污水處理廠提標改造工程供配電系統方案

魏國文， 丁查明， 王振宇

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

隨著污水處理工藝的升級，大型污水處理廠提標改造中新增的電氣負荷相應大幅增加，電力系統增容是常見的供電要求；同時污水處理廠在提標改造過程中有不停產的要求，給供配電系統方案選擇增加了難度。供電方案選擇不當不但會對污水處理廠運行造成嚴重的安全隱患，還會伴隨出現過度投資、系統繁雜、實施困難等次生問題；如何選定優化合理的供電方案是大型污水處理廠提標改造工程供配電系統技術研究的熱點。本文以某城市大型污水處理廠提標改造工程供電方案為例，選擇對原廠高壓系統升級改造方案，貫徹執行了國家的技術經濟政策，做到保障人身安全、供電可靠、技術先進、經濟合理[1]。

1 工程概況

污水處理廠原老廠建設規模為26×104m3/d；完成擴建工程一、二期后建設規模為64×104m3/d，處理水質為二級標準排放；現污水處理廠提標改造工程要求設計規模為67×104m3/d，處理水質達到一級A 排放標準。 廠內建有一座35 kV 變電站，內設35 kV 高壓系統、35 kV/10 kV/8 000 kVA 主變壓器2 臺及10 kV 高壓系統，2 臺主變壓器同時運行。10 kV 系統饋出線為：原老廠區8路、擴建工程一期4路、擴建工程二期4路，共16 路。35 kV 電源外線由110 kV 上新河變電站的污水站線及上江線提供2 路電源，電纜通過過江隧道至污水處理廠35 kV變電站。見圖1。

圖1 現狀廠區35 kV高壓系統結線

2 工程難點分析

高壓配電裝置的設計需做到安全可靠、技術先進、經濟合理、便于檢修和維護[2]。方案選擇的第一個難點是供配電系統安全性和經濟性的矛盾，在供電系統安全性的基礎上同時滿足工程造價的合理性是供電方案選擇的關鍵；第二個難點是電氣系統要求簡潔高效、具備可實施性。

3 供配電方案選擇

3.1 負荷等級的確定

大型污水處理廠的負荷等級應為二級[3]，原污水處理廠已確定為二級負荷，改造工程負荷性質不變。根據該項工程負荷等級的用電要求，需要兩回路電源供電，一用一備，當有一回路中斷供電時，另一回路應能滿足全部二級負荷[4～5]。

3.2 供配電負荷

在原廠8 座10 kV 分變配電間基礎上新增提標擴建工程的2 座10 kV 分變配電間，共10 座分10 kV 變配電間。原有的8 座10 kV 分變配電間電氣負荷按照工藝專業提出的工藝用電負荷重新計算，計算負荷、變壓器配置及工況均有重新調整變化；提標擴建工程的2 座10 kV 分變配電間用電負荷為新增負荷。見表1和圖2。

表1 各10 kV分變配電間負荷計算

圖2 污水處理廠提標改造工程廠區供電負荷分布

3.3 供配電系統方案

以供電安全可靠、經濟合理、高效簡潔、可實施為原則，結合污水廠內部運行管理要求、外部供電允許條件綜合確定供電方案。

3.3.1 方案一

原廠區35 kV 變電站維持現狀不變，提標擴建新廠區部分由供電單位110 kV變電站直接新引入10 kV電源。35 kV 變電站無需增容，現狀2 臺8 000 kVA 主變壓器同時工作方式不變，35 kV系統仍保留由江邊泵站110 kV 變電站引來兩路35 kV 外線電源工作方式。擴建的新廠區新建一座10 kV變電站，由供電單位110 kV變電站直接就近新引入2路10 kV電源。見圖3。

圖3 供電方案一

原35 kV 系統中10 kV 饋出線擬調整為：原老廠區6 路，擴建工程一期4 路、擴建工程二期4 路，利用排放泵房停用的兩路出線新增2 路綜合控制化驗中心出線。

該方案的優點是原35 kV變電站基本無電氣設備改造內容，只涉及個別饋出線調整及繼電保護定值調整，能滿足污水廠提標改造期間平穩生產運行要求，安全性較高；另一方面，新廠獨立新建10 kV高壓配電系統，時效性較好，較容易實施。

該方案的缺點是原廠高壓系統電氣設備老化的安全隱患沒有解決；建成后廠內有4 路外線電源，存在原35 kV 及新建10 kV 兩個變電站，不利于運行管理；老廠2路35 kV、新廠2路10 kV，存在多處計量點；另一方面新引來2路10 kV電源，新增外線費用較高。

3.3.2 方案二

將原35 kV 變電站改造為10 kV 變電站，全廠只設置一個10 kV 主變壓器配電系統。即原35 kV 系統及主變壓器停用，原由110 kV變電站經過江隧道引來的35 kV 外線停用，35 kV2 臺8 000 kVA 主變壓器報停；對10 kV 系統重新升級改造，由供電單位110 kV變電站直接引入2 路10 kV 電源滿足全廠新老負荷。見圖4。

圖4 方案二

該方案的優點是只設一個新建的總10 kV 變電站，變配電系統重新設計，方便用電管理，安全性高。

該方案的缺點一是原35 kV 變電站報停，造成原有供電資源嚴重浪費；另一方面，需要供電部門提供的10 kV出線間隔供電容量較大且供電外線實施費用偏高。

3.3.3 供電方案三

將原35 kV 變電站改造增容，新老廠區供電均由改造增容后的35 kV 變電站供電。原變電站35 kV 主變壓器由8 000 kVA增容至12 500 kVA。見圖5。

圖5 供電方案三

該方案的優點是只設一個35 kV 變電站，方便用電管理，安全性高；只涉及上級變電站一個供電部門，外線電源供電間隔容量及線路仍可滿足本工程要求，外線增容的費用因無配電貼費而大大降低。

該方案的缺點是原35 kV 變電站內改造工程較為復雜，需做好2 套主變供配電系統改造不停電實施預案。

3.4 供電方案的確定

結合供電部門外部條件及污水處理廠內部管理要求，供電方案的確定需考慮以下因素：

1）原35 kV 變電站增容改造具備外部條件，供電的35 kV 電源外線即110 kV 上新河變電站的污水站線及上江線兩路電源供電間隔容量及線路仍可滿足本工程要求，外線增容無配電貼費，其費用大大降低，相比較方案三經濟性更加合理；

2）污水處理廠經過近十幾年滿負荷運行，存在電氣設備老化、已到使用壽命和部分配件采購不到等問題，給安全運行帶來很大隱患；因此原廠區整體，特別是35 kV 變電站的電氣設備需要全部更換，方案三可以滿足內部運行管理的要求；

3）就近提供2 路滿足二級負荷要求的10 kV 間隔不具備條件，方案一、方案二報請供電部門外線增容外線費用過高。

最終確定方案三為本工程供電方案。

4 結語

大型污水處理廠提標改造工程的供電方案，一定要在供電系統的安全可靠性和經濟合理上找到平衡點，綜合考慮外部供電條件及污水廠運行管理合理等多方面因素確定。本工程在合理兼顧供配電系統安全性、經濟性，同時滿足電氣系統高效簡潔、可實施性的條件下，完成了供配電系統升級改造。