污水處理廠多電源供配電系統方案設計
——以重慶中法唐家沱污水處理廠10kV 供配電系統為例

陳 建，陳 漸，陳陽剛

［1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司第九設計院，重慶 401121；2.華潤雪花啤酒（四川）有限責任公司成都分公司，四川 成都 610094］

1 背景介紹

污水處理廠作為城市發展過程中重要的基礎設施，是城市經濟發展、環境保護、城市居民安全健康生活的重要保障，而供電電源的安全可靠是污水廠正常運行的重要支撐。污水廠因建設分期或其他原因需要采用多路外線電源供電時，電源及配電方案應保障污水廠正常生產運行和后期的用電安全。本文以重慶市唐家沱污水處理廠為例，對污水廠多電源供配電系統方案設計進行探討。

重慶中法唐家沱污水處理廠（以下簡稱污水廠）現狀規模為40 萬m3/d，污水廠建設共分為以下6 個階段：一期工程（2003 年）、二期工程（2005 年）、三期工程（2012 年）、污泥干化車間（2009 年）、提標改造工程、加蓋除臭工程（2019 年）。

由于污水廠現狀電源無備用，且無法停電檢修，不能保障污水廠正常運行用電電源要求。受業主委托，由我院對污水廠電源外線及配電系統重新進行方案設計。要求外線電源按全廠用電負荷考慮，并預留滿足污水廠四期擴建和進一步提標改造的用電電源條件；設計方案不得影響污水廠正常的生產運行。

2 電源現狀及存在問題

2.1 電源現狀

由黑石子110kV 變電站兩段母線引兩路10kV 專線“黑污Ⅰ”、“黑污Ⅱ”至污水廠現狀10kV 總配電間，作為污水廠一、二、三期工程主用電源，兩路10kV 電源同時運行。供電線路敷設方式采用同桿雙回架空敷設，部分區域為電纜埋地敷設。其中架空部分采用185mm2鋁絞線，長度約5km；埋地部分采用300mm2高壓電纜，長度約2km，經復核最大能承擔的用電負荷約7016kVA。

由勝利花園開閉所引一路10kV 電源至污水廠提標改造工程高壓配電間作為提標改造工程主用電源，備用電源由原污水廠10kV 高壓配電系統新增出線柜提供。電纜規格采用240mm2高壓電纜，線路長度約4km，經供電公司反饋開閉所實際可提供負荷容量約3000kVA。

污水廠自建有一臺尾水發電機組，裝機容量為800kW，通過一回10kV 電纜出線接至污水廠二期鼓風機房配電間10kV 母線。

2.2 存在問題

（1）污水廠現狀電源無備用，且“黑污Ⅰ”、“黑污Ⅱ”無法停電檢修，發生故障時不能保障污水廠正常運行用電電源要求。

（2）據運行單位反饋，因城市道路建設，現狀埋地段電纜多次被挖斷，電纜中間接頭較多，載流量下降。

（3）現狀10kV 總配電間設備已運行近20 年，運行時間長，存在故障隱患。

2.3 現狀污水廠10kV 電源及配電系統主接線圖及10kV 配電間分布圖

（1）現狀污水廠10kV 電源及配電系統主接線圖，如圖1 所示。

圖1 現狀污水廠10kV 電源及配電系統主接線圖

（2）唐家沱污水廠總圖及現狀10kV 配電間分布圖，如圖2 所示。

圖2 唐家沱污水廠總圖及現狀10kV 分配電間分布

3 電源及配電系統方案設計

3.1 負荷等級

根據《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）第7.1.11 條規定：污水廠的供電系統，應按二級負荷設計。重慶市唐家沱污水廠設計處理規模40 萬m3/d，屬城市重要污水處理工程，若中斷供電，將給城市環境、居民生活造成嚴重影響。為保證污水廠連續、可靠地運行，確定唐家沱污水廠設計電源負荷等級為二級負荷[1]。

3.2 負荷計算

污水廠用電負荷按建設先后順序、負荷分布情況及現狀電源配電方式分兩個部分進行計算，其中一、二、三期工程及污泥干化處置工程為一部分，提標改造工程及加蓋除臭工程為另一部分。

（1）污水廠一、二、三期工程用電負荷如表1 所示。

表1 一、二、三期工程用電負荷統計

（2）污水廠提標改造工程用電負荷如表2 所示。

表2 污水廠提標改造工程用電負荷統計

（3）計算結果。根據唐家沱污水處理廠用電負荷統計表可知，目前污水廠一、二、三期工程用電負荷：10635kVA；提標工程及加蓋除臭工程用電負荷：2630kVA。唐家沱污水廠總安裝負荷：19610kVA（14350kVA+5260kVA），總用電負荷為：13625kVA（10635kVA+2630kVA）。

3.3 電源及供配電方案設計

結合唐家沱污水廠周邊電源位置關系圖及相關資料，污水廠周邊電源情況，均按埋地敷設計算長度。

（1）黑石子110kV 變電站：距離污水廠約7km。

（2）慶坪110kV 變電站：距離污水廠約6km。

（3）太平沖110kV 變電站：距離污水廠約3km（未建成，投運時間未知）。

根據污水廠周邊變電站的位置、現狀污水廠電源及實際運行情況進行分析，本項目最終選擇了3 種供電電源及配電系統方案中的第一種，具體如下。

污水廠外線電源電壓等級采用10kV，申請容量為13625kVA。由慶坪110kV 變電站引兩路10kV 電源，作為污水廠主用電源，現狀“黑污Ⅰ”“黑污Ⅱ”兩路外線電源檢修后作為備用電源。新建污水廠10kV 開閉所（利用污水廠現狀車庫改建），四路電源均接入污水廠新建10kV 總配電專用開閉所，“慶坪Ⅰ路”與“黑污Ⅰ”互為備用；“慶坪Ⅱ路”與“黑污Ⅱ”互為備用。完成后以污水廠10kV 總配電開閉所為中心，采用放射式配電方式，至污水廠現狀污水廠三個10kV 配電中心（進水提升泵房10kV 配電中心、鼓風機房10kV 配電中心、提標工程及除臭工程10kV 配電中心）。同時，考慮兼顧污水廠遠期發展，新建10kV 總配電開閉所預留遠期擴展柜位。

污將水廠現狀總負荷（運行負荷）13625kVA 按現狀運行方式分為三個10kV 分配電中心：分別為現狀進水提升泵房10kV 配電室（3315kVA）、現狀鼓風機房10kV 高壓配電室（7680kVA）和提標工程10kV 高壓配電室（2630kVA）。電源均由新建污水廠10kV 總開閉所出線回路提供，現狀配電系統沿用。

新建電源實施后，原勝利花園開閉所出線電源可根據需要申請停用，提標工程電源由新建10kV 總配電間出線。

新建慶坪變電站兩路10kV 電源電纜要求選用：ZR-YJV22-8.7/10kV-3x400，具體路徑及敷設方式以設計勘察結果以及政府規劃部門最終批復為準。

污水廠10kV 電源及配電系統主接線圖如圖3所示。

圖3 污水廠10kV 電源及配電系統主接線圖

污水廠新建10kV 開閉所平面布置圖（利用污水廠現狀車庫改建），如圖4 所示。

圖4 污水廠新建10kV 開閉所平面布置（利用污水廠現狀車庫改建）

本方案經污水廠運行單位、水務集團分別組織專家進行評審，最終采用推薦方案（方案一）作為唐家沱污水廠電源外線及配電系統最終實施方案。項目實施后現場照片，如圖5、圖6 所示。

圖5 項目實施后現場照片（左側）

圖6 項目實施后現場照片（右側）

4 結語

唐家沱污水處理廠新建10kV 電源外線工程及總配電中心建成投用一年多以來，污水廠供電可靠性大幅提高，運行穩定，得到了業主單位一致好評。

城市大型污水處理廠的供配電系統具有總負荷容量大，用電設備多，廠區面積大，涉及多個分配電中心，變配電系統復雜等特點。設計時應結合城市公共電網的實際情況，工藝流程的需要，并進行詳細的負荷計算，合理分配各分配電中心負荷容量，盡可能優化變配電系統方案，確保污水廠整個供配電系統的可靠性、安全型和經濟性。