水廠電氣二次設備及其自動化改造

劉 宗

（亳州市公用事業管理服務中心，安徽 亳州 236800）

引言

現階段我國所建設的水廠內部，其各種設備形式比較特殊，結構十分復雜，且功能較多，這其中電氣的二次設備是極為重要的設備與設施。基于目前我國水廠二次設備的使用情況分析，本身設備技術創新能力的降低影響水廠的生產水平與質量，且自動化程度不高，很多設備年久失修伴隨著老化和耗損嚴重的問題出現，并且還需大量的工作人員去維護這些老舊設備，無形之中會增加水廠的生產成本。因此二次設備的改造與升級便成為解決這些成本支出的重要手段，在其設備改造和創新期間，不僅可以實現閉環控制，同時可在減少人力資源支出的同時，減少設備故障發生的頻次，在設備性能滿足生產需求時整個機組的效能也會全面提升，進而保障水廠生產的穩定與長期運行。

1 工程背景

1.1 水廠概況

本水廠在20世紀70年代所建立，因為年久失修，各種建筑物和構筑物本身老化得十分嚴重，水廠本身的沙濾層已經積累很多淤泥，對于水體進行過濾時效果不佳。目前水廠內的加藥系統中各項設備已經失去了生產能力，加釩和加氨等操作依舊采取人工作業，精度低、可調節性差、可控性較差。沉淀池作業結構和其工藝比較老舊導致在混凝劑加入后，其在每一千噸水單耗上已經達到60~70 kg。這樣直接導致整個沉淀的出口渾濁程度已經不符合有關標準。但是整個水廠中的沉淀池數量占據較大比例，大約為1/4，這樣會嚴重影響出廠水的質量。現有的生產設備單體形式較多，互相缺少連接性，手動控制成為其主要的控制方式，人工成本的增加導致信息采集十分困難，這對于后續水廠的發展和各項業務的決策都造成了極大的不良影響。

1.2 水廠電氣二次設備改造思路

整個改造分為兩個階段，第一階段所處理污水的設施占地工程指標遠低于建設部給出的指標，在優化和整合之后，保證能夠在有限的范圍內實現二次電氣設備的升級和改造，保障水廠的穩定運行。

在第二階段，新系統供水在完成一部分之后，拆除現有的南部設施，在原有的地址位置建設供水泵房和清水池等設施，并對泥水的排放系統進行改造與升級，最終形成綜合性可處理25萬m3/d的水體的水廠形式[1]。其在改造之后，各項二次電氣設備改造升級完成，水廠目前正處于穩定運行的狀態，對于污水的處理效果也全面提升。并且出廠的水質要優于國家相關標準，具體如表1所示。基于其處理和改造升級的效果，本文以此為基礎對其二次電氣及其自動化設備的改造與升級做出具體措施分析。

表1 低溫期原水和出廠水水質指標統計

2 水廠電氣二次設備自動化改造的實際措施

2.1 預埋電纜管道

需要將電纜和管道的預埋工作實施在澆筑混凝土之前，并根據設計方案來保障電纜的敷設效率，本著“就近原則”來減少敷設與后續使用期間線纜所遭受到的磨損，對電纜和管道進行保護。首先需要打磨管道口，等到管道口被打磨光滑之后再進行整齊排放；其次需要保障在電纜管的接頭位置的密封性，不能使其發生漏漿的問題，必須要使用套絲擰緊或者是焊接的方式來緊密接口位置。另外為了避免電纜中進入各種異物造成電纜管堵塞，則需要在電纜口作密封處理，同時對于沉降縫的處理方法來講，需要采取壓扁的形式。最后，如果管道長出地面墻位置，需要利用中間盒進行管道的轉接，保障其長度和施工效果滿足合同要求和標準內容。

2.2 敷設與連接電纜

需要選擇經驗豐富和技術過硬的人員進行電纜的敷設和連接作業，如果其連接和敷設的效果與相關規程不相符合，很容易導致系統故障。同時在新管道敷設前，需要保障對其進行常規檢驗和標準化處理，結合設計方案嚴格設計，這些都是保障后續電纜敷設安全與實用性的重要基礎。在新電纜敷設過程中，應當注意以下問題：

1）嚴格檢查與核對電纜的型號、規格和線盤以及保護層，各項數據必須符合設計要求；

2）嚴格檢查與核對電纜溝的深度、電纜之間交叉與平行的距離，各項數據必須滿足規程需求與要求[2]；

3）嚴格檢查敷設電纜的實際方法，并對線盤的位置進行仔細核對；

4）在實際施工作業中，為了避免所敷設的電纜出現交叉的情況，需在實際敷設之前作出科學的計劃與安排；

5）如果需要使用機械進行電纜敷設，需要防止各項因素損壞電纜，如摩擦或者擠壓等，保障在施工后，可以存在伸縮有余的電纜形式；

6）施工人員還需要觀察電纜的彎曲半徑，如果半徑過小，很容易造成電纜的損壞，這也是施工作業期間常見的問題形式。

2.3 安裝二次盤柜

在二次盤柜進行安裝期間，需要嚴格按照基礎流程進行安裝，以此來提升二次設備的安全轉性，減少這些二次設備故障發生的頻率，為后續維修工作的效率提升奠定基礎。整個安裝的過程包含刷防腐漆和下料以及基礎焊接等工作內容，并且需要將端子箱和掛墻的動力箱進行固定，一般選擇膨脹螺栓進行固定，保障所固定的盤柜高度和抹面層相差的高度在1 cm左右，進而能夠查詢到各種基礎的誤差數據。

2.4 改造變頻柜

由于該水廠多年的老化問題，需要在改造變頻柜期間需要拆除原有的老化電線和電氣設備，但是可以利用原有的空開和接觸器，其他的一些部件或者儀表需要全部拆除。然后將氧化程度較高的電氣接頭進行處理，在壓接后可重新進行下一步的改造工作。

該水廠中安裝變頻器為90 kWABB ACS510系列變頻器，變頻采取一拖二的供水方式，恒壓泵為75 kW水泵，如果當該恒壓泵不能滿足供水需求時則采取45 kW的補壓泵在一定延遲后進行軟啟動，以工頻運行，這時主泵自動恒壓來控制出水的而壓力。相反如果出水壓力大于給定的壓力，這時補壓泵會推出供水操作。該補壓泵可以結合轉換開關從系統中分離出來，以此來單獨控制以工頻運行，保障其在電氣設備發生故障期間能夠單獨的應急向外供水。隨后結合遠程通訊數據的連接，要求增加S7-200PLC、CP243-IT以太網模塊，觸摸屏設計。

2.5 增加主要電氣設備

在主要電氣設備增加期間，其包含PLC、模塊和變頻器等。原有的變頻器為ABBACS600系列，建議更換為上文所提到的90 kWABBACS510供水變頻器，提升供水的安全性和可靠性。PLC采取的是西門子S7-200系列的S7-214XP型PLC，增加一塊模擬量模塊，用于對模擬量信號進行采集，隨后增加一塊以太網通訊模塊完成數據、開關量信號和總站的對接工作[3]。

2.6 試驗電氣二次設備

在電氣二次設備升級與改造期間，為了保障其設備的綜合性能滿足相關要求，需要組織相關技術人員和試驗人員對其綜合性能進行科學驗證。具體可從五方面入手：

1）保障試驗前的各項工作內容有效落實，如人員學習、工作原理的確定等內容；

2）在整體試驗設計中必須制定應急方案和消防措施；

3）擔任試驗項目的核心人員必須是具有豐富工作經驗的研究人員，以此為基礎來保障全部工作流程科學可靠；

4）在試驗過程中，全體人員需要嚴格結合相關操作規程做好記錄；

5）在整個試驗結束之后，需要將實驗結果上交到領導層，為后續施工方案的改進與創新奠定基礎。

3 結語

基于相關案例背景的分析與研究，對目前水廠中電氣二次設備及其自動化改造的內容進行詳細分析，并以改造的出水水質檢測結果作為本文數據支持，希望能夠給予相關人員一些參考，促進水廠的穩定與可靠運行。