中小型污水提升泵站電氣系統的設計

黃源

摘要：以國家規范規定為基礎，結合多年的工作實踐經驗，從供配系統設計、主要設備選擇、監控系統選用等方面，探討中小型污水提升泵站電氣系統的設計，為確保中小型污水提升泵站的安全性提供借鑒。

關鍵詞：污水提升泵站；電氣設備；設計；變壓器

中圖分類號：TM02 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0050-02

隨著城市配套工程的不斷完善，污水處理系統作為重要的基礎設施工程，在很大程度影響城市整體環境。目前，水利部門加大黑臭河涌治理力度，截污納管，雨污分流，收集污水并通過市政管網輸送到污水處理廠。長距離輸送中，通常利用污水提升泵站提升污水高程，提高污水處理系統效率。在污水提升泵站設計中，電氣設計直接影響泵站的安全、穩定、經濟運行。為此，根據國家規范規定，結合實踐經驗探討中小型污水提升泵站的電氣設計，為確保中小型污水提升泵站的安全性提供借鑒。

1 供配系統的設計

1.1 供電方式

污水提升泵站應根據泵站規模、地理位置及其重要性定義負荷等級。中小型污水提升泵站應為二級負荷，小容量或非重要的可適當降低要求。為保證供電可靠性，二級負荷的污水提升泵站可采用10 kV（或20 kV）雙電源供電。小裝機容量泵站可從電力系統接入0.38 kV電源作為主供電源，以柴油發電機為備用電源，其中柴油發電機應能承擔泵站全部二級負荷正常工作。

1.2 電氣主接線

主接線選擇要遵循可靠性、靈活性和經濟性。泵站主接線應根據泵站規模、負荷等級、水泵機組運行方式等實際工況確定。當采用雙電源供電時，主供電源和備用電源應設置機械（或電氣）聯鎖裝置。中小型污水提升泵站主接線一般采用單母接線，當裝機臺數較多或采用多臺變壓器時，也可采用單母分段接線。變壓器一般不宜超過2臺。當采用2臺及以上變壓器時，需考慮變壓器是否并列運行。并列運行變壓器的各項參數應相同，包括容量、接線組別和短路電壓。

2 主要設備的選擇及設計

2.1 變壓器的選擇

泵站變壓器應選用高效節能型，其容量根據泵站總計算負荷、水泵機組起動方式、運行方式確定。從節能角度考慮，變壓器負荷率宜控制在0.6～0.7。現多采用S11和S13系列干式節能變壓器。

2.2 高壓開關柜的選擇

當泵站變壓器總容量≤630 kVA，選用XGN型固定式金屬封閉環網開關柜，以及負荷開關加熔斷器組合開關。當泵站變壓器總容量>630 kVA，選用KYN型鎧裝移開式交流金屬封閉開關柜，柜內配裝手車型真空斷路器，操作機構采用彈簧，操作電源為220 V直流電源。

2.3 低壓開關柜的選擇

開關柜選用GCL型或GCK型。進線端及各饋線回路開關應采用框架斷路器或塑殼斷路器。

2.4 電動機的選擇

選用高效節能電動機，一般選用Y系列高效率電動機。電動機電壓等級的確定，應以單機容量及技術經濟性為標準，一般以200～300 kW為界。單機容量低于200kW時，選用低壓電動機；單機容量高于300 kW時，選用高壓電動機；單機容量在200～300 kW之間時，通過經濟比較確定選擇低壓還是高壓電機。小型污水提升泵站的單機裝機容量不大，因此鼠籠式電動機的優勢大于繞線式電動機。

2.5 電動機的起動方式的設計

中小型污水提升泵站一般選用低壓鼠籠式電動機，其起動方式分為全壓起動和減壓起動。

電動機優先選用全壓起動。若母線電壓無法滿足要求，應采用降壓起動。降壓起動有自耦變壓器降壓起動、星三角降壓起動、軟起動器降壓起動等。隨著科技的不斷進步，軟起動器起動方式的優勢越來越明顯，加之軟起動器有體積小、轉矩可以調節、起動平穩、控制簡單、沖擊小并具備軟停機功能等優點，應用越來越廣泛。需要調節流速的泵站，可采用變頻器方式。

2.6 無功功率補償的設計

無功功率補償應滿足當地電網要求。根據用電設備合理確定補償方式，才能有效提高功率因數和電網電壓質量，確保補償技術經濟合理、安全可靠。電網補償后，功率因數不低于0.9。一般小型泵站采用變壓器低壓側集中補償。高壓電機和單機容量較大、負荷平穩、經常使用的低壓水泵電機，采用單獨就地無功補償。

無功補償功率根據補償前后的功率因數確定，計算公式為：

Q=P×（tanφ1-tanφ2） （1）

式中：Q為單泵所需補償容量，kVar；P為單泵的裝機容量，kW；φ1為補償前的功率因數角；φ2為補償后的功率因數角。

在實際工作中，電容器輸出容量還受額定電壓、平均運行電壓、串聯電抗器的影響，其計算公式為：

Qc=QN■■（1-K） （2）

式中：Qc為電容器的實際輸出容量，kVar；QN為電容器的額定容量，kVar；UC為電容器的平均運行電壓，kV；UN為電容器的額定電壓，kV；K為串聯電抗器的電抗率。

3 監控系統的設計

3.1 泵站監控系統

結合泵站規模、地理位置等條件，選擇合適的污水提升泵站監控系統。中小型污水提升泵站可采用集中監控和現地監控相結合的方式，小型污水提升泵站可用現地監控方式。

集中監控設備布置在中控室，采用100 Mbps快速以太網技術，利用TCP/IP網絡協議現場采集控制及各儀表信息，并通過雙絞線或光纖傳輸到中控室上位機。現地監控以高性能PLC為核心，通過太網網口與集中監控的上位機進行通信。根據現場采集設備數量，確定采用現場總線形式與水泵保護裝置、其他智能設備通訊。

現地監控設備布置在水泵機組附近。現地控制可分為現地手控控制和現地自動控制。現地手動控制一般在檢修、試運行或應急等情況使用。現地自動控制PLC通過采集進出水池水位、水泵狀態等參數，根據水位情況智能控制水泵起動或停止。液位采集由投入式壓力變送器或超聲波液位變送器實現。變送器把傳感器采集的水位非電量信號轉化成4～20 mA的標準電流信號，傳送給PLC實現自動控制，多臺水泵啟停水位可由PLC編程設置。小型泵站現地自動控制也可通過浮球式液位開關實現。浮球開關通過液位浮球內部微動開關的通斷自動控制。這種浮球開關安裝簡單、價格廉價。但每個液位點需要一個浮球開關，且一旦安裝后，高度調整不方便。

3.2 視頻監控系統

中小型污水提升泵站通過中控室集中監控時，泵站還應設置視頻監控系統，保證現場安全。泵站運行過程中，應實時監視泵站運行情況。在泵站前池、泵室、管理區內設置若干攝像頭，通過雙絞線或光纖傳輸至中控室，供管理人員全面監控泵站及周邊情況。

4 結語

在電氣設計中，在滿足規范和標準的情況下，應根據實際工況提升泵站設計質量。同時，結合現有的高新技術，設計完善安全、節能、高效、智能的中小型污水提升泵站。

參考文獻

[1] 國航空規劃設計總院公司.工業與民用配電設計手冊[]M] .北京：中國電力出版社，2016.

[2] 李明旭.污水提升泵站電氣系統設計[J].中國新技術新產品，2015（4）：43.

[3] 肖世俊.中小型城市排澇泵站電氣設計中應注意的幾個問題[J].工程與建設，2014（4）：23.

[4] 李祖杰.泵站工程一次電氣設備的選型方法[J].水利規劃與設計，2016（2）：75.