。

3.5 易維護性

在設計和施工過程中，要充分考慮整個工程的易維護性，盡量減少對人員及設備的依賴。

3.6 先進性

整個工程必須在國內外先進水平基礎上進行建設和設計，不斷提高智能化技術水平，使整個工程能夠更好地為我國城市地下污水處理事業做出貢獻。

4 智能化技術的地下污水處理廠電氣設計的優化方式

4.1 設備的節能管理

在正常生產時，對各種用電設備都必須按照操作規程使用，并定期保養。運行中所用設備應盡量采用高效節能的產品，可大大節約電能。有條件的情況下，應使用變頻調速裝置或自動調節裝置進行調壓節能。在不影響生產的前提下，盡量采用照明節能產品以減少不必要的電能損耗。盡量減少電機空轉和少用調速電機及調速裝置。對于運行中存在明顯耗能現象的設備，如水泵、風機、泵類、曝氣沉沙池等，應進行重點檢查并采取措施進行節能改造。

4.2 電氣系統的控制

污水處理廠中的電氣系統是一個復雜的網絡，其主要作用是對整個污水處理系統中的數據進行檢測，并通過數據分析和處理對污水進行處理。因此，對于污水處理廠中的電氣系統而言，其主要功能是實現城市污水處理的自動化控制和相關數據處理。

可以利用計算機輔助設計（CAD）技術和計算機輔助管理（CAPP）等先進的管理手段積極推進先進技術的應用和節能改造工作。利用計算機技術對各項機電設備進行科學合理的設計、生產和控制等方面進行優化管理。將設計、生產和管理相結合，以達到節能降耗的目的。在對設備進行節能改造時應根據設計要求結合現場實際情況選擇相應的設備改造方案。在對設備進行節能改造時可采用節電型電動機，并安裝軟起動裝置或無沖擊負荷裝置以減少起動電流帶來的危害和電氣損耗。此外，應盡可能采用變頻調速技術達到節電的目的。

4.3 照明光源的選擇

隨著城市建設步伐加快，對城市污水廠電氣控制系統也提出了更高的要求。目前，在我國城市污水處理廠中應用的照明光源主要有日光燈、高壓鈉燈和金鹵燈。

城市污水處理廠電氣設計是整個污水處理廠的重要組成部分，其設計是否合理關系到整個污水處理廠的成本。因此，在進行照明光源選擇時，應從以下幾個方面考慮。（1）電氣設計在滿足生產要求的前提下，應充分考慮經濟上的合理性。（2）從視覺效果考慮，應使生產區域達到明亮、舒適的狀態。（3）選擇的光源不得對人體造成傷害。（4）光源效率高、壽命長、便于維護。

4.4 空載損耗的控制

在污水廠電氣運行過程中，經常會出現各種異常情況，如水泵設備突然停止運行，水泵電機突然啟動，水泵電機頻繁啟動等。在這種情況下，需要我們進行負荷調整，保證設備安全可靠的運行。在實際生產中，由于各種原因的限制，會造成設備空載運行現象。我們將此現象稱之為“空載損耗”，通常情況下，造成“空載損耗”的原因有以下幾點。（1）設備長期處于低效或閑置狀態。（2）由于長期超負荷運行或頻繁啟動，導致設備產生大量的熱損耗。（3）由于設備長期使用造成的機械磨損或絕緣老化等原因導致絕緣降低。（4）由于線路接頭松動、短路或接觸不良等原因產生的無功損耗。（5）由于電纜長期過負荷運行造成電纜發熱燒毀。對于生產設備的運行，從節能的角度上看，其工作效率隨負荷率的增加而提高，也就是說，當負載率較低時，運行效率較高。對于在污水處理廠中安裝使用的電氣設備來說，由于其本身存在較大的功率因數，并且存在一定的運行效率，所以在使用過程中不會產生電能消耗，但是在設備閑置時，其運行效率會降低。這就導致了浪費了大量的電能。因此，對于此類設備來說，可通過減少空載損耗來達到節約電能目的。同時，對于在空載時所產生的電流和電壓來說也是很大的浪費。

4.5 無功損耗的降低

在電力系統中，電氣設備在運行過程中消耗的能量叫作電氣消耗。由于電力系統中的電氣設備種類繁多，數量巨大，消耗的能量也比較大，而且還在不斷地增加，因此降低電氣損耗就成為降低電能消耗的重要環節。在我國，目前供電企業生產過程中大量采用電動機來代替工農業生產機械設備的運行，而電動機在運行過程中會產生無功功率和諧波功率，這些無功功率和諧波功率都會增加線路損耗，同時，也增加了電動機啟動時對電網產生沖擊而產生電壓降和轉矩增大等問題。電力系統無功損耗在供電線路上產生的電壓降使電力線路末端電壓降低，甚至出現低于供電電壓等級而影※響用電設備的正常使用。此外，線路上無功功率還會降低電力設備絕緣水平、縮短電動機使用壽命以及增大電力設備的損耗等。

4.6 變壓器的選擇

在整個城市污水處理廠中，變壓器起到了很重要的作用。從目前我國的狀況來看，變壓器占到了整個城市污水廠電量的60%左右，所以變壓器是否節能在城市污水廠中具有重要意義。所以，我們在選擇變壓器時，要從多方面進行考慮，只有這樣，才能降低城市污水廠中電氣能耗。可以從以下五方面進行變壓器的選擇：（1）合理選擇變壓器容量。（2）增加配電變壓器臺數。（3）正確選擇配電變壓器位置。（4）合理選擇配電電壓。（5）合理選用鐵芯材料。

5 智能化系統的設計分析

智能化系統的設計是基于自動化技術、計算機技術和網絡通信技術的基礎上進行設計的，地下污水處理廠的主要構成是通過PLC、傳感器等設備實現智能化。利用PLC 進行數據采集，再將數據通過傳感器進行傳輸，由計算機進行分析處理，根據分析結果制定相應的運行方案。因此，在智能化系統的設計中需要結合自動化技術、計算機技術和網絡通信技術等，在地下污水處理廠的建設中，根據污水處理的要求設置相應的硬件設備。同時，在軟件設計上需要建立相應的數據庫，將數據儲存起來，根據儲存數據制定相應的運行方案。同時對程序進行優化，保證系統能夠穩定運行。具體設計時，需要根據地下污水處理廠的特點進行設計，保證系統運行安全、高效。

6 結語

通過對地下污水處理廠的特點進行分析，在電氣設計中，需要結合地下污水處理廠的特點，利用智能化技術對電氣設計進行優化，以此來提高地下污水處理廠的運行效果。利用智能化技術對電氣設計進行優化，能夠進一步提高地下污水處理廠的運行水平，并且有利于提高設備的運行效率和控制水平。通過對智能化技術在地下污水處理廠中應用意義的分析，從整體上提高地下污水處理廠的運行效果，保證地下污水處理廠能夠更好地發揮作用。