市政工程電氣節能降耗關鍵技術研究

沈南

(中機國際工程設計研究院有限責任公司，江蘇 南京210023)

在市政工程中，電氣系統是不可或缺的重要組成部分之一，同時也是能耗大戶。為促進城市發展，必須采取科學合理、行之有效的技術措施，降低市政工程的電氣能耗。市政工程涉及的內容既多且雜，如城市路橋、地鐵、給排水等等，在市政給排水工程中，污水處理廠的電氣能耗相對較高。下面以某市的污水處理廠工程項目為例，對電氣節能降耗的關鍵技術進行分析探討。

1 市政污水處理廠工程項目概況

某市污水處理廠工程，采用當前較為先進的A2/O污水處理工藝，設計規模為4 萬m3/d，出水水質需要達到一級A標準。為了降低污水處理過程中電氣系統的總體能耗，需要在廠區電氣系統設計中，采取有效的節能技術措施。下面就此展開詳細論述。

2 市政污水處理廠電氣節能關鍵技術

2.1 電氣設計

2.1.1 變配電設計。該污水處理廠的變配電間10kV及0.4kV主結線采用的是單母線分段結線的方式，變壓器選用的是油浸式變壓器，繞組接線方式為Dyn11，變壓器的額定電壓為10±2×2.5%/0.4kV；繼電保護為熔斷器組合電器式保護，采用高供高計的方式進行計量，電能計量表安裝在高壓進線計量柜內；在0.4kV 側通過低壓靜電電容器的方式進行集中自動補償，經過補償之后的功率因數達到0.95 以上；負控裝置設置在變電所高壓室中，接點分為四路，分別控制高壓進線柜、低壓進線柜、低壓側出線電流最大回路以及不屬于二級負荷單體的進線回路。

2.1.2 照明設計。污水處理廠的照明設計如下：廠區內所有的熒光燈均配用功率因數在0.9 以上的高質量電子鎮流器；LED燈具配用功率因數在0.9 以上的高質量直流驅動器；照明及插座分別采用不同的支路進行供電，安裝高度在1.8m以下的插座回路設漏電斷路器進行保護，這樣能夠在故障出現時，瞬間切斷回路；在變配電間設置備用照明燈具，由照明電源和應急回路互投后供電；與可燃物距離較近的開關、插座及照明燈具應采取防火措施，如隔離、散熱等。

2.1.3 線路敷設。污水處理廠中建筑物的室內電纜全部沿著電纜溝進行敷設，電纜與設備接線盒處通過金屬材質的軟管進行轉接，在進出建筑物的部位，使用鋼套管對電纜進行保護，穿墻的電纜用非易燃性材料對空隙進行填塞密實；應急照明系統的支線采用導線穿鋼管沿墻體和屋面析暗敷的方式進行設置；非火災配電線路的保護管覆蓋層厚度應不小于15mm，塑料管使用難燃型的材料；爆炸危險場所內的電纜全部穿鍍鋅管，并沿墻或地面進行明敷。

2.2 電氣節能降耗關鍵技術

2.2.1 變配電系統節能。在對污水處理廠變配電系統進行設計期間，應對整個系統的能耗問題進行充分考慮，并采取行之有效的節能降耗措施，具體如下：變配電間應當與負荷中心的距離越近越好，這樣能夠使電纜進線與出線的距離較短，可以達到縮短供電半徑的目的；盡量選用能耗較低的電氣設備，尤其是變壓器，要以節能型為主，并按照廠區的實際負荷情況，對變壓器的容量進行確定，從而保證容量與電力負荷相適應。同時，變壓器的運行負荷應當盡可能低一些，由此可使損耗降低，平均負荷率在60-70%左右為宜。此外，由于污水處理廠在不同的季節負荷差異較大，為實現變壓器的經濟運行，可在專用負荷集中的情況下，設置專用的變壓器，以此來實現節能的目標。

2.2.2 諧波治理。在變配電系統進行設計的過程中，為進一步提升系統的功率因數，除了要對電動機進行合理選擇之外，還應當做好無功功率補償，同時，應對諧波的治理予以重視，避免高次諧波導致線路能耗增加的情況發生。在污水處理廠的變電所內，可根據變頻器的容量增加進、出線電抗器，由此能夠減少整流單元產生的諧波。同時可在低壓電源無功補償電容柜內增設無源濾波器，通過該裝置能夠對諧波進行有效濾除，其優點是便于安裝、造價低、諧波濾除能力強等。此外，由于廠區內的自動控制中心存在大量對諧波比較敏感的設備，所以可在主干線設置有源濾波器。

2.2.3 照明系統節能。在污水處理廠中，照明系統的能耗相對較大，所以應在具體設計中采取有效的節能降耗措施。

a. 保證廠區內所有工段及場所的照明功率密度與國家現行的GB50034 規范標準的規定要求相符，并按照不同場所的實際情況，對照明光源進行合理選用，在確保照度的前提下，以高光效光源作為首選；室內燈具的效率應當在70%以上，加裝反射罩的燈具要保證反射罩的反射比足夠高；燈具的設置高度盡可能不要太高，以免影響照度，造成能耗增加；對于局部區域內的照明系統進行合理設置，尤其是高大的空間；鎮流器應當選用高功率因數的節能型產品，在對照明配電系統進行設計時，應當選用電阻率相對較小的線纜，并通過增大截面積和減少長度的方法，來達到降低線路阻抗的目的；廠區內的主照明電源線路應當以三相供電作為首選，這樣能夠使電壓損失顯著降低；設置智能照明控制系統，減少不必要的照明能耗。

b.在廠區照明系統設計中，燈具的選擇與節能降耗的關系較為密切，為實現照明節能的目標，可采取如下技術措施：按照不同的場合，對照明光源進行選用，保證所選的光源具有較高的光效，從而達到節能的效果；減少廠區內白熾燈的數量；熒光燈可以T5、T8型作為首選。

2.2.4 電動機節能。在污水處理廠的電氣設備中，電動機的能耗較大，通過高效節能型電動機的選用能夠有效降低能耗。同時，以變頻的方式控制電動機啟動也能達到節能效果。在污水處理廠中，鼓風機房是較為重要的組成部分之一，它是廠區內用電負荷相對比較集中的場所，是污水處理流程中好氧微生物的處理工藝。由于污水需要在曝氣池內停留較長的時間，加之污水池的容量比較大，配套的電動機要保持連續不間斷地運行，以滿足污水處理要求。因此，為進一步降低曝氣系統的電能消耗量，可在污水處理廠電氣設計中，采用變頻調速系統。在變頻調速系統中，變頻器是核心部分，它的工作原理如下：通過對脈沖寬度的改變，對波形及輸出量進行調節，從而使電動機的電壓保持平滑的變化。變頻器的控制方式相對較多，在各種控制方式中，電壓空間矢量控制（SVPWM）的特點較為突出，如電路結構比較簡單、造價低、機械硬度高、控制效果好等等，正因如此，使得這種控制方式的應用非常廣泛。所以，可以采用該方式來實現電動機節能降耗的目標。在該控制方式下，變頻器能夠為風機提供運行所需的電源，這個電源的頻率是可以變化的，利用PLC 與溶解氧聯動，達到自動控制的目的，這樣一來，當溶解氧出現變化時，鼓風機的運行工況也會隨之變化，設備會始終處于高效區運行，不會造成電能浪費，可以達到節能降耗的效果。

2.3 借助自動控制系統實現節能目標

污水處理廠的自動控制系統采用的是當前較為流行的分層架構，整個系統由以下三層組成：信息層、控制層、設備層。通過自動控制系統的運用，可以實現污水處理廠節能降耗的目標，具體體現在如下幾個方面：

2.3.1 調節池自動控制。在污水處理廠的調節池設置超聲波液位計，從變配電間的PLC中引出儀表電源，通過超聲波液位計可以對調節池的液位進行實時檢測，并將信號發送給變配電間的PLC。在現場設置控制箱，共有三種控制方式可供選擇，分別為手動、遠程和PLC自動控制。采用PLC 進行自動控制時，PLC 會按照調節池的水位對潛水泵的運行臺數進行調控，以此來實現潛水泵節能的目標。同時，在超聲液位計上設定上下限報警，當調節池的水位達到上限或是下限時，液位計會自動發出報警提示，這樣能夠避免潛水泵出現干運轉，導致浪費電能的情況發生。

2.3.2 鼓風機房節能控制。在鼓風機房采用就地手、自動控制與PLC遠程控制三種方式。通過電控柜內的PLC，可對風機的電動機進行變頻調控，從而降低電動機的運行能耗，達到節能的目的。

3 結論

綜上所述，污水處理工程是市政工程的重要組成部分之一，同時，污水處理廠也是市政工程的能耗大戶。為實現節能降耗的目標，可在市政污水處理廠電氣設計中，采取科學合理、行之有效的節能降耗措施，降低污水處理的總體能耗，由此不僅能夠給污水處理廠帶來一定的經濟效益，而且還能促進城市發展。未來一段時期，應當加大對電氣節能技術的研究力度，除對現有的技術措施進行不斷改進和完善之外，還應開發一些新的電氣節能技術，從而使其更好地為市政工程電氣節能服務。