污水处理厂的电气节能措施分析

徐 威

（武汉中科水生环境工程股份有限公司，湖北武汉 430064）

污水处理厂的能耗较大，故此，需要在节能降费方面给予重视。但就目前，一些污水处理厂因本身电气装置不科学、设计不严谨、规制不健全等因素，导致污水处理中会消耗大量的能源。为了实现节能降耗的目的，污水处理厂应开展密切的流程拟建，采取有效措施，强化污水处理效能，推进污水处理厂稳定、持久的发展。

1 污水处理厂概述

1.1 污水处理厂的概念

城市污水处理厂也被称为“废水处理厂”，主要是用来处理废水，使排出的废水符合标准，从而保证水质，保护水环境。污水处理厂是由多个单元过程组合而成的系统，具有复杂性的特点。现今，污水处理厂通常采取集中处理和分散处理的方式，一般结合生物、化学、物理等方法进行处理，在保证处理效果的前提下，减少能源耗损，节省运行费用，增加经济效益。

1.2 污水处理设施的能耗组成

污水处理厂内的电器设备较多，通过分析发现，主要有进水泵、污泥回流泵等耗能设备；有供气设备、加药泵、污泥泵等保持需氧量的设备；有除泥机、污泥吸附机、紫外线灭菌设备等操作工艺设备；有搅拌器、泥浆罐搅拌器等预防杂质沉淀的设备，也有照明灯、电热设备；另有污泥浓缩脱水机、滤网反冲洗等设备。在选择和使用过程中，一定要结合设备的类型参数进行分析，选择高效能、低耗损的节能型设备。

2 污水处理厂目前运转状况

现阶段，污水处理厂的操作程序正向标准化、简洁化、专业化方向发展，且很多污水处理厂所用的电气设备都具有节能、智能的特点，都可以在一定程度上提升污水净化功效。根据当下污水处理厂电力运转情况来看，一些污水处理厂还会采取厌氧作业的操作方式来处理污水，在应用过程中，会产生沼气资源，使整体处理效能得到明显的提升。另外，许多污水处理厂采取污水好氧生物转化的方式来处理污水，这种操作方式比较简单、便捷，能够在短时间内完成污水净化处理，不过，该方式在实际操作中也不可避免地出现一些问题，以电气能源耗损大为主要表现。因此，污水处理厂探索有效的电气节能措施是十分必要的。

3 污水处理厂电气节能问题

3.1 电气设备能源管理不到位

电能耗损关系到污水处理厂的经济效益，因此，必须建立科学完备的管理体制。然而，现下很多处理厂管理系统存在漏洞，并未结合实际情况，对制度内容做出改进和完善，工作人员缺少对电气节能的重视，导致污水处理厂能耗较大，如所用的电气设备功率型号太大，或者选材太重，都会影响到电气节能效果。

3.2 处理厂的电气运行不正常

污水处理厂静电除尘器运行中，容易出现短路的现象，这样一来，设备运行中产生的电能也会增多，另外，倘若除尘效果不佳，也会带来较大的用电损失。加上污水处理厂的电气运行设备较多，要是这些设备不能按照标准负荷运行，一旦超出荷载限量，将会增加处理厂的电耗。

3.3 灯饰使用寿命短、效能低

由于污水处理厂的照明设备使用寿命较短，在运行中，容易出现零部件损坏的问题，而且部分处理厂对于节能灯推广不及时，并未引进先进的照明节能技术，也就无法有效发挥节能效果。经调查发现，污水处理厂配线也存在问题，通常情况下，灯饰线路和电力负载线路连接一回路，但是电力负荷回路电压一般超过400 V/230 V，致使灯饰所用电压过高，造成电能浪费。

4 污水处理厂电气节能设计

4.1 合理设置变电场所

科学选择变电操控站建设场所是污水处理厂电气节能设计的第一步，在设置变电场所中，应该考虑到节能降耗的问题，尽量使用直流屏、低压抽屉式配电屏、低压配电柜等，适当调节污水处理厂内电气设备的参数，并通过分析电气设备运行状态，做实管理，降低供配电系统的电能耗损，达到节能降耗的目的。

4.2 恰当选用变压装置

变压装置是污水处理厂电气节能设计的关键环节，若是设计出现纰漏，会直接影响到整个电站布局总体设计质效。据相关调查发现，变压装置在运行中所消耗的电能通常占污水处理厂总体电力装置的0.9%，其具体能耗主要是铁损和线损，要是变压装置运转中的负载水平较高，那么，电力能耗相对较小，不过此时，变压装置的铁损耗也要降低。倘若变压器的负载量超过最低值，铁损下降，但线损也会提高。可见，精细选用变压装置的重要性。

4.3 高效配置现场电缆

污水处理厂在编制电气操作流程实施方案时，应考虑到经济性、节能性和实效性，结合眼下发展情况，合理布置路线。在电缆施工中，可以采取多类互存差别化的电器材料，减小对电力材料的消耗，同时还能节约电气生产成本。

在甄别电缆时，要把控好技术，测量电缆的电阻和线路的长度，分析二者之间的关联。为缩小电缆总长度，应收缩电气装备的空间布局，在不影响电气设备正常运行的前提下，增加电缆的横断面积，使电阻始终保持在恰当的区间，最大限度减少能耗。

Case 3.当G=M3(1,1,1)时,元素(aibjck)3=(aibj)3=a3ib3j[b,a]3ij=1,幂图可平面化.

4.4 全面衡算负载限度

污水处理厂的电气节能设计中，要对负荷参数进行精准计算，最常使用的就是系数计算法和单位指标法。现今，相关单位机构也提供了科学的技术方案。

（1）全面核算负载技术数据，做出完美的匹配。

（2）系数衡算法主要是对所用装备、电缆消耗数量进行考量，分别整理出有功率和无功功率的，从而归纳运行电流值与电压值的关联性和衡算方法，再更改换算系数，计算出电气设备的负载指数。

（3）单位指标法一般是指对某一特定时间内耗电数量进行衡算，如某周、某月、某个季度，要把握整体电气装置的最高负载，根据负载参数对变压装置进行恰当的调整，减少污水中处理厂电气耗损。

4.5 优化节能系统设计

4.5.1 变压器节能设计

（1）受负荷电流的影响，在系统运行中，铜部件会损耗负荷电流，且其耗损与负荷电流之间形成正比，倘若负荷电流较大，那么变压器铜耗损也增加。

（2）铁质部件的耗损与负荷电流之间不存在比例关系，要想解决变电器带来的能源耗损问题，应对其进行科学的设计，可以用节能型变压器代替原有设备。节能变压器的工作原理是在空载状态下，能够负载较低耗损的变压器，充分发挥出电气系统的效能。当前，国内多数污水处理厂几乎都使用干式变压器，这种类型的变压器具有方便维护的优势，不过，经研究发现，这种变压器与油浸式变压器相比，它的空载和负载耗损较大，而且干式变压器承受过载能力差，必要时还是要选用油浸式变压器。在新技术支持下，油浸式变压器已经升级至S14、S13、S11等，在一定程度上降低了污水处理厂的电气能耗。

4.5.2 无功补偿设计

除把控好变压器节能设计外，污水处理厂还要做好无功补偿设计工作，主要以电路负荷值为基准，应用集中补偿或者就地补偿等装置，采取这样的操作方式，对整个电气系统进行补偿，确保污水处理厂内的电气设备都可以处于一个相对稳定的运行状态，从而降低电气线路的耗损，也能使电力资源得到高效利用。

4.5.3 谐波处理设计

污水处理厂的电气系统较为复杂，由于含有大量的非线性线路，容易出现谐波的现象，倘若未能及时解决谐波问题，会对污水处理厂的电气系统运行造成干扰，同时产生大量的电损。在电气节能设计环节，就要重视这一问题，可以采取接线的方法，连接污水处理厂中变压器的相关点，并安装源滤波器、无源滤波器，以此提升整个电气系统的抗谐波能力。但在电气系统运行中也会出现一些谐波，不过应用这种方法后，可以保障电气系统正常运行。

5 污水处理厂电气节能措施

5.1 供配电系统节能措施

（1）应将配电室、变电所合理地设置于配电中心，使配电的半径有效减少，这样一来，初始投资金额也会相应减少，降低电缆线的损耗，从而安全、稳定地供电。

（2）应正确选取变压器，明确变压器数量与容量。应与经济最优负荷率为前提，正确选取变压器个数、变压器容量。应按照用电性质对变压器数量进行优化配置，防止由于变压器负荷减少而导致电力浪费。根据变压器损耗曲线，应控制最小变压器损耗率的区间，一般以0.5～0.6为宜。

（3）增加功率因数后，能够通过供配电系统的渠道使变压器无功损耗、线路无功损耗有效降低，实现节能的最终目的。当增加功率因数、减少无功功率后，负荷电流、功率便会减少，在此基础上，线路截面、变压器容量的选取更加具有合理性，充分达到减少投资、节能降耗的目标。

（4）高次谐波抑制。伴随污水处理厂普及和推广变频调速装置，其非线性负荷处于不断增加的发展状态中，相应地增加了水处理系统谐波的整体含量，这会使系统自身功率因数大幅降低，形成电路、设备热效应，大量损耗电能。因此，应全面地检测、监测配电系统与供电系统的谐波，实施切实可行的谐波抑制方案，让电网受到谐波带来的不利影响有效减少，在节能领域发挥出应有的价值。需要注意的是，节能问题是污水处理厂配电系统的重要问题。

5.2 设备和线路节能措施

（1）用电负荷科学分配，采用三相负荷来保持不同供电电路间的平衡性，如路灯负荷和照明负荷等。与此同时，应对用电负荷的合理性、平衡性加以考虑，防止出现过高的单相负荷现象，从而避免线路随之出现损耗。

（2）合理选取导线截面、电缆。对电缆进行选取的过程中，应将电缆、电线经济截面积作为主要依据。在电缆选型方面，应将短路电流和工作电流作为重点考虑的内容，并按照电缆使用寿命、投资情况展开合理而经济的选择。对配电路线进行选取的过程中，尽可能地对高导电性导线进行选取，使导线的截面尽量增大，从而让线路损耗显著降低。

5.3 控制系统的节能措施

污水处理厂中有多种类型的设备，加之污水处理的各种工艺相对复杂，因此其控制系统需正确选择。应优先选择精确、智能的控制系统，自动化调整所有参数，与上位机系统有机结合，提高污水处理厂设备运行时间、启动的合理性，发挥更好的节能效果。

与此同时，应对变频调速的节能设备进行选取，其原因是废水处理厂的设备普遍具有较高的容量和负荷，如泵、风机等。进行设备选取的过程中，通常应按照最高的污水处理要求加以选择。但在实际中，各种设备运行过程中远达不到设计负荷，从而导致能源浪费、能源消耗等情况出现。

除此之外，厂内电机通常处于快速运转的状态，时间过长容易增加电机磨损程度，并且维修电机会产生较高的费用。应借助节能新设备的使用来控制计算机，动态地监测设备的负荷状态，智能化调节水泵流量、风机风量等，既保证了降耗、节能，又发挥了控制效果。

5.4 照明系统的节能措施

污水处理厂的工作模式为全天候运作模式，这无疑会消耗大量的电力，因此，照明节能变得至关重要。选取照明装置时，应尽可能选取对光学控制性能良好的节能灯，与此同时，照明属于节能、环保控制系统，其科学使用与智能化操作技术应用具有一定的必要性。要想使能源得到节约，应做好相邻光源的电路切换工作，从而让工作人员通过照明实现用电节约的目的。

从工作人员角度看，制裁、激励等机制相结合有利于引导全体工作人员节约能源。基于眩光限制的前提，应对开启式照明灯具、高效率灯具进行选取，保证安装灯具的最低高度、美观度等使用要求，使安装灯具的高度得到有效控制，从而实现节能的良好效果。应科学设置局部的照明，在照度要求较高的区域进行局部照明设置，通常照明要求高的区域需实施高处照明；选取镇流器时，应以电子镇流器、因数电感镇流器优先。

应设置智能、新型的控制照明装置，装置需具备人体感应、时控、光控等完整的功能，能够在存在照明需求时瞬间打开灯，不存在照明需求时则关闭灯。除此之外，应利用好自然光与太阳能源，让节能效益实现最大化。

6 结束语

污水处理厂要想实现可持续发展，应深入贯彻节能理念，针对现存的节能问题，如电气设备能源管理不到位、电气运行不正常等，进一步优化电气节能设计。通过合理设置变电场所，恰当选用变压装置以及高效配置现场电缆等，减少能源耗损。同时，要采取科学的节能措施来解决节能问题，主要是采取供配电系统、控制系统、照明系统、电气设备和线路节能措施，降低能耗，减少成本，促进污水处理厂长效发展。