中山市黑臭水体整治提升工程电气方案设计

何乃权

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510010）

1 工程概况

中山市中心组团黑臭（未达标）水体整治提升工程的西河涌、朗心渠、朗心四渠位于中山市沙溪镇。西河涌北起博爱一路，南至岐江河，河涌全长约0.87km，平均宽度为15m；朗心渠起始于105 国道，上游与暗渠朗心一渠、朗心二渠连通，汇入西河涌，河涌全长约1.5km，平均宽度为13m；朗心四渠起始于时代倾城东北侧绿地，上游与暗渠朗心三渠连通，下游过105 国道后从中信左岸与世纪新城3 期两个小区间穿过，汇入西河涌，河涌全长约0.75km，平均宽度为8m。

西河涌、朗心渠、朗心四渠3 条河涌现状均为黑臭水体，本工程拟通过截污与调蓄工程、清淤工程、岸线修复工程、生态修复工程、调水补水工程及水务信息化工程建设，以改善河涌水质。到2022 年，河涌水质得到改善，实现全面消除黑臭。

2 设计范围

本工程以变配电间10kV 进线电缆的终端头作为分界点，终端头以下的部分属于本工程设计范围。主要包括：总变配电室设计、污水处理站电气设备的供配电设计、电缆管线敷设设计、照明系统设计、防雷接地及等电位设计、自控仪表设计。

3 供电电源

污水处理工艺是一个复杂的生化处理过程，一旦停电将造成供氧中断，使微生物失去活性，严重影响污水的处理效果，出水水质不能满足工艺设计要求。因此，本工程对供电可靠性要求较高，用电负荷按二级设计，污水处理站采用两路独立的10kV 电源供电，入户后分别引入高压环网柜。每路电源各引入到一台变压器内，每台变压器可负载全部工作负载，使两路进线一用一备，可保障供电可靠性。

4 负荷计算及变压器选择

污水处理厂用电负荷分为照明负荷和动力负荷，动力负荷主要为水泵类负荷。负荷计算时，动力负荷采用需要系数法计算，辅助照明负荷及办公用电负荷采用单位建筑面积负荷指标计算。全厂负荷计算结果如表1 所示。

表1 全厂负荷计算结果

根据负荷计算情况，在变配电间设置2 台100kVA/10kV/0.4kV 变压器，两台变压器一用一备，单台变压器负载率68.6%。

5 变配电系统

5.1 变配电室设计

本工程新建1 座10/0.4kV 变配电室，在平面布置上，要求变配电室深入负荷中心。变配电室内设置1 组高压环网柜，两台干式变压器和低压固定式开关柜。室内设置2 台相同容量的变压器，采用1 用1 备的方式，这样既能保证双电源的供电可靠性，避免近期投入设备过多和变压器长期处于低负载率的非经济点运行而造成的浪费，又能避免将来扩建时变配电室土建结构的较大改造，节省投资和缩短污水处理站扩建的停电时间。

5.2 供配电系统设计

10kV 系统采用双电源进线，单母线分段，不设母联。正常情况下，两路电源同时带电，2 台变压器1 用1 备。低压配电系统采用单母线接线方式，低压进线处设置双电源互投开关，互投开关选用带机械互锁，任何时刻两断路器不能同时合闸。

5.3 控制方式

对于单台电气设备，主要控制方式有现场手动和远程自动控制。电气设备控制回路均设置手动/自动转换开关，每台工艺设备根据工艺运行要求决定是否加入工艺流程的自动控制系统。各工艺设备的运行/停止状态通过电气信号传递给PLC 控制器。

对于构成一个系统的电气设备（如污泥脱水系统、加药系统等），主要控制方式有现场手动和远程控制。自动控制由设备厂家配套的控制柜完成，控制柜内置PLC 控制器，并通过通信接口和上位系统通信。

电动闸（阀）门均采用一体化装置，设备自带闸（阀）门电动装置。

潜水电动机均设电流速断、泄漏、过载、温度及干运行等保护。

5.4 电能计量及无功补偿

本工程采用低压计量方式，在低压进线柜内装设专用计量装置。计量仪表按照电力部门要求装设，动力和照明合并计量。

在变配电间低压母线上设电容集中自动补偿装置，对用电负荷进行功率因数自动补偿，步数不小于6 步，补偿后实际运行中功率因数达到0.92 以上。

6 照明设计

照明系统采用独立的低压配电回路，在变配电室的0.4kV 侧低压柜内设单独照明馈线回路，照明回路采用“T”接方式，减少照明回路，节约线缆。

综合服务用房的照明采节能型荧光灯具，辅以局部照明，使其满足功能要求。其余各高大建筑物、生产车间的照明灯具主要采用金属卤化物灯，并以吊装形式为主，方便维护和检修，按照功能要求，必要时设置局部照明。

厂区内道路采用普通路灯照明，选用LED 灯光源，灯杆选用4.5m 高度的庭院灯具，标准间距20m 沿巡检路单侧进行布置。照明控制采用手动控制和时间控制方式。反应池上照明亦采用庭院灯，选用高压钠光源，灯杆高度为4.5m，具有装饰效果，作为巡视、维护检修用。庭院灯以TN-S 接地系统，在各回路配电柜出线处及末端设置重复接地。综合服务用房等有人值班的建筑物内部及公共疏散通道处设置应急照明，应急时间不小于90min。厂区建筑物主要照度标准如表2 所示。

表2 厂区建筑物主要照度标准

7 防雷接地

本工程低压配电系统采用TN-S 制接地型式。电气信息设备的保护性接地、功能性接地以及建筑物的防雷接地共用一组接地系统，接地系统的电阻不超过1Ω，并实施等电位联结措施。低压进构/建筑物的馈线电缆距离超过50m 时，设重复接地装置，接地电阻不超过10Ω。

8 电缆设计

电缆的导体材料均选用铜导体，动力电缆选用交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆；控制电缆均选用铜芯聚氯乙烯绝缘控制电缆。动力电缆截面按持续工作电流确定允许最小电缆截面，同时还要考虑环境温差、土壤热阻系数差异、电缆多根并列等因素的影响，选择适当的修正系数，合理选择电缆截面。厂区电缆以直埋和电缆沟的敷设方式为主，厂区需合理布置电缆沟，电缆沟采用混凝土电缆沟。电缆沟内控制电缆和电力电缆分层按顺序敷设。电缆直埋过路时需穿管保护。各构筑物内依据现场实际情况，电缆敷设可采用室内缆沟、桥架及预埋钢管等方式。

9 自控仪表设计

9.1 设计范围

自控仪表设计包括污水处理站检测仪表、网络通信、自动控制装置及自控仪表防雷接地设计等。

本工程方案设计，拟采用集散型计算机控制系统和智能测量仪表组合的方案，监控中心的计算机工作站与现场可编程逻辑控制器通过以太网通信，现场设备的运行状态信号通过I/O 模块采集，引至相应的PLC 控制器。采用此种方案结构可使生产过程中的信息集中收集管理，实现整体的操作和优化，而且大大提高了系统的可靠性。

污水处理厂、调蓄池、一体化泵站、智能截流井、溢流井及格栅井等设为工作子站，每条河涌内的工作子站设为一个分站，分站将各子站信号通过以太网与监控中心的计算机工作站通信。各子站之间能过光纤连接到对应的分站，且各子站具有4G 无线通信模块作为备用的通信方式。智能截流井、溢流井子站闸门设超声波水位检测仪，根据水位控制雨水闸门开闭；格栅井子站闸门设超声波水位检测仪，根据水位维持污水闸门开度，避免截污管内压力过高。

9.2 自控系统结构

自动控制系统采用3 层的结构形式，包括信息层、控制层和设备层。信息层的设备放置在中央控制室，采用具有客户机/服务器结构的计算机局域网，网络形式采用1G 速率的以太网。系统预留通信接口，方便中远期自控系统接入。控制层采用工业以太网，混合结构的通信方式连接各分站和厂内各子站。设备层设在各条河涌的子站，成套设备控制系统作为控制器的远程子站，现场控制子站为无人值班模式，操作界面采用触摸显示屏。

9.3 自控系统功能

污水处理厂、一体化泵站、智能截流井、格栅井等的运行监控功能通过设置在各子站中智能仪表及机械设备、配电柜内的传感器、现场控制箱、变送器所采集的实时信息经就地的PLC 控制器的收集、预处理以后上传到控制室进行统计、处理、存储，将采集到的全部自动化信息作为依据，经过人工判断或数学计算以后，按周期发出各类运行控制命令到各就地子站执行。污水处理厂内设有安全与环境监控功能，应包含有害、有毒、易爆、易燃气体的监测；厂区内设视频监视和安全防范系统。

10 结语

西河涌、朗心渠、朗心四渠水质整体提升工程是一项惠民工程，本工程的实施，将改善河道及周边环境质量，改善市民生活质量，绿化市容，促进社会和环境的良性发展，实现环境效益、社会效益和经济效益达到有机统一。本文介绍了该项目的电气及自控工程设计，在设计过程中采用的技术及措施可以为类似项目提供借鉴。