摘要：近年來,隨著自然環(huán)境的改善,，越來越多的城市開始建設(shè)地下污水廠。地下水廠將部分或所有處理構(gòu)筑物置于地下箱體內(nèi),，而廠區(qū)地上部分則做成了景觀綠地或公園。這樣不僅合利利用了土地,完善了基礎(chǔ)設(shè)施,也是營造城市舒適環(huán)境的一個(gè)發(fā)展趨勢。而地下污水廠的電氣設(shè)計(jì)與地上不同,，本文從供配電、防雷接地 ,、照明等方面闡述地下污水處理廠的特點(diǎn),，介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能源管理解決方案來提高污水廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能降耗和高效運(yùn)維,。
關(guān)鍵詞：地下污水廠,；安全穩(wěn)定；物聯(lián)網(wǎng)；能源管理,；高效運(yùn)維,；
近年來，隨著自然環(huán)境的改善,，越來越多的城市開始建設(shè)地下污水廠,。地下水廠將部分或所有處理構(gòu)筑物置于地下箱體內(nèi)，而廠區(qū)地上部分則做成了景觀綠地或公園,。這樣不僅合利利用了土地,完善了基礎(chǔ)設(shè)施,也是營造城市舒適環(huán)境的一個(gè)發(fā)展趨勢。而地下污水廠的電氣設(shè)計(jì)與地上不同,，本文從供配電,、防雷接地 、照明等方面闡述地下污水處理廠設(shè)計(jì)的特點(diǎn),。污水廠設(shè)備要求供電可靠性,，一般不允許停電，中斷供電將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,，因污水廠供電負(fù)荷等級為二級,，應(yīng)采用兩路電源供電，同時(shí)為保證電源可靠性,，備用一臺柴油發(fā)電機(jī),，至少滿足廠內(nèi)應(yīng)急通風(fēng)換氣、消防,、應(yīng)急照明等用電,。地下式污水廠和地上廠相比，對配電系統(tǒng)的安全性,、可靠性要求高,。例如，地下式污水廠采用速閉閘或速閉閥保證進(jìn)水安全,，若這些設(shè)備的供電出現(xiàn)問題,，則可能突然停止進(jìn)水，影響正常生產(chǎn);也可能無法停止,。
一,、變配電室設(shè)置及供配電系統(tǒng)
1.變配電室布置
污水廠的主要大功率設(shè)備包括曝氣風(fēng)機(jī)、提升泵,、污泥脫水以及干化成套設(shè)備等,。變配電室應(yīng)充分考慮工藝布局特點(diǎn)，靠近負(fù)荷中心,，并且變壓器供電半徑不宜太大,，同時(shí)考慮設(shè)備運(yùn)輸?shù)姆奖悖M量靠近地下箱體通道布置,。
2.供配電系統(tǒng)
污水廠負(fù)荷等級一般為二級,，宜采用兩回 10kV線路供電,。10kV 配電系統(tǒng)采用單母線分段結(jié)線，放射式供電,。各變壓器均勻布置在10kV兩段母線上,。如有分變配室，分配電室10kV 宜采用線路變壓器組方式,，電源一般引變配電室,，在分變配電室進(jìn)線處設(shè)負(fù)荷開關(guān)作為變壓器檢修時(shí)的斷開點(diǎn)。配電室0.4kV系統(tǒng)宜采用單母線分段方式,。工藝設(shè)備中負(fù)荷重要的設(shè)備(重要工段的水泵,、鼓風(fēng)機(jī)等)和設(shè)備組(污泥脫水及干化系統(tǒng) 、加藥系統(tǒng)等)均由變配電室 0.4kV系統(tǒng)放射式供電,。小容量設(shè)備如刮泥機(jī),、電動(dòng)閘門、排水泵等,，采用動(dòng)力配電箱及設(shè)備現(xiàn)場電控箱的兩級配電方式,，既保證了主要設(shè)備的供電可靠I生，又減少了電纜數(shù)量,。
3.照明設(shè)計(jì)
地下箱體內(nèi)設(shè)正常照明與應(yīng)急照明裝置,。采用智能照明控制系統(tǒng),可以對不同工況(無人值守、正常巡視 ,、檢修,、參觀等)下不同的照度進(jìn)行控制，把照明效率與節(jié)能發(fā)揮到較佳狀態(tài),，提高管理水平,。由于對地下箱體內(nèi)的照度和可靠性要求高，并且潮濕環(huán)境對燈具及線路的影響較大,，箱體大空間宜采用高效防水防腐的LED工礦燈,，LED工礦燈均于金屬線槽下安裝,便于檢修。消防控制室,、防煙及排煙控制區(qū)域,、中央控制室等場所應(yīng)設(shè)置備用照明；疏散樓梯間,、箱體內(nèi)疏散通道等區(qū)域設(shè)置疏散照明及疏散指示標(biāo)志燈,。應(yīng)急照明可在現(xiàn)場手動(dòng)控制，也可由消防控制室控制,火災(zāi)時(shí)或因故失電時(shí),應(yīng)急照明應(yīng)能強(qiáng)制點(diǎn)亮,。廠區(qū)道路及景觀區(qū)域照明以裝飾庭院燈具為主,，燈具形式于建筑物風(fēng)格與廠區(qū)綠化環(huán)境相諧調(diào)，襯托出舒適、美的氣氛,，滿足人們對環(huán)境的美好愿望,。
4.能耗分布
污水處理廠的能耗成本主要為電能、藥物,、燃料,，其中電能消耗占有60~90%，我污水二級處理電能消耗為0.19~0.36 kWh/m3,，經(jīng)過對城鎮(zhèn)污水處理廠能耗狀況及其影響因素進(jìn)行分析,，結(jié)果表明目我城市污水處理廠平均能耗為0.29kWh/m3，而美污水處理廠平均能耗為0.2kWh/m3,，日本為0.204~0.254kWh/m3,。總體上看,我在污水處理中的節(jié)能降耗,、化運(yùn)營方面起步晚，還存在很大的節(jié)能降耗空間,而電能的消耗較大在污水提升泵,、鼓風(fēng)曝氣和污泥處理環(huán)節(jié),，較高的能耗水平在一定程度上影響了污水處理的建設(shè)和發(fā)展。
二,、地下環(huán)境對電氣設(shè)計(jì)的其他影響
1..變配電室的防水,、防潮及防腐設(shè)計(jì)
由于變配電室位于地下箱體負(fù) 1層,上部為地面景觀綠化種植,為避免變配電室頂部滯水,變配電室頂部應(yīng)適當(dāng)高于周圍頂面,并采用鋼筋混凝土摻入高效抗裂防水劑的措施 ；變配電室內(nèi)的墻面應(yīng)采用防水涂料防水布等措施防滲水,；變配電室內(nèi)地面高于箱體負(fù) 1層底板,，防止事故時(shí)污水進(jìn)入變配電室。地下變配電室面臨的另一個(gè)環(huán)境問題就是潮濕,。為保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行,，本工程所有高壓開關(guān)柜內(nèi)均設(shè)溫濕度控制裝置,自動(dòng)調(diào)節(jié)柜內(nèi)溫度及濕度；變配電室內(nèi)還增設(shè)獨(dú)立的除濕裝置來改善變配電室內(nèi)的環(huán)境濕度,。地下污水廠還需要特別考慮腐蝕性氣體對電氣設(shè)備的腐蝕問題,。因此，變配電室內(nèi)采用獨(dú)立的新風(fēng)系統(tǒng),，保證變配電室內(nèi)始終處于正壓狀態(tài),，以防止腐蝕陛氣體侵入變配電室。
2.環(huán)境對電氣設(shè)備的影響
全地下水廠因整個(gè)箱體是一個(gè)封閉空間,，內(nèi)部含有污水池體 ,、涉水管道及其內(nèi)部的排水溝道等,整個(gè)箱體內(nèi)比較潮濕,而且污水進(jìn)水端、好氧消化段,、污泥處理段均會(huì)產(chǎn)生硫化氫等氣體腐蝕電氣設(shè)備,，雖然箱體內(nèi)設(shè)有機(jī)械通風(fēng)及除臭裝置,但通過對多個(gè)類似水廠的考察，未采取防潮防腐措施的電氣設(shè)備被腐蝕較嚴(yán)重，給運(yùn)行和維護(hù)帶來了不便,。因此,箱體內(nèi)各單體上的配電柜(箱)宜采用不銹鋼或聚碳酸酯材質(zhì),電纜橋架采用不銹鋼橋架,。相對濕度較大時(shí)也可在箱體內(nèi)裝設(shè)電熱除濕裝置。同時(shí),，箱體內(nèi)散熱較慢,，選擇低壓電氣設(shè)備類型時(shí),有必要考慮降容使用。成套裝置或配電柜內(nèi)布置回路不宜太緊湊,，尤其是有變頻器的回路,以防散熱不利,。
三、能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺
安科瑞電氣具備從終端感知,、邊緣計(jì)算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系,，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng),、荷,、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù),、監(jiān)測,、分析、治理裝置,，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度,，重點(diǎn)監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行安全可靠,，提高污水廠能效,，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案,。
圖1 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺
1.保障供電可靠性
對污水廠配電系統(tǒng)中35kV,、10kV電壓等級配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV配置多功能計(jì)量儀表,，用于監(jiān)測各回路的電氣參數(shù)和用能情況,，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置,、發(fā)電機(jī)控制柜,、ATS/STS、UPS,，包括遙控,、遙信、遙測,、遙調(diào),、事故報(bào)警及記錄等,。
污水廠存在大量的非線性負(fù)載，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變,、電壓波動(dòng),、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施進(jìn)一步提高供電可靠性,。
圖2 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺主接線圖
2.建立能源計(jì)量體系
AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過搭建計(jì)量體系,，采集污水處理廠能源數(shù)據(jù)，顯示污水處理廠的能源流向和能源損耗,，通過能源流向圖幫助其分析能源消耗去向,，找出能源消耗異常區(qū)域幫助其了解各工藝環(huán)節(jié)能源消耗量，并且可細(xì)化到樓層,、車間,、產(chǎn)線、班組,、工序,，計(jì)算產(chǎn)品單耗、單位面積能耗或萬元產(chǎn)值能耗,，從而計(jì)算出能耗總量和單位能耗,。
圖3 能源流向圖
3.數(shù)據(jù)集抄并實(shí)時(shí)計(jì)量
AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺提供自定義時(shí)間抄表功能，可以在任意時(shí)間,，任意地點(diǎn)，完成對企業(yè)的三級計(jì)量體系數(shù)據(jù)閱覽,，減少了人工投入,。同時(shí)各類保護(hù)、儀表主動(dòng)定時(shí)上傳數(shù)據(jù),，保證了能源時(shí)效性,，為其節(jié)能降耗，提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,。
圖4 數(shù)據(jù)集抄報(bào)表
4. 化能源結(jié)構(gòu)
AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺支持接入分布式光伏電站以及風(fēng)力發(fā)電站,，為企業(yè)提供分布式電站運(yùn)行監(jiān)測和發(fā)電日/月/年/累計(jì)收益和減排分析，支持自發(fā)自用,、余電上網(wǎng),。在儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，平臺接入BMS和PCS數(shù)據(jù),，支持充放電配置策略,，并對電池管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)預(yù)警，根據(jù)其負(fù)荷特點(diǎn),，削峰填谷,，充分使用新能源,，降低污水廠碳排放。
圖5 分布式光伏電站監(jiān)測運(yùn)維
5. 提升主要用能設(shè)備能效
污水處理廠中有著大量的電機(jī),、水泵,，其中污水提升泵和鼓風(fēng)曝氣能耗占據(jù)了工藝能耗中的大多數(shù)，平臺針對這些工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測分析,，工藝之間橫向比較,，尋找具調(diào)控潛力的用電設(shè)備、工藝單元,，幫助用戶發(fā)現(xiàn)其能效提升空間并提供解決方案,，找到運(yùn)行區(qū)域，顯著降低能源消耗
圖6 管網(wǎng)圖和能效監(jiān)測
6. 報(bào)警及時(shí)推送
平臺提供能源報(bào)警功能,，一旦發(fā)現(xiàn)跑冒滴漏,，能源消耗異常，電參量異常等情況,，能提供多種方式的報(bào)警,，包括但不限于郵件、短信,、釘釘推送等,。
圖7 報(bào)警記錄與管理
7. 加強(qiáng)運(yùn)維管理
加強(qiáng)巡視維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)或消除設(shè)備隱患,，提高供電可靠性,。配置重要設(shè)備包括變壓器、電氣柜,、高壓電纜,、空調(diào)主機(jī)、水泵,、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備信息,，配置二維碼，快速在移動(dòng)端獲取設(shè)備信息,、設(shè)備維修歷史記錄以及解決問題的常用辦法,。
故障預(yù)判和快速診斷功能將以往出現(xiàn)問題再采取措施的被動(dòng)檢修維護(hù)政為主動(dòng)出擊、防患于未然的主動(dòng)運(yùn)維模式,。既可以使運(yùn)維管理工作從容,。還大大提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
圖8 設(shè)備運(yùn)維檔案
8. 典型硬件
序號 | 名稱 | 型號,、規(guī)格 | 安裝位置 | 用途 |
1 | 電能質(zhì)量監(jiān)測 | APview500 | 進(jìn)線開關(guān)柜 | 監(jiān)測市電電能質(zhì)量 |
2 | 35kV,、10kV回路保護(hù) | AM6 | 35、10kV開關(guān)柜 | 35,、10kV回路保護(hù),、測控 |
3 | 智能操控裝置 | ASD500-Pn | 35,、10kV開關(guān)柜 | 35、10kV回路操作,、顯示和測溫 |
4 | 弧光保護(hù) | ARB5 | 35,、10kV回路母線室、斷路器室,、電纜室 | 用于監(jiān)測關(guān)鍵電氣接點(diǎn)弧光監(jiān)測,、保護(hù) |
5 | 無線測溫傳感器 | ATE400、ATE200 | 35,、10,、0.4kV母排、斷路器,、線纜接頭 | 用于監(jiān)測關(guān)鍵電氣接點(diǎn)溫度 |
6 | 有源濾波裝置 | AnSin□-M | 0.4kV母線側(cè) | 濾除配電系統(tǒng)2~25次諧波畸變 |
7 | 無功補(bǔ)償裝置 | AZC智能電容 | 0.4kV母線側(cè) | 提供無功補(bǔ)償 |
8 | 多功能儀表 | APM520/APM510 | 10kV,、0.4kV回路 | 監(jiān)測電氣參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)、故障報(bào)警 |
9 | 智能照明控制器 | ASL100 | 照明配電箱 | 照明單控,、群控,、定時(shí)/自動(dòng)控制 |
10 | 電氣火災(zāi)傳感器 | ARCM200 | 配電柜/配電箱 | 監(jiān)測漏電電流和線纜溫度 |
11 | 消防設(shè)備電源傳感器 | AFPM | 消防配電箱 | 監(jiān)測消防設(shè)備電壓、電流狀態(tài) |
12 | 應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng) | A-C-A100 | 消防疏散通道 | 提供消防應(yīng)急照明并指引疏散人群快速疏散 |
13 | 限流式保護(hù)器 | ASCP200 | 照明插座回路 | 防止過載,、短路產(chǎn)生火花 |
14 | 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 | ARD3M | 電動(dòng)機(jī) | 保護(hù)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行 |
15 | 環(huán)境傳感器 | 溫濕度,、煙霧、有害氣體等傳感器 | 配電室,、工藝區(qū)域 | 監(jiān)測環(huán)境參數(shù),，維護(hù)環(huán)境安全 |
16 | 智能網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM | 數(shù)據(jù)采集柜 | 采集設(shè)備數(shù)據(jù)，邏輯控制,、上傳平臺 |
四,、結(jié)語
地下污水廠的建設(shè),本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理 ,、運(yùn)行管理的原則，通過合理運(yùn)用能源管理平臺,，利用先進(jìn)的大數(shù)據(jù),、云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠提高污水廠的供電可靠性,，找到節(jié)能降耗的實(shí)際方案,，深入能耗分析，發(fā)掘節(jié)能潛力,，為管理者提供準(zhǔn)確化的管理手段,，提高污水處理廠的能耗管理水平。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介
周穎,，女,，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電
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