污水处理厂提标改造工程供配电系统方案

魏国文， 丁查明， 王振宇

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

随着污水处理工艺的升级，大型污水处理厂提标改造中新增的电气负荷相应大幅增加，电力系统增容是常见的供电要求；同时污水处理厂在提标改造过程中有不停产的要求，给供配电系统方案选择增加了难度。供电方案选择不当不但会对污水处理厂运行造成严重的安全隐患，还会伴随出现过度投资、系统繁杂、实施困难等次生问题；如何选定优化合理的供电方案是大型污水处理厂提标改造工程供配电系统技术研究的热点。本文以某城市大型污水处理厂提标改造工程供电方案为例，选择对原厂高压系统升级改造方案，贯彻执行了国家的技术经济政策，做到保障人身安全、供电可靠、技术先进、经济合理[1]。

1 工程概况

污水处理厂原老厂建设规模为26×104m3/d；完成扩建工程一、二期后建设规模为64×104m3/d，处理水质为二级标准排放；现污水处理厂提标改造工程要求设计规模为67×104m3/d，处理水质达到一级A 排放标准。 厂内建有一座35 kV 变电站，内设35 kV 高压系统、35 kV/10 kV/8 000 kVA 主变压器2 台及10 kV 高压系统，2 台主变压器同时运行。10 kV 系统馈出线为：原老厂区8路、扩建工程一期4路、扩建工程二期4路，共16 路。35 kV 电源外线由110 kV 上新河变电站的污水站线及上江线提供2 路电源，电缆通过过江隧道至污水处理厂35 kV变电站。见图1。

图1 现状厂区35 kV高压系统结线

2 工程难点分析

高压配电装置的设计需做到安全可靠、技术先进、经济合理、便于检修和维护[2]。方案选择的第一个难点是供配电系统安全性和经济性的矛盾，在供电系统安全性的基础上同时满足工程造价的合理性是供电方案选择的关键；第二个难点是电气系统要求简洁高效、具备可实施性。

3 供配电方案选择

3.1 负荷等级的确定

大型污水处理厂的负荷等级应为二级[3]，原污水处理厂已确定为二级负荷，改造工程负荷性质不变。根据该项工程负荷等级的用电要求，需要两回路电源供电，一用一备，当有一回路中断供电时，另一回路应能满足全部二级负荷[4～5]。

3.2 供配电负荷

在原厂8 座10 kV 分变配电间基础上新增提标扩建工程的2 座10 kV 分变配电间，共10 座分10 kV 变配电间。原有的8 座10 kV 分变配电间电气负荷按照工艺专业提出的工艺用电负荷重新计算，计算负荷、变压器配置及工况均有重新调整变化；提标扩建工程的2 座10 kV 分变配电间用电负荷为新增负荷。见表1和图2。

表1 各10 kV分变配电间负荷计算

图2 污水处理厂提标改造工程厂区供电负荷分布

3.3 供配电系统方案

以供电安全可靠、经济合理、高效简洁、可实施为原则，结合污水厂内部运行管理要求、外部供电允许条件综合确定供电方案。

3.3.1 方案一

原厂区35 kV 变电站维持现状不变，提标扩建新厂区部分由供电单位110 kV变电站直接新引入10 kV电源。35 kV 变电站无需增容，现状2 台8 000 kVA 主变压器同时工作方式不变，35 kV系统仍保留由江边泵站110 kV 变电站引来两路35 kV 外线电源工作方式。扩建的新厂区新建一座10 kV变电站，由供电单位110 kV变电站直接就近新引入2路10 kV电源。见图3。

图3 供电方案一

原35 kV 系统中10 kV 馈出线拟调整为：原老厂区6 路，扩建工程一期4 路、扩建工程二期4 路，利用排放泵房停用的两路出线新增2 路综合控制化验中心出线。

该方案的优点是原35 kV变电站基本无电气设备改造内容，只涉及个别馈出线调整及继电保护定值调整，能满足污水厂提标改造期间平稳生产运行要求，安全性较高；另一方面，新厂独立新建10 kV高压配电系统，时效性较好，较容易实施。

该方案的缺点是原厂高压系统电气设备老化的安全隐患没有解决；建成后厂内有4 路外线电源，存在原35 kV 及新建10 kV 两个变电站，不利于运行管理；老厂2路35 kV、新厂2路10 kV，存在多处计量点；另一方面新引来2路10 kV电源，新增外线费用较高。

3.3.2 方案二

将原35 kV 变电站改造为10 kV 变电站，全厂只设置一个10 kV 主变压器配电系统。即原35 kV 系统及主变压器停用，原由110 kV变电站经过江隧道引来的35 kV 外线停用，35 kV2 台8 000 kVA 主变压器报停；对10 kV 系统重新升级改造，由供电单位110 kV变电站直接引入2 路10 kV 电源满足全厂新老负荷。见图4。

图4 方案二

该方案的优点是只设一个新建的总10 kV 变电站，变配电系统重新设计，方便用电管理，安全性高。

该方案的缺点一是原35 kV 变电站报停，造成原有供电资源严重浪费；另一方面，需要供电部门提供的10 kV出线间隔供电容量较大且供电外线实施费用偏高。

3.3.3 供电方案三

将原35 kV 变电站改造增容，新老厂区供电均由改造增容后的35 kV 变电站供电。原变电站35 kV 主变压器由8 000 kVA增容至12 500 kVA。见图5。

图5 供电方案三

该方案的优点是只设一个35 kV 变电站，方便用电管理，安全性高；只涉及上级变电站一个供电部门，外线电源供电间隔容量及线路仍可满足本工程要求，外线增容的费用因无配电贴费而大大降低。

该方案的缺点是原35 kV 变电站内改造工程较为复杂，需做好2 套主变供配电系统改造不停电实施预案。

3.4 供电方案的确定

结合供电部门外部条件及污水处理厂内部管理要求，供电方案的确定需考虑以下因素：

1）原35 kV 变电站增容改造具备外部条件，供电的35 kV 电源外线即110 kV 上新河变电站的污水站线及上江线两路电源供电间隔容量及线路仍可满足本工程要求，外线增容无配电贴费，其费用大大降低，相比较方案三经济性更加合理；

2）污水处理厂经过近十几年满负荷运行，存在电气设备老化、已到使用寿命和部分配件采购不到等问题，给安全运行带来很大隐患；因此原厂区整体，特别是35 kV 变电站的电气设备需要全部更换，方案三可以满足内部运行管理的要求；

3）就近提供2 路满足二级负荷要求的10 kV 间隔不具备条件，方案一、方案二报请供电部门外线增容外线费用过高。

最终确定方案三为本工程供电方案。

4 结语

大型污水处理厂提标改造工程的供电方案，一定要在供电系统的安全可靠性和经济合理上找到平衡点，综合考虑外部供电条件及污水厂运行管理合理等多方面因素确定。本工程在合理兼顾供配电系统安全性、经济性，同时满足电气系统高效简洁、可实施性的条件下，完成了供配电系统升级改造。