某污水处理厂提标改造电气设计方案优化

张一丰

摘要：现状污水厂改造中电气设计相对复杂，改造方案多样，电气方案对工程投资、运行影响大，本文结合具体实例，对污水厂改造电气设计的一些要点进行阐述分析，提出几点建议，为类似工程电气设计提供借鉴和参考。

关键词：污水处理厂；改造；电气设计；变压器选择

本文主要以某现状污水处理厂扩建及提标改造工程为研究对象，从该污水厂供电电源、变电所改造方案及变压器选择、电气设备选型、改造单体配电、厂区照明等方面出发，优化电气设计。

一、工程概况

拟扩建改造工程为河北深州市某污水处理厂，现状处理规模5万m？/天，现状计算负荷约450kW、500kVA，厂区现状鼓风机房南侧已建10/0.4kV变电所1座，供电电源为1路10V市电；高压侧单母线分段带母联接线，高壓柜为KYN28-12中置柜；低压侧单母线分段带母联接线，低压柜为MNS抽屉柜；设2台SCB9-630kVA干式变压器，同一用一备。本次扩建工程处理规模5万m？/天，深度处理部分规模10万m？/天。改造单体为：粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池、生化池、中间提升泵站、加氯间、鼓风机房；新建单体为：平流式初沉池及配水井、污泥回流泵房、二沉池、二期生化池、高效沉淀池、反硝化滤池、储泥池、污泥脱水机房、巴氏计量槽及中水回用泵房、出水在线监测间、综合楼。厂区用地红线近似为278x156m（长x宽）矩形。

二、电气设计

1、供电电源

本工程负荷等级为二级，现状高压侧为单母线分段接线，原设计为2路市电供电，现状只有1路市电供电，不满足二级负荷的供电要求。考虑本次扩建改造后处理规模大、出水水质要求高，柴油发电机组需要较高的日常维护水平才能保证其在市电断电时可靠发电，并综合考虑供电可靠性、维护要求、投资及运行成本，采用新申请1路市电供电，与现状1路市电一用一备的方案。

2、变电所改造方案及变压器选择

本次扩建及提标工程新增设备装机功率1302.4kW，计算负荷837.4kW，改造后全厂总计算负荷1216.7kW。

（1） 方案一：现状变电所内变压器增容。高压侧仅需更换计量柜、进线柜、出现柜内CT；现状2台SCB9-630kVA变压器增容为2台SCB11-1000kVA干式变压器，运行方式改为同时使用、互为备用；低压侧更换低压进线总柜、母联柜、电容补偿柜和所有低压柜内铜母排，低压I段、II段分别增加3台出线柜。

（2） 方案二：新建1座分变电所。现状单体改造及新建综合楼、初沉池、生化池由现状变电所供电，改造后所带用电负荷为701.6kW，现状变压器运行方式由一用一备改为同时使用、互为备用，仍能满足供电要求；高压侧需额外增加2台出线柜；变压器保留现状；低压侧分别在I段、II段增加1台出线柜。新建污泥脱水机房东侧新建1座分变电所，负责深度处理单体和污泥脱水机房内各用电设备的供电。新建分变电所高压侧采用单母线分段接线，低压侧采用单母线分段带母联接线，设2台SCB11-500kVA干式变压器2台，互为备用。

方案一优点是不需要新建变电所，高低压设备及土建一次投资少。缺点是现状变电所改造会影响厂区的正常运营，尤其是分段更换低压柜内铜母排，需要多次较长时间的停电，造成减产、停产甚至出现水质不达标；供电半径大，尤其是污泥脱水机房和深度处理区，用电负荷高达515.1kW，供电半径220～270m，为满足电压降和末端接地故障灵敏度要求，需要选择多根大截面电缆，电缆投资大、电能损耗大。

方案二优点是对厂区正常运营影响极小，且变电所位于负荷中心，电能损耗少，电缆投资小。缺点是需要占厂区用地新建变电所，土建和高低压设备初期投资高。

3、电气设备选型

现状变电所新增高压柜采用KYN28-12移开式中置柜，技术成熟，具有很高的可靠性和安全性；高压开关选择集弹簧储能和开关操作等一体的真空断路器，可操作次数高、合闸分闸时间短、较高的合成度、出现故障的概率低等优点。

新建分变电所高压柜采用SM6-12环网柜，高压开关选择负荷开关熔断器组，短路保护利用上级变电所内断路器保护。既能满足可靠性、安全性、可操作性等使用要求，又节省占地和投资。变压器选择SCB11型环氧浇注型干式变压器，噪音小、散热能力较强、损耗小，满足GB20052-20134.3条表2中能效等级2级的要求。

4、厂区照明

厂区现状采用高杆灯照明方式，在现状生化池两侧各设置1组8x400W高杆灯，兼作厂区道路照明和池上照明。经过现场踏勘及现场运营人员的反馈，池上照明的效果非常好，但厂区道路暗区很多，尤其是远离生化池的一些构筑物背面，本次考虑在全厂远离生化池的外围及深度处理区设置庭院灯，高4m，光源采用30WLED灯，间距20～25m，满足厂区夜间维护巡检的要求。

5、改造单体配电

现状变电所已预留粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池改造新增设备出线开关，本次直接沿用即可。

现状生化池改动大，工艺设备全部废除重新设计，计算负荷增加近1倍，本次重新设计户外动力柜，电源引自现状变电所新增低压开关柜。

现状中间提升泵房设备全部更换，考虑到中间提升泵房距现状变电所约170m而距新建分变电所仅50m，本次改造设备电源全部改接至新建分变电所。

现状加氯间MCC仍有富余容量和备用出线开关，本次改造更换设备电源直接可用，无需再从变电所引电源供电。

现状鼓风机房设4台90kW风机，变电所内也预留了远期2台90kW风机出线，本次改造原风机全部废除，新增3台160kW空悬浮风机，本次由现状变电所新增低压开关柜重新引电源供电。

三、结论和建议

现状污水厂情况复杂、各项条件千差万别，改造电气设计需要综合考虑各项因素，权衡利弊，选择最可靠、最经济、影响小的方案。

污水厂改造电气设计应注意以下几点：

（1） 用电负荷增加需要更换现状变压器时应慎重，在厂区用地条件许可的情况下，尽量在新增用电负荷中心新建变电所。 （2） 不可仅根据图纸资料来确定现状实际情况，应现场核对重要设备参数，例如电源情况、变压器规格、高压柜柜型、低压柜备用回路。（3） 多与厂区运营人员沟通，了解厂区运行出现的各个问题、图纸与实际不一致的大功率用电设备。（4） 设备选型不能简单与现状保持一致，应选择满足现行绿色节能要求的节能型产品。 （5） 改造单体的配电方案需要因地制宜，选择经济合理、便于实际可行的方案。

参考文献：

[1]郭杏丽.浅谈城镇污水处理厂供配电系统设计节能及优化措施.设计与分析，2013，（3）.

[2]杜宾.某污水处理厂电气升级改造设计.大科技，2016（1）.

[3]蒋玉龙.污水处理厂电气设计若干问题探讨.建筑工程技术与设计，2018（9）.

（作者单位：南京市市政设计研究院有限责任公司）