污水厂电气自动化系统综合设计

白小平

摘要：本文结合临平净水厂案例，进行分析探讨污水厂电气自动化系统综合设计。

关键词：负载率;计算负荷;PLC

1 工程概况

位于浙江省的临平副城没有配套的城市污水处理厂，现状城区污水排入杭州七格污水厂进行处理。随着城市的发展，临平污水收集系统的污水量将快速增长，七格污水厂无法全面解决临平副城的污水处理问题。只有尽快建设临平污水处理厂，才能从根本上解决临平污水的处理问题。该项目的处理规模是20 万 m3/d，其初步设计方案主要结论是厂区形式采用全地埋式布置;污水处理工艺采用水解酸化+膜生物反应器（MBR），出水标准执行国家一级 A 标准，污泥处理采用离心脱水至含水率低于 80%， 外运处置。在进行处理污水的原则之一是采用先进的自动控制技术，实现管理的科学化、自动化。

2 污水处理工艺介绍

污水厂常见的水质参数指标有固体悬浮物SS、浊度、氨氮 NH3-N、总磷 TP、总氮 TN、pH、化学需氧量 COD、生物需氧量 BOD，其中pH、COD、氨氮是污水厂进出水最重要的指标。根据不同的进水水质、出水排放标准，以及厂区、投资额等因素，所使用的污水处理工艺多种多样。 常见的污水处理工艺有：AO、AAO、MBR、BAF、UNITANK、CASS、生物滤池、生物膜法等。该污水厂的污水处理工艺采用水解酸化+膜生物反应器（MBR）。

3  污水厂主要机电设备介绍

污水厂常用的工艺设备有：格柵、闸门、水泵、除砂器、搅拌器、鼓风机、刮泥机、过滤设备、消毒设备、污泥脱水设备等。污水处理工艺的主要设备介绍如下[1]：

（1）格栅：分为粗格栅和细格栅，作用是分离水中的垃圾杂物。细格栅均采用板式格栅除污机，4 台。

（2）孔板膜格栅：主要设备是板式膜格栅除污机，6 台。单台格栅最大过流量 Q=600L/s， 穿孔孔径 1mm，配用电机功率 1.5kW。

（3）水泵：包括污水提升泵、回流污泥泵、剩余污泥泵等，其中最重要的是污水提升泵、回流污泥泵，配置剩余污泥泵 12 台，功率 5.5kW。

（4）鼓风机：污水厂使用10KV高压离心鼓风机，效率更高。鼓风机的作用是给生化池鼓吹空气， 调节生化池的溶解氧值;膜池给膜组器曝气，鼓风机也是重要能耗设备。

（5）消毒器：本工程采用紫外管式消毒器，共 8 套，每套处理能力 Q=2.5万 m3/d， N=17.5kw。

（6）脱水设备：分带式脱水机和离心式脱水机 ，其中离心式脱水机效率较高，其造价也相对较高。

4 污水厂电气设计

4.1 用电负荷计算

在进行污水厂电气系统设计之前， 必须先列出整个厂区所有机电设备的功率、效率、安装台数、实用台数等，还必须了解每种机电设备的相数、工作电压、功率因素、额定电流等。 污水处理厂主要用电负荷在细格栅及曝气沉砂池、水解酸化池、MBR 系统、鼓风机房、脱水机房、加药间、排水泵井、通风及除臭等，另有其它生产用电及办公用电。最大单机容量设备为鼓风机房的单级高速离心鼓风机，单机容量 355kW，4 用2 备。根据负荷两端集中的特点，在进水侧和出水侧分别设置两台变压器，共 4台变压器。进水侧 0.4kV 装机容量为 2304kW，用电功率 1862kW，计算负荷有功功率 1069kW，视在功率为 1117kVA。出水侧 0.4kV 装机容量为 5076kW，用电功率 4384kW，计算负荷有功功率2728kW，视在功率为 3020kVA。0.4kV 总装机容量为 7380kW，总用电功率 6246kW，总计算负荷有功功率为 3797kW。10kV 高压风机装机容量为 3810kW，用电功率 2540kW，计算负荷有功功率为2032kW。

4.2 低压配电系统一二次设计

低压配电系统主要包括低压进线柜、功率补偿柜、联络柜、馈线柜。污水厂的低压一次回路设计一般遵循“自下而上”的原则。先确定主配电房和各子配电房的位置;再根据全厂机电设备的额定电流、台数、安装位置、启动方式等，设计出每一区域、工艺段的子配电系统;然后根据各主要设备和子配电系统的计算负荷、额定电流等，确定主配电房的低压出线回路 。全厂机电设备的出线回路确定好以后， 就能根据配电房的位置情况等，确定进线柜、母联柜、无功因素补偿柜，还可确定各重要设备的变频器、软起动器配置。 低压进线总开关的容量，应比全厂总计算负荷高一个等级，并留有一定的余量。无功功率补偿柜的容量根据变压器的容量而定，一般取变压器额定容量的 1/3 左右为宜。 低压联络柜不是每套配电系统都需要，一般有重要用电负荷时，才会设置 2 路进线（配置多 1 台变压器或发电机）。 低压进线柜、联络柜三者只能合其二，必须做好必要电气、机械联锁保护[2]。

4.3 变压器容量选择

根据计算结果选择变压器容量。本工程用于进水侧高压房变配电中心变压器容量为两台 1000kVA/10/0.4，两台变压器同时工作，互为备用，变压器负荷率 56%，一台变压器故障时，变压器的负荷率为107%， 负荷保证率为 90%。出水侧综合楼变配电中心变压器容量为两台 2000kVA/10/0.4。两台变压器同时工作，互为备用，变压器负荷率 76%，一台变压器故障时，变压器的负荷率为 107%，负荷保证率为 66%。

4.4电缆敷设

按照电缆使用环境确定敷设方法：一般使用环境下的构筑物的电线、电缆采用电缆沟、电缆托盘敷设，或穿管明敷、暗敷。污水厂具有一定的腐蚀性，为了提高防腐能力，电缆保护管采用镀锌钢管，设备端采用防腐型可挠金属管进行布线。厂区负一层，负二层电缆在电缆桥架上敷设，电缆桥架或插接母线穿越不同防火分区时，采取防火封堵措施。电缆采用聚乙烯绝缘聚乙烯护套低烟无卤阻燃电力电缆，此种类型的电缆具有较高的载流量，导体最高工作温度可达105。C。消防采用耐火电缆，单独敷设于消防专用桥架，桥架表面需涂防火漆以做保护。

厂坪电缆一般采用在电缆沟内敷设，具有投资省，占地少，走线灵活且能容纳较多的电缆等优点。电缆沟设置在道路一侧的绿化带内。电缆沟考虑分段排水，每隔 50m 左右设置排水管，接入就近的雨水井。根据国家规范的规定，电缆敷设在同一通道中位于同侧的多层支架上，按电压等级由高至低的电力电缆、强电至弱电的控制和信号电缆、通信电缆、至上而下的顺序排列。信号与通信电缆敷设在电缆支架的最下层。厂坪电缆沟在进入各建筑物或构筑物时，一般采用穿管敷设，穿线完成后，采取防火封堵措施[3]。

结语

污水厂的电气自动化系统综合设计是一个复杂的过程，要设计出合理的电气自动化系统， 既要了解污水厂的处理工艺，又要熟悉污水厂机电设备的原理和控制;既要掌握基本的电气一二次设计常识， 又要熟悉 PLC 控制系统的设计和水质仪表的选型等。 本文总结了以上几方面的经验，为污水厂的电气自动化系统的综合设计提供了依据。

参考文献

[1]农村水厂存在的问题及对策探讨[J]. 吕加宏.  江苏卫生保健. 2003（02）

[2]农村水厂管理存在问题和对策[J]. 钱耀忠.  江苏卫生保健. 2000（S1）

[3]兴化市农村水厂现状分析与对策探讨[J]. 葛强.  中国初级卫生保健. 2005（10）