論城鎮(zhèn)污水處理廠電氣自控的運行管理

林浩

（廈門市政環(huán)境科技股份有限公司，福建 廈門 361009）

0 引言

近年來，隨著我國樹立踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，環(huán)境保護已成為基本國策，污水處理更是屬于各級環(huán)保督察重點關(guān)注行業(yè)。因此有必要加強污水處理廠的電氣自控設(shè)備設(shè)置及日常運行管理，保障污水處理廠安全穩(wěn)定運行。

1 污水處理廠電氣系統(tǒng)設(shè)置方法

1.1 合理布置配電系統(tǒng)，提高供電可靠性

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052-2009）、《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（JGJ 16-2008），目前國內(nèi)污水處理廠供電負荷為二級負荷[1-2]。二級負荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。我司下屬各污水處理廠均采用兩根電纜組成電纜線路供電，其每根電纜應(yīng)能承受100%的二級負荷，供電安全保障能力較強。

筆者對公司現(xiàn)有污水處理廠配電系統(tǒng)進行梳理改造，將污水處理廠高低壓供電系統(tǒng)接線型式及運行方式通過專項改造項目進行了統(tǒng)一?？?、分配電室高壓采用雙進線供電，總配高壓系統(tǒng)接線型式為單母線分段聯(lián)絡(luò)接線，低壓系統(tǒng)接線型式為單母線分段聯(lián)絡(luò)接線；分配高壓系統(tǒng)接線型式為單母線分段不聯(lián)絡(luò)接線，低壓系統(tǒng)接線型式為單母線分段聯(lián)絡(luò)接線。通過上述形式改造，污水處理廠供電可靠性得以大大提升。

1.2 采取有效措施，提高供電安全性

為保障污水處理廠安全運行，我司開展企業(yè)安全風(fēng)險分級管控與隱患排查治理雙機制建設(shè)，對生產(chǎn)區(qū)域進行危險源辨識，其中配電室作為重大危險源管理，因此非常有必要采取有效的電氣措施及配電室標準化配置措施提高配電系統(tǒng)安全性。

電氣措施一般通過設(shè)置完善的微機保護裝置、采取可靠的閉鎖方式等電氣措施保障配電系統(tǒng)安全性：

配電室進出線柜采用保護、測控一體化的微機裝置，監(jiān)控選用饋線型保護，實現(xiàn)對進出線的過流速斷、零序保護及測控。進線PT柜的有關(guān)信號接入本段的臨近饋線柜保護裝置；遠方、就地信號應(yīng)一并接入本柜微機保護裝置[3]。

閉鎖設(shè)置是配電系統(tǒng)安全保障的核心。高壓開關(guān)柜應(yīng)滿足“五防”閉鎖要求；變壓器門應(yīng)與相應(yīng)10KV出線柜設(shè)電氣閉鎖，同時加裝電磁鎖，防止誤入帶電間隔；高低壓I回路進線開關(guān)、II回路進線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)應(yīng)配分勵、過流、失壓脫扣器，互為聯(lián)鎖，保證它們之間最多只能兩臺同時處于合閘狀態(tài)，防止任一開關(guān)退至檢修位置時造成全站或部分失電。

通過完備的閉鎖保護，保證運維人員進入配電室操作時無法接觸到帶電部分發(fā)生危險，同時杜絕因誤操作造成配電系統(tǒng)發(fā)生安全事故。

2 污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)置方法

2.1 合理進行設(shè)備控制，實現(xiàn)智慧化運行

污水處理廠自控設(shè)計一般遵循實用性、可靠性、經(jīng)濟性、先進性的原則。我司根據(jù)這個原則，形成污水處理廠自控系統(tǒng)技術(shù)標準，實現(xiàn)污水廠設(shè)備分級控制。

運行管理調(diào)度級，即通過廠區(qū)運行管理決策系統(tǒng)軟件中預(yù)設(shè)的運行控制模式預(yù)案，或根據(jù)歷史運行經(jīng)驗數(shù)據(jù)記錄的運行方式給出的調(diào)度運行建議，并結(jié)合管理人員人工調(diào)度決策結(jié)論向中央控制級下達調(diào)度命令，中央監(jiān)控級操作人員根據(jù)調(diào)度命令進行運行參數(shù)修改及設(shè)備控制；中央控制級，即通過各廠自控系統(tǒng)中央控制室的中央控制站計算機進行控制的方式（有些污水廠中控室即調(diào)度室）。其作用在于采集和儲存污水廠自動運行的所有設(shè)備和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)；現(xiàn)場PLC自動控制級，即現(xiàn)場控制站PLC控制方式，設(shè)備的運行完全由PLC根據(jù)各儀表、設(shè)備測量參數(shù)以及設(shè)定的運行參數(shù)來自動控制設(shè)備的運行；現(xiàn)場手動（MMI）控制級，即每個現(xiàn)場控制站就地人機界面（MMI）如：觸摸屏、現(xiàn)場操作站等，操作人員通過現(xiàn)場人機界面（MMI）輸入控制指令或修改運行參數(shù)，進行現(xiàn)場軟手動操作，運行數(shù)據(jù)送中央控制站；就地手動控制級即通過就地電控（箱）柜上的現(xiàn)場按鈕控制方式[4]。

2.2 著力建立智慧管理平臺，提升運營水平

我司于2017年起，對所屬各污水廠進行提標改造，除了提升污水處理工藝，著重對現(xiàn)有陳舊落后的自動化控制系統(tǒng)進行更新改造升級，綜合污水廠處理工藝過程、構(gòu)筑物布局、設(shè)備和檢測儀表分布等相關(guān)因素，新設(shè)一套智慧污水運營管理平臺。

我司以三維數(shù)字化模型及工藝建模模型為核心構(gòu)建適合企業(yè)自身需求的污水廠智慧運營管理平臺：對每一個污水處理廠進行全廠、工藝段三維數(shù)字模型搭建，采用高空相機、平面巡視相機等視角建模，可形象展示具體廠站三維立體空間的結(jié)構(gòu)、工藝段、運行實景的模擬情況，達到實景體驗、有效監(jiān)管的目標。同時根據(jù)調(diào)控目標的不同，設(shè)計不同的服務(wù)模塊，包括進水單元分析模塊、工藝運行狀態(tài)分析模塊、投加碳源優(yōu)化模塊、智能曝氣模塊、化學(xué)除磷優(yōu)化模塊、整體能耗分析模塊等。利用生物建模技術(shù)（離線生物建模）和大數(shù)據(jù)建模智能分析技術(shù)（基于歷史數(shù)據(jù)分析建模），提供上述模塊的風(fēng)險控制參數(shù)表和工藝運行優(yōu)化方案，從而將運行風(fēng)險降到最低、減少能耗藥耗，實現(xiàn)污水廠的高效運行。

圖1 （污水處理廠深度處理段3D建模效果圖）

我司在公司總部建立總調(diào)度室，并將各廠智慧污水廠運管平臺，通過VPN專線，采用接入云計算服務(wù)中心的方式進行數(shù)據(jù)計算存儲，實現(xiàn)更便捷有效的管理方式。

3 加強電氣自控設(shè)備的日常維護

污水廠因占地面積大、設(shè)備分散的特點，電氣系統(tǒng)一般都設(shè)有一個總配及數(shù)個分配，已達到配電系統(tǒng)的經(jīng)濟合理性。從供電便捷和節(jié)約用地角度考慮，配電室一般與工藝處理段構(gòu)筑物合建，如配電室與生化池、鼓風(fēng)機房、加氯消毒車間合建等等。這就意味著，污水處理過程產(chǎn)生的硫化氫等容易造成設(shè)備嚴重腐蝕的氣體，可直接影響電氣設(shè)備運行。因此非常有必要加強對電氣設(shè)備的巡視維護。

我司通過智慧污水運管平臺的智慧巡養(yǎng)系統(tǒng)，形成一整套規(guī)范化設(shè)備保養(yǎng)管理制度。這里與大家交流電氣自控系統(tǒng)主設(shè)備的一些維護保養(yǎng)心得。

3.1 高壓設(shè)備的巡視和維護工作

高低壓柜投入運行后，要保證高壓設(shè)備在惡劣的污水處理環(huán)境中穩(wěn)定、高效、安全運行，關(guān)鍵在于提高維護保養(yǎng)頻次和標準。

對于比較常見的故障部位和重要部位，如低壓室、母線室、電纜室等，進行重點檢查保養(yǎng)。尤其應(yīng)重點關(guān)注斷路器室航空插座、活門機構(gòu)、靜觸頭盒及靜觸頭；電纜室避雷器、接地開關(guān)、靜觸頭盒、下分支母線；母線室上分支母線、壓力釋放板等部位的檢查及保養(yǎng)。

近年我司嚴格執(zhí)行周期制保養(yǎng)制度，取得了明顯的效果。經(jīng)過常態(tài)化保養(yǎng)，解決了諸多設(shè)備隱性問題，如通過緊固主母線螺栓避免因螺栓松動引起的電弧事故；檢查維護 PT 車，有效預(yù)防 PT 絕緣破損及二次錯誤導(dǎo)致的事故等等。

這里將一個梅花觸指狀態(tài)異常的問題作為典型案例與讀者分享。我司同安污水處理廠使用的斷路器為VD4 型真空斷路器共 8 臺，2008 年投入運行。一次例行維護時，保養(yǎng)人員發(fā)現(xiàn)斷路器操作機構(gòu)的儲能切換盤可能由于油脂卡澀或異物等原因?qū)е缕渥冃?，該機構(gòu)變形可引發(fā)斷路器儲能系統(tǒng)故障，無法儲能，致使設(shè)備無法合分閘。此類故障我司操作人員暫時無能力修復(fù)，經(jīng)專業(yè)機構(gòu)經(jīng)驗豐富的專業(yè)工程師對開關(guān)柜進一步檢查和維修，解決了存在問題，消除一個重大安全隱患。

3.2 低壓設(shè)備的巡視和維護工作

低壓框架開關(guān)是保障設(shè)備安全，供電安全的關(guān)鍵。因此，在眾多低壓設(shè)備的保養(yǎng)項目中，我司將低壓框架斷路器的保養(yǎng)作為重點保養(yǎng)項目[5]。

雖然大多數(shù)用戶會定期對低壓配電室進行檢修、除塵，但是大多數(shù)操作人員旺旺不會對包含框架開關(guān)在內(nèi)的元器件進行細致的維護。低壓元器件經(jīng)過多年的運行，其中的操作機構(gòu)、機械連接方面都可能存在的隱患。比如：絕緣失效、彈簧無法復(fù)位、缺少潤滑、接觸不良、機構(gòu)卡塞等等，容易引發(fā)操作故障，甚至產(chǎn)生安全事故。

為了防止故障發(fā)生，我司原來常用的檢查手段主要通過低壓設(shè)備年檢，按照常規(guī)的項目要求對開關(guān)柜進行測試，來判斷當前設(shè)備是否能通過試驗。而很多情況下，故障隱患在年檢的過程中不能提早發(fā)現(xiàn)。筆者對此結(jié)合我司實際情況，制定專項框架斷路器維護保養(yǎng)制度。

框架斷路器的維護保養(yǎng)一般可分為：斷路器保養(yǎng)（包括除塵、除銹、加油、潤滑、清潔）、保護單元檢測、合閘接觸電阻測試、絕緣電阻測試等步驟。具體維護項目包含斷路器外觀檢查、斷路器滅弧室檢查、斷路器內(nèi)部（機械）檢查、斷路器絕緣檢查、斷路器觸頭檢查等。

根據(jù)專業(yè)的維護保養(yǎng)方案，以當前實際工況為依據(jù)，通過嚴格的現(xiàn)場檢測，識別出故障的早期特征，對開關(guān)的薄弱環(huán)節(jié)及發(fā)展趨勢作出科學(xué)判斷，并提出有效的處理措施，真正的做到防患于未然。

3.3 自控系統(tǒng)及儀表的巡視和維護工作

目前國內(nèi)污水處理廠基本都實現(xiàn)自動化控制，如果把電氣系統(tǒng)比喻為污水處理廠的心臟，那么自控系統(tǒng)就是污水處理廠的大腦。全廠自控系統(tǒng)主要由軟件（智慧污水廠運管平臺、SCADA軟件）、儀表（液位計、過程儀表、檢測儀表）和PLC站三大部分組成。

軟件因涉及專利權(quán)，在運行界面及操作控件滿足使用的前提下，基本沒有需要日常維護的內(nèi)容。PLC站的CPU、電源模塊、輸入輸出模塊等均為高度集成電子產(chǎn)品，進行日常常規(guī)維護即可，如：檢查接地是否牢靠、以免雷暴擊穿PLC模塊；定期做好PLC柜除塵；隨時緊固有松動的螺釘?shù)取?/p>

污水處理廠各工藝段遍布液位計、流量計等過程儀表及檢測儀表，實時傳遞工藝運行數(shù)據(jù)。目前污水處理廠使用的儀表采取投入式即電極法檢測的占較大比例，涉及不銹鋼電極、合金電極、鉑金電極等。電極長期浸沒于污水中使用，若不及時清洗維護，容易結(jié)垢影響檢測效果及使用壽命。應(yīng)根據(jù)不同的電極采取相應(yīng)的維護方式。如在氧化溝使用的溶解氧儀、還原氧儀，建議每周將電極拉起用清水清潔一次；而在深度處理段使用的硝氮儀，建議每三天用5%稀鹽酸清洗一次電極。

自控儀表及PLC均為精密儀器設(shè)備，要求維護人員理解和掌握設(shè)備的構(gòu)造和工作原理，針對運維過程中發(fā)現(xiàn)的故障情況進行深入分析，方能找到解決問題的正確方法。我司某污水處理廠反硝化工藝段進水硝氮檢測儀為電極法檢測儀表，操作人員嚴格遵守維護手冊規(guī)定，每三天用5%稀鹽酸對電極進行清洗，但是僅過幾個小時，檢測數(shù)據(jù)就出現(xiàn)波動。為解決該問題，操作人員加大清洗頻次，改為每天清洗一次，問題依然存在。經(jīng)查閱儀表使用說明，結(jié)合安裝現(xiàn)場實際情況，班組組織研究討論，初步判斷問題原因為安裝位置不正確：現(xiàn)狀安裝位置在水流平緩段，水中雜質(zhì)容易在電極上聚集結(jié)垢，影響電極檢測。操作人員將儀表調(diào)整至上一工藝段出水處安裝，該位置水流流速大，雜質(zhì)無法聚集于電極表面。調(diào)整安裝后，問題迎刃而解，儀表正常工作。

4 結(jié)語

近年來，中央環(huán)保部門對生態(tài)環(huán)境整理督察力度不斷加大，國內(nèi)各污水處理廠逐步規(guī)范運行維護工作，保證污水處理廠安全穩(wěn)定運行和達標排放，提高污水處理廠運行效率和管理水平，全面提升污水處理能力。因此必須采取有效措施，強化污水處理廠安全穩(wěn)定運行。目前許多污水處理廠注重污水處理工藝及設(shè)備，積極探索新工藝、嘗試使用新設(shè)備，但對于污水處理廠“心臟”和“大腦”卻不重視，認為每年進行電氣設(shè)備年檢就足夠了。污水處理廠應(yīng)具備強有力的電氣系統(tǒng)以及先進的自控系統(tǒng)，以便保障污水處理廠穩(wěn)定高效運行、增強企業(yè)效益。我司根據(jù)自身運行實際情況，制定了完善的電氣自控設(shè)備維護保養(yǎng)制度和管理辦法，采取一系列措施，取得了一定成效，今后將繼續(xù)積極探索總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗。