污水處理廠電氣優化設計

田再強，徐進

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300074）

1 污水處理廠及其電氣系統概述

1.1 污水處理廠概述

污水處理廠的主要作用是將污染源排出的廢水進行強化處理，使排出的水符合標準，從而提高用水質量，保護水環境。通常情況下，污水處理廠的處理方式可分為2種類型，即集中與分散處理，然后將處理后的廢水直接排入城市管道或者水體之中。在廢水的處理過程中，污水處理廠通常結合生物、物理、化學等處理方法進行污水處理，在保障污水處理最佳效果的前提下，節省投資運行費用一直是污水處理廠發展的目標。

1.2 污水處理廠電氣系統

污水處理廠的電氣系統主要由高電壓與低電壓的配電系統、電機、電纜、相關照明系統組成，這些組成部分也是污水處理廠氮氣能源消耗的重要元件。

2 污水處理廠電氣設計優化分析

2.1 變壓器節能設計

變壓器是污水處理廠電氣系統中的重要設備，也是能源耗損較大的電氣設備之一。變壓器的整體結構主要由2種部件構成：銅質部件和鐵質部件，其損耗特點主要表現在以下幾個方面：（1）在負荷電流的影響下，變壓器銅部件會在一定程度上損耗負荷電流，并且變壓器的銅損耗與負荷電流成正比；（2）鐵質部件的損耗，如鐵芯帶來的鐵耗損等與負荷電流不存在比例關系。為了緩解污水處理廠的能源耗損問題，需要對其進行電氣設計優化，在變壓器方面常選用節能變壓器代替原有變壓器。節能變壓器是指在空載狀態下，負載損耗較低的變壓器，在污水處理廠電氣設計優化工作中，節能變壓器的應用更好地發揮了系統的優化效能。現階段，我國大多數污水處理廠采用干式變壓器，其具有方便維護的優勢。但是，與油浸式變壓器相比，干式變壓器具有空載和負載耗損大、承受過載能力差、造價高等缺陷，因此，油浸式變壓器是優化設計中的重要選擇之一。隨著科學技術的不斷進步與更新，油浸變壓器已逐漸升級至S14、S13、S11等。與S9同容量變壓器相比，國內生產的S14-M·RL立體卷鐵芯油浸式變壓器具有更節能的優勢，主要表現為：空載損耗下降約54%、空載電流下降約89%、負載損耗下降約15%[1]，并且還在一定程度上降低了污水廠的投資成本和年運行成本，即S14-M·RL立體卷鐵芯油浸式變壓器采用的立體卷鐵芯工藝，相較于疊片結構，該變壓器減少了硅鋼片及銅的用量，相應的損耗值、成本降低。

2.2 減少線路損耗

大量電纜的鋪設對污水處理廠的正常運行發揮著重要的保障作用。但電纜自身也存在一定的電阻，且電阻大小與電纜的長度成正比，即電纜長度越長，相應的電阻越大，導致的電壓損失也會增加，因此，大量電纜的使用也會耗損較大比例的能源。可見，減少電纜帶來的損耗也是污水處理廠電氣設計優化的重點內容。通常解決上述問題的最優化方案是對高低壓配電房選址進行優化，減少電纜的使用，盡量將配電房設置在靠近負荷中心的位置。而在污水處理廠中，鼓風機、臭氧發生器等都是常見的大功率設備，為了減少這些設備的耗損，在電氣優化設計過程中，可以考慮將配電房設置在臭氧發生車間及鼓風機房附近。因電纜能耗量與電纜長度有密切的關系，因此，進行電纜橋架、電纜溝走向優化設計時，應盡量選擇直線鋪設的方式，通過減少電纜長度對能源的耗損進行控制，同時，要對截面面積進行合理的選擇，以達到降低額外損耗的目的。另外，為了減少電阻的損耗，電纜導體原料可以采用小電阻率的材質，從而實現降低能耗的目的。受污水處理廠自身工作性質的影響，其長期處于堿性的腐蝕環境中，為此，選擇電纜時，還要考慮銅質材料的抗腐蝕性，從而延長電纜的使用年限。

2.3 電氣控制設備的設置

污水處理廠電氣系統設置的常用方法有以下2種：（1）現場設置，即在污水處理現場設置電氣控制設備，此方法可以隨時進行調整，具有一定的靈活性，還可以布置控制箱內的各種元件，為電氣設備的檢查與維護提供了便利。但該方法也存在一些缺點，即缺乏整體性，難以對控制系統進行整體控制。（2）集中設置，即對所有控制設備進行集中設置，該方法為電氣自控系統的構建和運行提供了條件，同時，有利于設備的連接和管理，降低了設備檢查與維修的難度，雖然該方法實現了設備的集中化，但如果出現故障，會導致整個污水處理系統的工作停止。對上述2種方法進行分析和研究，還是集中設置法比較好，盡管該方法存在一定的缺陷，但是該方法極大程度上減少了電纜的使用量，且集中管理比較方便，更具有優勢，在污水處理廠的電氣設計優化中可以采用該種方式。

2.4 照明設備的設置

照明設備是污水處理廠不可缺少的一種設備，該設備的設置通常是根據房間的實際情況和照明要求選擇適宜的照明光源設備。在選擇過程中還要注意功能性、經濟合理性、節能性等方面的考慮，從而將照明設備的作用發揮到最大。一般情況下，污水處理廠由綜合辦公樓、附屬建筑用房組成，其中，綜合辦公樓選用直管T5三基色熒光燈；附屬建筑用房，一般包括泵房間、鼓風機、加氯間等，其環境比較潮濕，且房間空間較大，因此，需要選用金屬氯化物燈或者彎桿壁燈。

3 污水處理廠的電氣節能措施研究

3.1 電氣設備和線路的節能措施

電氣設備和線路是污水處理廠中的主要能耗來源，為了實現節能降耗的目的，需要采取一定的節能措施。其中，電氣設備方面的節能措施為：根據污水處理廠的生產規模制訂措施，通過提高電動機的功率與工作效率實現電動機的能源消耗，高效率電動機的應用是降低電動機電能耗損的重要手段。電氣線路方面的節能措施為：選擇合適的電線電纜，合理設計減少配電線路長度；選擇合理的電線電纜的截面積，從而選擇電阻率小的材質，進而減少電阻的消耗。

3.2 控制系統的節能措施

通常情況下，污水處理廠設備的實際運行額度比設備的設計運行額度低，可見，污水處理過程中能源利用率不高，因此，要采用智能化設備，提高資源利用率，保障設備高效、經濟的運行。控制系統由軟件、硬件組成，因此，需要其具有良好的兼容性，才能保障控制系統的廣泛應用。為了滿足污水處理廠的生產工藝和管理的要求及其優化，需要該系統具有一定的網絡性、良好的開放性。

4 結語

綜上所述，污水處理廠的電氣設計優化，主要從變壓器節能設計、減少線路損耗、電氣控制設備的設置等方面進行，從而提高污水處理廠的工作效率。同時，還要采取一定的節能措施，真正實現污水處理廠的節能降耗。