水處理項目電氣設計要點淺析

馮嘉琦　王琦

【摘要】電氣設計是水廠實現功能的重要組成部分，本文結合幾個EPC總包項目的設計采購施工運行全過程經驗，對水處理廠中的電氣設計要點進行淺析，提供水廠電氣設計的借鑒，促進水廠設計的發展。

【關鍵詞】水廠;電氣設計;節能;配電

隨著國家的快速發展，“兩山”理念的踐行和“五水共治”的廣泛應用，各地都新建了很多水處理廠項目。對水質處理的效果深刻影響著廣大人民的生活品質。加強對水處理廠電氣設計具有重要意義。本文以某地新建水廠及提標改造工程為研究對象，結合調試、試運行與移交建設單位使用后的反饋意見，對水處理廠的電氣設計進行淺析。

1 水處理廠的電氣特點

水處理廠的特點相對于其他項目，從規模上來說分布廣泛，單體較多;從工藝特點上，不同工藝段的設備往往從不同設備廠家進行采購，設備的控制要求多樣，調試與檢修對現場控制的要求較高;從特殊環境來說，部分區域的水質有較強的腐蝕性，甚至在處理過程中會產生易燃易爆的氣體;從運營穩定性來說，有些工藝段根據環保部門要求需要連續運行、不能中斷，對用電可靠性要求較高。

2 水處理廠的電氣設計要點

2.1 供配電系統

為保障水廠可靠、穩定的運行，一般水處理廠的電源等級是二級負荷，按雙電源供電。城區具備條件的地區，通常用兩路10kV供電線路接至現場，經環網柜進入變壓器。低壓段采用低壓單母線分段，通過設置母聯開關的方式提高供電的穩定性。在設計變壓器的容量時，應考慮建設單位和相關部門對用電負荷的實際要求情況，當一路高壓進線停電時，單臺變壓器能夠滿足全部二級負荷的正常使用。

變配電房的選址應選在負荷中心附近，以減少電纜的建設投資及運營過程中電能的損耗。

由于水處理廠面積較大，單體和工藝段較多，因此配電建議采用樹干式與放射式相結合的方式。具體地，對于同一工藝段功率不大的設備，由變配電間放射式供電至各建構筑物單體動力柜，再由各建構筑物單體內動力柜放射式供電至設備末端;對于功率較大的設備，由配電間直接放射式配電至設備末端;照明采用樹干式供電。

根據建設單位和相關法律法規的要求，對用電等級要求較高的負荷進行考慮。運行中即使有低壓母聯的保障，在部分低壓配電柜進行調整或后續的提標擴容過程中仍然有可能切斷一段低壓柜的情況，因此需要對工藝上需要連續運行的設備盡可能設置在變壓器的一段低壓母線上，避免每段檢修的過程中都引起停電，增加停電的次數，影響生產運營。

由于近幾年國家對水質的要求越來越高，很多項目在施工過程中也有可能面臨建設單位對部分工藝段的標準提高要求，導致功率的增加等。在電氣設計過程中，應與工藝加強溝通，對于在設計過程中建設單位未予明確的部分應有前瞻性的考慮。

2.2 用電設備的選擇與控制

由于水處理廠中的工藝包較多，加藥、污泥處理、生化處理等環節往往由不同設備廠家分別負責。在初步設計階段由于提資深度不夠，僅需要考慮給一路總電源至現場動力箱，具體的控制在訂貨后深化設計中實施。為了建設單位后期運行和檢修的便利，這就需要在采購過程中電氣設計的介入。對于工藝設備自帶控制系統的，應對通訊協議、控制系統的版本等進行統一要求，避免多種通訊協議或是軟件版本不兼容帶來的后期聯合控制出現困難;對不同廠家的二次控制系統圖中直接起動、軟起動、變頻控制、不同功率電機的反饋信號等做出幾種通用方案，要求廠家選擇其中一種，便于后期安裝、調試及運營檢修過程中的工作開展，避免每個單體的情況不盡相同;在設備殼體上，應根據現場環境的要求對防腐、防潮、防爆等根據實際情況要求，對殼體的顏色、高度等外觀做到標準化處理，滿足整個廠區標準化、統一化的要求。

在部分腐蝕性區域，應當注意設備的防護等級。在一些腐蝕性嚴重的區域，往往出現外部不銹鋼殼體仍完好，但箱內元器件上的金屬已經腐蝕的情況。必要時需要采用不銹鋼雙層門的箱體加強防護。

根據運營的要求，部分設備在現場需要按鈕箱的，應當在工藝招采過程中明確界限，避免重復采購。由廠家自帶的按鈕箱，應對二次原理圖的內容、外觀尺寸顏色等統一要求。按鈕箱的設置應能夠滿足現場情況觀察的要求。

因為工藝設備廠家對整個配電系統不夠了解，為了保險起見往往對功率較小的設備也采用軟起動方式。在設計過程中應根據實際變壓器的容量，對起動電流進行校驗，能夠滿足直接起動的采用直接起動，避免不必要的投資浪費。

對于電機的選型，應結合工藝設備廠家的經驗與運營的實際要求，合理選擇普通電機與變頻電機的數量，綜合考慮建設投資成本與運營投資成本，實現最優選擇。當選用變頻電機時，應當根據其工藝特性是重載還是一般負荷起動，選擇合適型號的變頻器。

2.3 設備平面布置

在水廠中，往往功率較大的設備區域也是給排水和暖通主干管的位置，空間比較緊張，應在設計過程中與各專業進行充分溝通，對管線、橋架、支架和配管進行綜合排布，保證后續施工的可行性與運營檢修的便利性，以及整體的美觀性。如有條件，可采用BIM軟件對各專業的管線進行綜合排布。

對于腐蝕區域的橋架，應采用不銹鋼材質，相應的支架也需要采用不銹鋼材料，與接地材料的連接處應當注意不同金屬之間避免電化學腐蝕。

2.4 照明與防雷接地

從節能的角度考慮，現在廣泛推薦采用LED照明。LED燈具具有壽命長，能耗低的優點。但實際運行過程中，LED燈具往往會由于鎮流器的壽命影響其使用效果。特別在潮濕、腐蝕環境下，不同設備廠家的鎮流器表現性能不盡相同。因此，在特殊區域布置照明時，應充分考慮環境的影響，對燈具本身及相關附件的防護等級提出相應的要求，滿足使用標準。

防雷一般采用三類防雷，按照設計規范進行設計。對于特殊易燃易爆的區域相應提高防護等級。由于水廠的單體較多，室外工程較多，因此對于室外部分的設備，浪涌保護器的設置應予考慮。

接地設置由于單體較多，分散較廣，通常采用TN-C-S或TN-S的接地方式。不同單體之間應用-40x4接地扁鐵可靠連通。對腐蝕區域的設備接地也應注意材料的選擇。

3 結語

綜上所述，水處理廠的電氣設計相對于一般通用設計，有其特殊性。隨著國家水處理項目越來越多，在進行水處理項目時應充分考慮其特點，使電氣設計能夠實現工藝設備的各項要求，進而保障水廠的正常運行，為社會生活提供可靠的用水。

參考文獻

洪曉明。關于水廠電氣設計的研究。《建設科技》2017年第6期75-76。

李煒，管利君。水廠電氣設計探討。《科技情報開發與經濟》2011年第12期178-180。

作者簡介：

馮嘉琦，男，1988年1月生，2010年畢業于浙江大學電子信息工程專業，2012年畢業于荷蘭埃因霍芬理工大學電氣工程專業，工程師，現就職于杭州市城鄉建設設計院股份有限公司，浙江省杭州市江干區顧家畈路22號，310004。

王琦，畢業于浙江理工大學電子信息工程專業，助理工程師，現就職于杭州市城鄉建設設計院股份有限公司電氣設計。