浅谈中小型污水处理厂电气设计

作者：范少球

来源：《海峡科技与产业》 2018年第4期

摘要：文章介绍中小型污水处理厂电气设计内容，设计原则及注意事项。

关键词: 污水处理厂；供配电；自控；节能

中图分类号：X505 文献标识码：A

1 电气设计概况

随着国家对污水处理要求日益提高，排放标准也在不断提高，水资源短缺需要增加污水回用和雨水的利用等，污水的处理和合理的利用越来越受人们的关注。如何在技术上有效、合理地完善污水处理系统功能，节约能源，是污水处理厂电气设计的核心所在。污水处理厂电气设

计主要包括供配电系统、配电装置、照明、电缆的选型和敷设、防雷与接地保护、自控仪表等。

2 供配电系统

2.1 供电电源

根据现有规范，污水处理厂的额定负荷为二级，需要双向供电。两个电源逐个使用并用于相互备份，当主回路电源出现故障时，其他回路电源应确保整个工厂正常供电。当一些地区不满足两路电源供电情况时，应至少申请一路专线电源供电，并且自备柴油发电机作为备用电源，以保证厂区重要负荷供电的连续性。

2.2 变配电系统

2.2.1 配电中心设置

将变配电中心尽量布置在靠近负荷中心的位置，可减少因距离而产生的线路损耗，降低供电成本及电缆的初始投资成本；且因越靠近负荷中心供电，稳定性越高，保障供电安全。当然，任何新建的输配电设施都应考虑未来扩建的可能性，在考虑建筑空间后，设备的位置将会增加，设备接口将被保留以便于未来的开发。

2.2.2 供电系统

10kV 电源高压侧可采单母线不分段运行，两路10kV 进线开关柜间要有机械及电气联锁；如果经济条件允许，也可采用可靠性更高的单母线分段运行接线方式。污水厂内变配电系统宜设两台变压器，容量相同，一用一备，分列运行，低压侧采用单母线分段接点连接方式，进线与接点开关之间需要3 个锁，两个按键和电气联锁。

2.2.3 变压器选择

变压器是供配电系统的核心，应根据污水厂负荷容量及分布情况，对负荷进行合理分配，确定变压器供电范围，同时考虑变压器效率以及运行的经济分析，选取负荷与容量匹配的变压器，并使其工作在高效区内。变压器型号选择上，目前我国推荐使用节能型变压器型号为油浸式变压器S11 系列、干式变压器SCB10 系列以及非晶合金变压器SCBH15 系列。

2.2.4 无功补偿

功率因素作为评价配电系统经济运行的重要标志之一，提高功率因素可减少大量的无功电能消耗设备使用功率，有效地降低了电线电缆中的线路损耗，达到节能目的。因为污水处理厂负荷一般比较集中，可以在变配电所低压侧设置集中电容自动补偿装置，补偿后低压侧功率因数不低于0.95。

2.2.5 低压配电

在污水厂电气系统的配电级数不宜过多，一般宜在2 ～ 3 级，应尽量使配电系统简单化，易于管理，降低电能损失，提高配电系统的稳定性。配电中心采用放射配电方式向各大负荷用电设备（如进水泵房提升泵、鼓风机、氧化沟曝气机）及各单体（粗格栅及进水泵房、细格栅及沉砂池、氧化沟、污泥泵房及二沉池、滤池及反冲洗泵房、加药加氯间及消毒池、办公楼等）总动力配电柜供电；各单体内小动力设备由该单体总配电柜供电。

2.2.6 保护方式

如果污水厂用电负荷不大（单台变压器容量不大于315kVA），高压柜可选用固定式高压环网开关柜，变压器采用高压负荷开关+ 熔断器组进行保护；变压器容量较大时，可选用成熟可靠的金属铠装封闭式中置高压开关柜，高压开关柜馈线回路设电流速断、过电流、过负荷、单相接地及温度保护。

低压开关柜采用抽出式，易于维护。低压线路开关提供过载延时和短路快速断开保护，低压电力设备和馈电电缆具有短路和过载保护。

3 照明系统

污水厂照明主要分为建筑照明、构筑物照明和厂区道路照明三类。在照明设计上可以从光源及附属装置的选择、灯具防护要求、应急灯设置等方面考虑。为体现“绿色照明”的理念，针对不同的环境及其对照度和显色性的要求不同进行选择，具体根据《建筑照明设计标准》

（GB50034）及《城市道路照明设计标准》（CJJ45）的规定执行。在变配电所、控制室、泵房、加药加氯间等特殊场所应设置应急照明，保障操作人员安全。

4 电缆的选型和敷设

合理设计，减少配电线路长度，减少电能损耗，是有效节能方法。在污水厂设计选择电缆类型时，应考虑到减少线路的损失，以及污水厂大多为碱性的腐蚀环境，因此在室内敷设的电缆采用铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆，室外敷设的电缆采用铠装铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆。室外电缆一般采用电缆沟、穿管埋地或直埋敷设，室内电缆采用电缆沟、桥架或穿管敷设。

5 防雷与接地保护

应根据当地雷击次数及建筑物高度确定建筑物防雷等级，再按该建筑物防雷等级设置防雷装置，满足防直击雷、防雷电感应及雷电波侵入，并在建筑入口处3m 及防雷引下线周边3m 范围的地面下敷设不小于50mm 厚沥青绝缘防护层，防止跨步电压。为防治雷电波侵入，10kV 高压侧装设避雷器作雷电侵入波过电压保护，低压配电柜（箱）进线处设置SPD 浪涌保护装置，进出防雷保护区的线路加装设防雷保护器。

6 自控仪表设计

6.1 计算机自动控制系统概述

根据污水处理厂生产过程，整个计算机监控系统分为两层：第一层为现场自动化层，主要由PLC、检测仪器、电子控制设备组成；第二层是中央控制管理层，主要由IPC、服务器和输入/ 输出设备组成。中央控制室与现场自动化层之间采用环网工业以太网进行数据通信和信息交换，星状以太网用于中央控制室与工厂生产管理之间的数据通信和信息交换。

6.2 现场自动化层

构成现场自动化层的装置有PLC 工作站、过程检测仪表、配电控制设备等。污水处理厂如不含深度处理部分，根据厂区平面布置，全厂现场自动化层一般可设置4 个PLC 工作站，分别为配电中心控制站PLC1（负责范围：粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池、进水计量井、配电中心）、污泥泵房控制站PLC2（负责范围：氧化沟、污泥回流泵房、二沉池）、消毒出水池分控制PLC3（负责范围：加药加氯间、接触消毒池、出水计量渠、出水水质监测用房）、污泥脱水车间分控制PLC4（负责范围：污泥脱水车间、污泥浓缩池）。

6.3 控制中心

控制中心以运行监控为主要内容，具有一定的管理功能。该层面适用于系统操作员和控制系统工程师，因此需要配备功能强大、功能完备的计算机系统，控制中心位于办公楼的中央控制室。控制中心由两台工业控制计算机和一台服务器组成，两台 工业PC 用作监控计算机，另一台用作管理计算机，两台计算机互为冗余，服务器主要用于隔离过程总线与终端总线，以进一步提高整个计算机监控系统的可靠性。

6.4 系统防雷

计算机监控系统和PLC 模块应根据“三类”防雷要求进行选择。为了进一步提高系统的可靠性和稳定性，系统中添加了隔离继电器，用于所有DO/DI 模块的防雷保护，另外在所有AO/AI 点增加过压保护器；所有在户外安装的仪表均加装过压保护器。

6.5 过程检测仪表

根据工艺流程和现代化管理的需要，在每个生产现场设置在线检测仪器，并根据检测位置的环境条件、检测对象的特异性，检测的准确性和适用范围以及维护和调试调整的便利性对过程检测仪表进行选择。

7 结语

污水处理厂电气设计的方法和措施还有很多，这里只简要从节能、经济、技术上阐述中小型污水厂设计内容。当然，要实现有效、合理的污水处理系统功能，还需要结合具体的生产工艺要求和处理规模，利用科学的控制和管理手段，为我国的污水治理献出自己的一份力量，让我国的水能更加的清澈，更加的干净。

参考文献

[1] 周加育. 浅谈市政工程电气的节能设计[J].中国科技博览，2015(45):298-298.