探討城鎮小型污水處理廠電氣與自動化系統

王巖

摘 要：在我國，新型城鎮化建設取得了積極進展，正在規劃建設的規模在2～10萬m3/d的中小型污水處理工程逐漸增多，文章提出一種基于“AAC氧化溝”工藝的污水處理廠電氣自控系統設計，并對具體的設計方法和主要設計內容進行探討分析。

關鍵詞：污水處理；供配電；計算機監控網絡；遠期擴展

中圖分類號：U664.9+2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0095-02

引言

某小型污水處理廠一期處理規模為1.5萬m3/d，遠期規模3萬m3/d。污水處理系統采用以“水解酸化”為預處理工藝，“AAC氧化溝”為生化主體工藝。

為確保污水處理過程安全可靠、出水穩定和連續生產的要求，提高自動化控制水平，該廠電氣與自動化系統設計必須穩定可靠、配置完善，為具有先進管理水平的現代化污水處理系統。

1 電氣設計

1.1 負荷等級

根據《供配電系統設計規范》（GB50052-2009）：“中斷供電將在經濟上造成較大損失時，應視為二級負荷”。本工程電力負荷等級確定為二級，供電系統采用兩回線路供電。

1.2 10/0.4kV系統主接線

本工程在廠區用電負荷中心建設一座10/0.4kV變配電所，變電所土建面積均按3萬m3/d的規模進行設計，除低壓母排及進線、母聯開關按3萬m3/d的規模設計外，其他設備按1.5萬m3/d的規模設計。同時考慮便于遠期污水處理系統擴容需要，預留2面高壓出線柜。

本次設計10kV高壓配電裝置采用單母線分段運行方式，中間設聯絡開關，平時兩路電源一路常用，一路備用；當一路電源故障時，通過手/自動操作聯絡開關，由另一回路能滿足全廠全部二級負荷的供電需求。低壓配電為單母線分段運行，兩臺變壓器各帶一段母線，變壓器所帶母線之間設有聯絡柜。

1.3 繼電保護及計量方式

繼電保護：采用綜合機電保護裝置實現三相定時限過流保護及電流速斷保護，零序保護；變壓器10kV側單相接地信號裝置、溫度保護及信號裝置。低壓進線處采用過流、速斷保護；出線處采用過流、速斷保護；變壓器設置高溫報警、超高溫跳閘保護。

計量：采用高供低計，低壓側設置兩套計量裝置分別對兩路電源計量。

1.4 低壓配電系統

對于一般負荷采用樹干式與放射式相結合的供電方式，對于單臺容量較大的負荷采用放射式配電。

1.5 防雷與接地

本工程對辦公樓、泵房等屬于三類防雷建筑物的場所，采取防直擊雷和防雷電波侵入的措施。變電所的低壓總保護柜內設一級電源浪涌保護器；現場總站配電箱及電末端重要的儀表配電箱分別設二級、三級浪涌保護。

自動化控制系統的工作接地和低壓供電系統的保護接地采用聯合接地方式，接地電阻不大于1歐姆。在敷設屏蔽電纜時，連接外場設備屏蔽線纜接地采用單點接地，可有效避免環流噪聲干擾。

2 自動化設計

2.1 系統結構

本工程污水處理系統采用基于PLC+上位機的集中管理和分散控制的系統架構，包括信息層、控制層和設備層。

計算機監控網絡采用基于光纖通訊的自愈環網方式，主干網100Mbit/s，節點速率≥10Mbit/s，系統各組成部分具有相對獨立性，通過網絡技術完成系統的縱向與橫向擴展，單個節點斷開不會影響其他子系統的運行，增加網絡的可靠性，做到完全的冗余和即插即用。同時考慮設置路由器，建立與上層信息中心的聯系。

2.2 自動控制系統組成及功能

2.2.1 中央控制室

中央控制室位于綜合樓一層，控制室設全廠操作、監控管理系統，配置工程師站、操作員站、冗余數據服務器、打印機和高清投影儀等設備。主要功能為：

（1）采集全廠生產過程的工藝參數、電氣參數、電氣設備運行的狀況。

（2）在操作站顯示工藝流程圖、供電系統圖、工藝參數、電氣參數和設備運行狀態，可設定、修改工藝參數。

（3）建立數據庫，對于重要的工藝參數、電氣參數可自動生成趨勢曲線。

（4）打印運行報表（班、日、月、年）和報警、故障實時報表。

（5）工程師站通過工業以太網與各個分控制室的PLC、化驗室計算機等進行通訊，可以對工程項目文件進行新建、編輯、修改，和項目程序的下載、上載，以及生產設備的監控、操作，生產數據的實時采集、存儲、報警、打印等。

2.2.2 現場控制站

本工程綜合污水處理工藝過程、構筑物布局、設備和檢測儀表分布等在各工藝區域內設3個現場控制站。分別為進水儀表小屋現場控制站（PLC01）、變配電間現場控制站（PLC02）、出水儀表小屋現場控制站（PLC03）。現場控制站選用安全可靠、技術成熟、系統開放、后續擴展靈活的可編程邏輯控制器（PLC）作為硬件平臺。主要功能為：

（1）根據PLC預先編制的控制程序對所轄區域內的工藝過程、電氣設備進行控制，同時采集工藝（電氣）參數及電氣設備運行狀態。通過觸模屏可設定、修改工藝參數以及控制各電氣設備的運行狀況。

（2）PLC通過工業以太網與中控室過程控制系統進行通訊，向過程控制系統傳送信息，并接受過程控制系統發出的命令。

（3）采集的主要參數有：液位（差）、流量、H2S、D0、ORP、MLSS、PH/T、SS、COD、NH3-N、TP等。

2.2.3 成套設備控制系統

全廠成套設備控制系統包括污泥脫水控制系統、加藥控制系統和紫外消毒控制系統。由于成套設備本身的操作復雜性，以及成套裝置內部各設備的相互關聯性，控制系統由設備配套供應；各控制系統根據其所處控制層次的不同可接入快速工業以太網或現場總線網絡。

2.2.4 設備的控制方式

污水處理廠設備的控制優先級由高至低依次為：現場控制/機旁控制、配電盤控制、就地（單體）控制、中央控制，較高優先級的控制可屏蔽較低優先級的控制；每一級控制均設置選擇開關。

3 遠期擴展

該污水處理廠遠期規劃控制規模3萬m3/d。遠期擴展根據工藝流程、構筑物布局、設備和檢測儀表分布增設相應的現場控制站，增設站點可靈活接入中央監控級工業以太網；中控室面積及布局按遠景規模考慮，擴展時可根據管理及遠、近期系統兼容性等因素綜合考慮，增加數據服務器組成分布式服務器構架或是對近期服務器進行升級改造，也可根據管理要求增加相應的操作站。

4 結束語

在我國城鎮化建設過程中，積極開展中小型污水處理廠電氣與自動化系統的設計研究，可有效提高中小城市污水處理能力和環境保護能力，促進城市可持續性發展。

參考文獻：

[1]陳海涵，蔡鵬，獨學琴.污水處理廠自動化系統的研究與實現[J].電工技術，2009（04）.

[2]周斌.小型城市生活污水處理廠電氣與自控系統設計[J].自動化應用，2017（04）.endprint