污水處理廠改擴(kuò)建工程的電氣設(shè)計(jì)分析

彭錚錚

（華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

0 引言

城市化進(jìn)程的加快以及人口增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)污水的產(chǎn)生量不斷增加，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理的需求不斷增加。對(duì)現(xiàn)有的污水廠進(jìn)行改擴(kuò)建，從而增加其污水處理能力，不僅可以有效處理新增污水，還可以節(jié)省建造新的污水廠資金。隨著環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)水資源的重視，對(duì)污水處理質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。改擴(kuò)建污水處理廠可以引入先進(jìn)的處理技術(shù)和設(shè)備，提高污水處理的效率和質(zhì)量，確保處理后的污水水質(zhì)更好，從而更好的保護(hù)水資源。此外，污水中還含有一定量的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如果能夠通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚恚梢詫⑵渲械挠袡C(jī)物轉(zhuǎn)化為能源或者用作肥料。綜上所述，對(duì)污水處理廠進(jìn)行改擴(kuò)建，不僅可以增加污水處理量，提高污水處理后的水質(zhì)，還可以回收有用的資源，因此對(duì)污水廠的改擴(kuò)建具有必要性［1］。

1 改擴(kuò)建工程電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

電氣設(shè)計(jì)是污水處理廠改擴(kuò)建工程的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要綜合考慮各種因素，確保設(shè)計(jì)的安全性、合規(guī)性和可操作性。

（1）在了解竣工資料的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，了解污水廠配電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況和運(yùn)營(yíng)單位對(duì)配電系統(tǒng)使用情況的反饋。這包括檢查原配電系統(tǒng)的變壓器容量、備用電源容量、出線柜備用回路數(shù)量及容量、廠區(qū)室外電纜溝走向、污水廠運(yùn)行過(guò)程中配電系統(tǒng)不足之處等。其中要著重核對(duì)電氣竣工圖的準(zhǔn)確性，為接下來(lái)的改擴(kuò)建工程提供依據(jù)，從而確保改擴(kuò)建項(xiàng)目設(shè)計(jì)的進(jìn)行。

（2）根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50014-2021中7.1.11條規(guī)定：污水處理廠的供電系統(tǒng)應(yīng)為二級(jí)負(fù)荷，故污水廠改擴(kuò)建項(xiàng)目的用電負(fù)荷應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)。因此需要統(tǒng)計(jì)全廠的新老負(fù)荷總?cè)萘浚瑥亩_定擴(kuò)建后變壓器容量及市政10KV電源的容量，據(jù)此和供電局協(xié)商污水廠的供電方案，確保污水廠的常用電源和備用電源都能為污水廠提供足夠的電源，確保污水廠的穩(wěn)定運(yùn)行［2］。

（3）在變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要考慮如何將新設(shè)的電氣系統(tǒng)與原有電氣系統(tǒng)結(jié)合為一個(gè)安全和可靠的整體，確保改擴(kuò)建后，整個(gè)污水廠電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）在改擴(kuò)建過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際的配電系統(tǒng)情況，靈活、合理的設(shè)計(jì)改擴(kuò)建后的配電系統(tǒng)，盡量減少改擴(kuò)建項(xiàng)目施工過(guò)程對(duì)原有用電設(shè)備的影響，保證污水處理廠的正常運(yùn)行。

（5）新老電氣系統(tǒng)的運(yùn)行方式及使用方法應(yīng)盡可能統(tǒng)一，方便操作員盡快熟悉新的電氣系統(tǒng)，便于其操作。

（6）在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)的配電級(jí)數(shù)時(shí)，一般宜在二至三級(jí)范圍內(nèi)。過(guò)多的配電級(jí)數(shù)可能會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)成本，因此需要合理確定合適的配電級(jí)數(shù)。

（7）應(yīng)根據(jù)新老用電設(shè)備的分布及各個(gè)區(qū)域用電量來(lái)確定是否要新增變配電所，若要新增變配電所，則要確保變配電所盡量接近或深入負(fù)荷中心，以降低線路的電能損耗和電纜的消耗量，提高電能質(zhì)量和節(jié)省投資資金。同時(shí)，還需要考慮污水處理廠的遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃，在變配電所內(nèi)預(yù)留一定的電源容量及空間以便遠(yuǎn)期擴(kuò)容。

（8）如果原有電氣設(shè)備的運(yùn)行情況良好，可以盡量利用原有的電氣設(shè)備，避免不必要的改造投資，節(jié)省投資資金。

（9）配電設(shè)計(jì)方案要符合相關(guān)的國(guó)家規(guī)范，并且要和工藝及其他專業(yè)協(xié)調(diào)和配合，確保設(shè)計(jì)的安全性和合規(guī)性。

2 改擴(kuò)建項(xiàng)目用電負(fù)荷介紹

2.1 負(fù)荷等級(jí)以及改擴(kuò)建項(xiàng)目用電設(shè)備特點(diǎn)

2.1.1 負(fù)荷等級(jí)：

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50014-2021中7.1.11條規(guī)定：污水處理廠的供電系統(tǒng)應(yīng)為二級(jí)負(fù)荷，因此要保證改擴(kuò)建后污水廠的供電系統(tǒng)為二級(jí)負(fù)荷。

2.1.2 擴(kuò)建項(xiàng)目用電設(shè)備特點(diǎn)：

污水廠改擴(kuò)建項(xiàng)目的用電設(shè)備特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）污水處理設(shè)備的增加：改擴(kuò)建工程通常會(huì)增加污水處理廠的處理規(guī)模，增加新的處理工藝，因而增加各種新的污水處理設(shè)備，從而導(dǎo)致用電負(fù)荷增加。（2）需對(duì)現(xiàn)有污水處理設(shè)備進(jìn)行拆除及更換：改擴(kuò)建工程通常會(huì)對(duì)原有的工藝進(jìn)行維護(hù)及優(yōu)化，故需拆除一些老舊設(shè)備或?qū)υO(shè)備換新，因此在統(tǒng)計(jì)廠區(qū)總負(fù)荷時(shí)，需考慮原有設(shè)備用電負(fù)荷的增減情況。（3）工藝設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的影響：隨著節(jié)能概念的深入人心，越來(lái)越多的工藝設(shè)備采用變頻控制，因此這些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生高次諧波，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染，對(duì)電能質(zhì)量影響巨大。在預(yù)算充足的前提下，可以在改擴(kuò)建工程中增加有源濾波器，改善電網(wǎng)質(zhì)量［3］。

2.2 負(fù)荷容量計(jì)算

污水廠的改擴(kuò)建工程往往需要對(duì)現(xiàn)有變配電所進(jìn)行升級(jí)改造，故需要重新計(jì)算改造后全廠的負(fù)荷容量。負(fù)荷計(jì)算結(jié)果會(huì)影響到變壓器是否需要更換以及新變壓器的容量選取，故在負(fù)荷計(jì)算時(shí)要注意一下幾點(diǎn)：1）使用最大同時(shí)運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算校驗(yàn)：在負(fù)荷計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)工藝專業(yè)提供的工藝運(yùn)行時(shí)續(xù)表確定各個(gè)工藝處理單元中的最大同時(shí)運(yùn)行負(fù)荷，確定真實(shí)、準(zhǔn)確的用電需求。2）考慮大型工藝設(shè)備的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)：對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)、提升泵等大型工藝設(shè)備，應(yīng)根據(jù)污水廠運(yùn)行時(shí)需開(kāi)啟的最大臺(tái)數(shù)來(lái)計(jì)算負(fù)荷，保證配電系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)最高負(fù)荷的情況，確保污水廠的穩(wěn)定運(yùn)行。3）注意拆除設(shè)備及停用設(shè)備對(duì)負(fù)荷計(jì)算的影響：擴(kuò)容改造過(guò)程中，常常會(huì)將某些工藝單元中部分用電設(shè)備拆除、停用或者減少使用時(shí)間，因而在計(jì)算用電負(fù)荷時(shí)要考慮這些設(shè)備。即需在負(fù)荷計(jì)算表中要?jiǎng)h除拆除或停用設(shè)備的功率，以及對(duì)于減小使用時(shí)間的用電設(shè)備，在計(jì)算時(shí)要適當(dāng)?shù)慕档推湫枨笙禂?shù)［4］。

3 合理設(shè)置變配電站

本章節(jié)以《建德市城東污水處理廠三期工程》為例，此項(xiàng)目在一、二期工程部分工藝處理單元升級(jí)改造的基礎(chǔ)上，另外新建三期工程，將污水處理能力從4.9萬(wàn)m3/d擴(kuò)大至7.9m3/d。目前污水廠變配電間狀況為：一個(gè)高壓配電間，2個(gè)低壓配電間。從電氣方面考慮，該項(xiàng)目變配電站設(shè)計(jì)時(shí)需注意如下幾點(diǎn)：

1）在改造過(guò)程中，盡可能的減少停電時(shí)間。該污水廠為建德市最重要的污水廠之一，一旦其停止污水處理，則會(huì)影響整個(gè)區(qū)域的污水處理，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，且需要長(zhǎng)時(shí)間的重新調(diào)試運(yùn)行。故改造過(guò)程中只允許短時(shí)間的臨時(shí)停電。

2）盡可能的利用現(xiàn)有的配電系統(tǒng)，減少投資。

3）新設(shè)的變配電間盡量接近或深入負(fù)荷中心，以降低線路的電能損耗和電纜的消耗量［5］。

綜合考慮上述要求，該項(xiàng)目的配電系統(tǒng)改造如下圖1所示：

圖1 改造后的全廠高低壓配電系統(tǒng)圖

根據(jù)此配電系統(tǒng)圖可歸納為以下三點(diǎn)：

1）保留現(xiàn)有的高壓配電間及2個(gè)低壓配電間。

2）新建一處高配間，用作整個(gè)廠區(qū)的10kV電源的供電中心，10kV電源容量按全廠總負(fù)荷容量考慮。為保證二級(jí)負(fù)荷供電，選擇兩路高壓10kV電源進(jìn)線，每路高壓10KV電源都可以承擔(dān)全廠全部負(fù)荷的用電。當(dāng)新高配間建成后，將一、二期工程變配電房10kV電源改由新建高配間的高壓出線柜引接。采用該方案后，在新配電間及其高壓配電柜安裝完成后，再敷設(shè)新配電間到現(xiàn)有高壓配電間的10kV電源電纜，則一、二期污水處理設(shè)備只會(huì)在現(xiàn)有高配間進(jìn)線柜更換10KV進(jìn)線電纜時(shí)短時(shí)間內(nèi)停電。此停電時(shí)間極短，對(duì)整個(gè)污水廠影響極小。

3）新建兩個(gè)低壓配電間，一個(gè)低壓配電間設(shè)置于鼓風(fēng)機(jī)房旁，另外一個(gè)設(shè)置于污泥綜合處理車間內(nèi)。作為三期工程中用電負(fù)荷最大的兩個(gè)單體，在其附近設(shè)置配電間，既可以有效的減少了線路的電能損耗，又可以減少了電纜的使用量，從而減少投資。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)污水處理廠改擴(kuò)建工程的電氣設(shè)計(jì)分析，從而提出的改造思路及建議有效解決了污水廠改擴(kuò)建項(xiàng)目中遇到的幾個(gè)重要問(wèn)題。比如停電問(wèn)題、變壓器容量選擇問(wèn)題等，保證了污水廠改擴(kuò)建項(xiàng)目的正常施工的同時(shí)兼顧污水廠的正常運(yùn)行。