中山市黑臭水體整治提升工程電氣方案設計

何乃權

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

1 工程概況

中山市中心組團黑臭（未達標）水體整治提升工程的西河涌、朗心渠、朗心四渠位于中山市沙溪鎮。西河涌北起博愛一路，南至岐江河，河涌全長約0.87km，平均寬度為15m；朗心渠起始于105 國道，上游與暗渠朗心一渠、朗心二渠連通，匯入西河涌，河涌全長約1.5km，平均寬度為13m；朗心四渠起始于時代傾城東北側綠地，上游與暗渠朗心三渠連通，下游過105 國道后從中信左岸與世紀新城3 期兩個小區間穿過，匯入西河涌，河涌全長約0.75km，平均寬度為8m。

西河涌、朗心渠、朗心四渠3 條河涌現狀均為黑臭水體，本工程擬通過截污與調蓄工程、清淤工程、岸線修復工程、生態修復工程、調水補水工程及水務信息化工程建設，以改善河涌水質。到2022 年，河涌水質得到改善，實現全面消除黑臭。

2 設計范圍

本工程以變配電間10kV 進線電纜的終端頭作為分界點，終端頭以下的部分屬于本工程設計范圍。主要包括：總變配電室設計、污水處理站電氣設備的供配電設計、電纜管線敷設設計、照明系統設計、防雷接地及等電位設計、自控儀表設計。

3 供電電源

污水處理工藝是一個復雜的生化處理過程，一旦停電將造成供氧中斷，使微生物失去活性，嚴重影響污水的處理效果，出水水質不能滿足工藝設計要求。因此，本工程對供電可靠性要求較高，用電負荷按二級設計，污水處理站采用兩路獨立的10kV 電源供電，入戶后分別引入高壓環網柜。每路電源各引入到一臺變壓器內，每臺變壓器可負載全部工作負載，使兩路進線一用一備，可保障供電可靠性。

4 負荷計算及變壓器選擇

污水處理廠用電負荷分為照明負荷和動力負荷，動力負荷主要為水泵類負荷。負荷計算時，動力負荷采用需要系數法計算，輔助照明負荷及辦公用電負荷采用單位建筑面積負荷指標計算。全廠負荷計算結果如表1 所示。

表1 全廠負荷計算結果

根據負荷計算情況，在變配電間設置2 臺100kVA/10kV/0.4kV 變壓器，兩臺變壓器一用一備，單臺變壓器負載率68.6%。

5 變配電系統

5.1 變配電室設計

本工程新建1 座10/0.4kV 變配電室，在平面布置上，要求變配電室深入負荷中心。變配電室內設置1 組高壓環網柜，兩臺干式變壓器和低壓固定式開關柜。室內設置2 臺相同容量的變壓器，采用1 用1 備的方式，這樣既能保證雙電源的供電可靠性，避免近期投入設備過多和變壓器長期處于低負載率的非經濟點運行而造成的浪費，又能避免將來擴建時變配電室土建結構的較大改造，節省投資和縮短污水處理站擴建的停電時間。

5.2 供配電系統設計

10kV 系統采用雙電源進線，單母線分段，不設母聯。正常情況下，兩路電源同時帶電，2 臺變壓器1 用1 備。低壓配電系統采用單母線接線方式，低壓進線處設置雙電源互投開關，互投開關選用帶機械互鎖，任何時刻兩斷路器不能同時合閘。

5.3 控制方式

對于單臺電氣設備，主要控制方式有現場手動和遠程自動控制。電氣設備控制回路均設置手動/自動轉換開關，每臺工藝設備根據工藝運行要求決定是否加入工藝流程的自動控制系統。各工藝設備的運行/停止狀態通過電氣信號傳遞給PLC 控制器。

對于構成一個系統的電氣設備（如污泥脫水系統、加藥系統等），主要控制方式有現場手動和遠程控制。自動控制由設備廠家配套的控制柜完成，控制柜內置PLC 控制器，并通過通信接口和上位系統通信。

電動閘（閥）門均采用一體化裝置，設備自帶閘（閥）門電動裝置。

潛水電動機均設電流速斷、泄漏、過載、溫度及干運行等保護。

5.4 電能計量及無功補償

本工程采用低壓計量方式，在低壓進線柜內裝設專用計量裝置。計量儀表按照電力部門要求裝設，動力和照明合并計量。

在變配電間低壓母線上設電容集中自動補償裝置，對用電負荷進行功率因數自動補償，步數不小于6 步，補償后實際運行中功率因數達到0.92 以上。

6 照明設計

照明系統采用獨立的低壓配電回路，在變配電室的0.4kV 側低壓柜內設單獨照明饋線回路，照明回路采用“T”接方式，減少照明回路，節約線纜。

綜合服務用房的照明采節能型熒光燈具，輔以局部照明，使其滿足功能要求。其余各高大建筑物、生產車間的照明燈具主要采用金屬鹵化物燈，并以吊裝形式為主，方便維護和檢修，按照功能要求，必要時設置局部照明。

廠區內道路采用普通路燈照明，選用LED 燈光源，燈桿選用4.5m 高度的庭院燈具，標準間距20m 沿巡檢路單側進行布置。照明控制采用手動控制和時間控制方式。反應池上照明亦采用庭院燈，選用高壓鈉光源，燈桿高度為4.5m，具有裝飾效果，作為巡視、維護檢修用。庭院燈以TN-S 接地系統，在各回路配電柜出線處及末端設置重復接地。綜合服務用房等有人值班的建筑物內部及公共疏散通道處設置應急照明，應急時間不小于90min。廠區建筑物主要照度標準如表2 所示。

表2 廠區建筑物主要照度標準

7 防雷接地

本工程低壓配電系統采用TN-S 制接地型式。電氣信息設備的保護性接地、功能性接地以及建筑物的防雷接地共用一組接地系統，接地系統的電阻不超過1Ω，并實施等電位聯結措施。低壓進構/建筑物的饋線電纜距離超過50m 時，設重復接地裝置，接地電阻不超過10Ω。

8 電纜設計

電纜的導體材料均選用銅導體，動力電纜選用交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜；控制電纜均選用銅芯聚氯乙烯絕緣控制電纜。動力電纜截面按持續工作電流確定允許最小電纜截面，同時還要考慮環境溫差、土壤熱阻系數差異、電纜多根并列等因素的影響，選擇適當的修正系數，合理選擇電纜截面。廠區電纜以直埋和電纜溝的敷設方式為主，廠區需合理布置電纜溝，電纜溝采用混凝土電纜溝。電纜溝內控制電纜和電力電纜分層按順序敷設。電纜直埋過路時需穿管保護。各構筑物內依據現場實際情況，電纜敷設可采用室內纜溝、橋架及預埋鋼管等方式。

9 自控儀表設計

9.1 設計范圍

自控儀表設計包括污水處理站檢測儀表、網絡通信、自動控制裝置及自控儀表防雷接地設計等。

本工程方案設計，擬采用集散型計算機控制系統和智能測量儀表組合的方案，監控中心的計算機工作站與現場可編程邏輯控制器通過以太網通信，現場設備的運行狀態信號通過I/O 模塊采集，引至相應的PLC 控制器。采用此種方案結構可使生產過程中的信息集中收集管理，實現整體的操作和優化，而且大大提高了系統的可靠性。

污水處理廠、調蓄池、一體化泵站、智能截流井、溢流井及格柵井等設為工作子站，每條河涌內的工作子站設為一個分站，分站將各子站信號通過以太網與監控中心的計算機工作站通信。各子站之間能過光纖連接到對應的分站，且各子站具有4G 無線通信模塊作為備用的通信方式。智能截流井、溢流井子站閘門設超聲波水位檢測儀，根據水位控制雨水閘門開閉；格柵井子站閘門設超聲波水位檢測儀，根據水位維持污水閘門開度，避免截污管內壓力過高。

9.2 自控系統結構

自動控制系統采用3 層的結構形式，包括信息層、控制層和設備層。信息層的設備放置在中央控制室，采用具有客戶機/服務器結構的計算機局域網，網絡形式采用1G 速率的以太網。系統預留通信接口，方便中遠期自控系統接入。控制層采用工業以太網，混合結構的通信方式連接各分站和廠內各子站。設備層設在各條河涌的子站，成套設備控制系統作為控制器的遠程子站，現場控制子站為無人值班模式，操作界面采用觸摸顯示屏。

9.3 自控系統功能

污水處理廠、一體化泵站、智能截流井、格柵井等的運行監控功能通過設置在各子站中智能儀表及機械設備、配電柜內的傳感器、現場控制箱、變送器所采集的實時信息經就地的PLC 控制器的收集、預處理以后上傳到控制室進行統計、處理、存儲，將采集到的全部自動化信息作為依據，經過人工判斷或數學計算以后，按周期發出各類運行控制命令到各就地子站執行。污水處理廠內設有安全與環境監控功能，應包含有害、有毒、易爆、易燃氣體的監測；廠區內設視頻監視和安全防范系統。

10 結語

西河涌、朗心渠、朗心四渠水質整體提升工程是一項惠民工程，本工程的實施，將改善河道及周邊環境質量，改善市民生活質量，綠化市容，促進社會和環境的良性發展，實現環境效益、社會效益和經濟效益達到有機統一。本文介紹了該項目的電氣及自控工程設計，在設計過程中采用的技術及措施可以為類似項目提供借鑒。