污水處理廠改擴建工程的電氣設計分析

彭錚錚

（華東勘測設計研究院有限公司）

0 引言

城市化進程的加快以及人口增長，城鎮污水的產生量不斷增加，對城鎮污水處理的需求不斷增加。對現有的污水廠進行改擴建，從而增加其污水處理能力，不僅可以有效處理新增污水，還可以節省建造新的污水廠資金。隨著環境意識的增強和對水資源的重視，對污水處理質量的要求也越來越高。改擴建污水處理廠可以引入先進的處理技術和設備，提高污水處理的效率和質量，確保處理后的污水水質更好，從而更好的保護水資源。此外，污水中還含有一定量的有機物和營養物質，如果能夠通過適當的處理，可以將其中的有機物轉化為能源或者用作肥料。綜上所述，對污水處理廠進行改擴建，不僅可以增加污水處理量，提高污水處理后的水質，還可以回收有用的資源，因此對污水廠的改擴建具有必要性［1］。

1 改擴建工程電氣設計的關鍵點

電氣設計是污水處理廠改擴建工程的一個關鍵環節，需要綜合考慮各種因素，確保設計的安全性、合規性和可操作性。

（1）在了解竣工資料的基礎上，需要進行現場踏勘，了解污水廠配電系統實際運行情況和運營單位對配電系統使用情況的反饋。這包括檢查原配電系統的變壓器容量、備用電源容量、出線柜備用回路數量及容量、廠區室外電纜溝走向、污水廠運行過程中配電系統不足之處等。其中要著重核對電氣竣工圖的準確性，為接下來的改擴建工程提供依據，從而確保改擴建項目設計的進行。

（2）根據《室外排水設計標準》GB 50014-2021中7.1.11條規定：污水處理廠的供電系統應為二級負荷，故污水廠改擴建項目的用電負荷應按二級負荷設計。因此需要統計全廠的新老負荷總容量，從而確定擴建后變壓器容量及市政10KV電源的容量，據此和供電局協商污水廠的供電方案，確保污水廠的常用電源和備用電源都能為污水廠提供足夠的電源，確保污水廠的穩定運行［2］。

（3）在變配電系統的設計中，需要考慮如何將新設的電氣系統與原有電氣系統結合為一個安全和可靠的整體，確保改擴建后，整個污水廠電氣系統的穩定運行。

（4）在改擴建過程中，需要根據實際的配電系統情況，靈活、合理的設計改擴建后的配電系統，盡量減少改擴建項目施工過程對原有用電設備的影響，保證污水處理廠的正常運行。

（5）新老電氣系統的運行方式及使用方法應盡可能統一，方便操作員盡快熟悉新的電氣系統，便于其操作。

（6）在設計電氣系統的配電級數時，一般宜在二至三級范圍內。過多的配電級數可能會增加系統的復雜性和維護成本，因此需要合理確定合適的配電級數。

（7）應根據新老用電設備的分布及各個區域用電量來確定是否要新增變配電所，若要新增變配電所，則要確保變配電所盡量接近或深入負荷中心，以降低線路的電能損耗和電纜的消耗量，提高電能質量和節省投資資金。同時，還需要考慮污水處理廠的遠期發展規劃，在變配電所內預留一定的電源容量及空間以便遠期擴容。

（8）如果原有電氣設備的運行情況良好，可以盡量利用原有的電氣設備，避免不必要的改造投資，節省投資資金。

（9）配電設計方案要符合相關的國家規范，并且要和工藝及其他專業協調和配合，確保設計的安全性和合規性。

2 改擴建項目用電負荷介紹

2.1 負荷等級以及改擴建項目用電設備特點

2.1.1 負荷等級：

根據《室外排水設計標準》GB 50014-2021中7.1.11條規定：污水處理廠的供電系統應為二級負荷，因此要保證改擴建后污水廠的供電系統為二級負荷。

2.1.2 擴建項目用電設備特點：

污水廠改擴建項目的用電設備特點主要體現在以下幾個方面：（1）污水處理設備的增加：改擴建工程通常會增加污水處理廠的處理規模，增加新的處理工藝，因而增加各種新的污水處理設備，從而導致用電負荷增加。（2）需對現有污水處理設備進行拆除及更換：改擴建工程通常會對原有的工藝進行維護及優化，故需拆除一些老舊設備或對原設備換新，因此在統計廠區總負荷時，需考慮原有設備用電負荷的增減情況。（3）工藝設備對電網的影響：隨著節能概念的深入人心，越來越多的工藝設備采用變頻控制，因此這些設備會產生高次諧波，會對電網產生污染，對電能質量影響巨大。在預算充足的前提下，可以在改擴建工程中增加有源濾波器，改善電網質量［3］。

2.2 負荷容量計算

污水廠的改擴建工程往往需要對現有變配電所進行升級改造，故需要重新計算改造后全廠的負荷容量。負荷計算結果會影響到變壓器是否需要更換以及新變壓器的容量選取，故在負荷計算時要注意一下幾點：1）使用最大同時運行負荷進行計算校驗：在負荷計算過程中，應根據工藝專業提供的工藝運行時續表確定各個工藝處理單元中的最大同時運行負荷，確定真實、準確的用電需求。2）考慮大型工藝設備的開啟臺數：對于鼓風機、提升泵等大型工藝設備，應根據污水廠運行時需開啟的最大臺數來計算負荷，保證配電系統能夠應對最高負荷的情況，確保污水廠的穩定運行。3）注意拆除設備及停用設備對負荷計算的影響：擴容改造過程中，常常會將某些工藝單元中部分用電設備拆除、停用或者減少使用時間，因而在計算用電負荷時要考慮這些設備。即需在負荷計算表中要刪除拆除或停用設備的功率，以及對于減小使用時間的用電設備，在計算時要適當的降低其需求系數［4］。

3 合理設置變配電站

本章節以《建德市城東污水處理廠三期工程》為例，此項目在一、二期工程部分工藝處理單元升級改造的基礎上，另外新建三期工程，將污水處理能力從4.9萬m3/d擴大至7.9m3/d。目前污水廠變配電間狀況為：一個高壓配電間，2個低壓配電間。從電氣方面考慮，該項目變配電站設計時需注意如下幾點：

1）在改造過程中，盡可能的減少停電時間。該污水廠為建德市最重要的污水廠之一，一旦其停止污水處理，則會影響整個區域的污水處理，可能產生嚴重的環境問題，且需要長時間的重新調試運行。故改造過程中只允許短時間的臨時停電。

2）盡可能的利用現有的配電系統，減少投資。

3）新設的變配電間盡量接近或深入負荷中心，以降低線路的電能損耗和電纜的消耗量［5］。

綜合考慮上述要求，該項目的配電系統改造如下圖1所示：

圖1 改造后的全廠高低壓配電系統圖

根據此配電系統圖可歸納為以下三點：

1）保留現有的高壓配電間及2個低壓配電間。

2）新建一處高配間，用作整個廠區的10kV電源的供電中心，10kV電源容量按全廠總負荷容量考慮。為保證二級負荷供電，選擇兩路高壓10kV電源進線，每路高壓10KV電源都可以承擔全廠全部負荷的用電。當新高配間建成后，將一、二期工程變配電房10kV電源改由新建高配間的高壓出線柜引接。采用該方案后，在新配電間及其高壓配電柜安裝完成后，再敷設新配電間到現有高壓配電間的10kV電源電纜，則一、二期污水處理設備只會在現有高配間進線柜更換10KV進線電纜時短時間內停電。此停電時間極短，對整個污水廠影響極小。

3）新建兩個低壓配電間，一個低壓配電間設置于鼓風機房旁，另外一個設置于污泥綜合處理車間內。作為三期工程中用電負荷最大的兩個單體，在其附近設置配電間，既可以有效的減少了線路的電能損耗，又可以減少了電纜的使用量，從而減少投資。

4 結束語

通過污水處理廠改擴建工程的電氣設計分析，從而提出的改造思路及建議有效解決了污水廠改擴建項目中遇到的幾個重要問題。比如停電問題、變壓器容量選擇問題等，保證了污水廠改擴建項目的正常施工的同時兼顧污水廠的正常運行。