城鎮污水處理廠電氣設計節能優化分析

程銳雄 劉靜

中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北 武漢 430000

引言

在城鎮污水處理廠發展水平不斷提高的背景下，節能要求隨之提高，只有保證污水處理廠能夠在電氣設計方面達到節能標準，方能避免污水處理廠在運行過程中出現電氣資源損耗量過大的問題。因此污水處理廠應該提高對電氣節能設計的重視程度，結合污水處理廠運行情況，創建并不斷健全污水處理廠電氣節能設計方案，保證電氣設計節能優化工作處于有據可依的狀態。

1 在城鎮污水處理廠進行電氣設計節能優化工作的意義

雖然我國淡水儲量比較豐富，但是人均水資源量僅僅占據世界平均水平的25%，為了能夠順利滿足人們對于水資源的需求，污水處理廠可以將水資源循環再利用作為發展目標，積極開展電氣設計節能優化工作，能夠在提高污水處理效率的基礎上提升節能效果。由于污水處理廠屬于能源密集型企業，能耗損失比較大、污水處理成本比較高，將會增加城鎮財政的負擔、壓力。為了促進城鎮污水處理廠的長遠發展，應該及時使用電氣設計節能優化方式，便于快速處理污水處理廠存在的能耗過高問題，確保污水處理廠可以處于正常運行狀態。

2 城鎮污水處理廠的電氣設計節能優化方式

2.1 電氣系統的節能優化方式

在污水處理廠運行期間開展電氣系統規劃設計工作，應該在完成供配電設計、變配電站選址設計的基礎上按照設計方案鋪設電纜線路，有序開展照明設計，不斷提高污水處理廠電氣系統的節能設計效果，合理應用節能降耗理念、低碳理念，即可在人工免疫算法的支持下建設污水處理系統，保證污水在經過處理以后水質能夠達到標準要求，不斷提升變壓器工作效率、容量選配效率，在確保污水處理工作可以正常完成的同時，減少污水處理廠的能源損耗量。

2.2 變電器節能優化方式

在進行污水處理廠建設時，應該按照規范要求盡量提升污水處理廠的節能效果，參照污水處理廠負荷要求、變壓器電能損耗情況選用合適型號的變壓器設備，能夠在提高變壓器節能效果的同時，防止變壓器在應用過程中由于型號選擇不當引發的運行故障。首先，污水處理廠工作人員應該按照實際運行情況選擇合適的變壓器，盡量使用一些能耗損失比較低、能效比較高、噪聲比較小的變壓器設備。

其次，在應用變壓器時，污水處理廠應該盡量降低變壓器的運行損耗量，在確定清楚變壓器的容量信息后，方可降低變壓器在運行環節的損耗量，如果變壓器出現容量過大狀況時，會造成配電距離增多，會使變壓器的電力損耗量增多，變壓器負載量和能耗具有正相關關系，隨著變壓器負載率的升高，電耗損失比較大，因此污水處理廠應該按照變壓器功能需求盡量將負載率提高到70%左右[1]。

污水處理廠應該嚴格遵循校驗結果、經濟核算要求選擇變壓器容量，將污水處理廠的平均負荷率控制到高負載去，需要在經濟區間范圍內經過對變壓器平均負債率進行比對分析，選擇適用性比較強的變壓器。除此以外，污水處理廠要你管管充分考慮變壓器的負載率、運行數量，并以此為據規劃設計好變壓器配備管理方案，在確保污水處理效果不會受到影響的同時，選用經濟適用性比較高的配備方案。

2.3 照明設備優化方式

對于污水處理廠而言，照明設備主要可以劃分為室外照明設備和室內照明設備，室外照明設備主要是為廠內工作人員、過路車輛提供路面照明功能。對比分析城市中心道路以及污水處理廠道路可以發現，污水處理廠道路寬度相對比較小，夜間車輛通行數量相對比較少，為了能夠進一步減少照明系統的能量損耗，污水處理廠可以在道路照明設計方面運用一些處在3.5~5m的庭院型路燈，在控制照明設備的時候，綜合運用人工控制方式、自動控制方式，爭取在切實滿足室外環境照明要求的基礎上，減少污水處理廠在室外道路照明方面造成的電能損耗。

城鎮污水處理廠建筑外側照明設施主要用于為夜間巡視人員提供照明功能，這類照明燈具一般會被直接布置在建筑外墻位置、人員通行位置，在布置城鎮污水處理廠建筑外側照明系統的時候，污水處理廠需要將其和道路照明系統融合在一起，盡量降低光源布置數量。在設計建筑外部照明管理體系時，為了能夠達到提升電能節省量的目的，應該配置獨立的開關設備，方便巡檢人員在展開巡檢工作之前開啟系統，在巡檢工作結束后及時關閉系統，減少由于系統長時間維持在工作狀態造成電能損耗量增多。

對于城鎮污水處理廠而言，建筑室內照明區域主要包括辦公區域、配電室以及值班室，在建設照明系統時應該充分考慮污水處理廠室內各個區域具有的功能特點，使用一對一方式、一對多方式，爭取在切實滿足人們對于照明光源需求的基礎上，避免電能產生不必要的浪費。在污水處理廠內部通道、走廊位置安裝照明設備時，可以采取聲控方式、紅外線延遲開關設計方式，即可在有人經過時開燈、無人經過時關燈，能夠有效提升照明設備的節能效果。

2.4 配電線路優化方式

在污水處理廠運行期間，為了降低污水中污染物所占比例，需要使用很多工藝設備，通過在每個工藝設備上應用供電電纜能夠保證工藝設備處于安全可靠運行狀態，但是這種線路設計方式會導致污水處理廠配電電纜設置數值過多，且每條電纜線在應用過程中會形成電磁損耗、電熱損耗，將會造成電磁浪費、電熱浪費現象。

因此污水處理廠應該結合實際情況設計一些配電線路優化方式，通過減少電纜的電阻值，能夠進一步減少污水處理廠產生的線路電耗，因此工作人員需要盡量減少電纜導體的電阻率、增加電纜導體橫截面積、減少導體長度。

2.5 無功補償優化方式

污水處理廠聚集了很多感應負載，電動機、變壓器設備應用數量相對比較多，在展開污水處理工作時，如果并未加強對功率因數的控制，將會造成設備在運行期間會產生比較多的無功損耗。

為了盡可能減少設備運行環節形成的無功損耗，污水處理廠應該盡量提高設備的功率因數，使功率因數處于高于0.94的狀態，能夠在減少無功損耗量的基礎上，提前優化電纜的截面面積、變壓器容量，從而順利實現減少電氣能耗損失的目標[2]。在進行無功補償工作時，陳真污水處理廠一般會選擇使用就地補償方式或者是集中補償方式，不斷提升公路因數。首先，污水處理廠會在低壓母線位置上安裝無功補償設備，如果污水處理廠中存在功率比較大的高壓電機或者是紫外線消毒設備時，應該及時采取就地補償方式，不斷減少電氣設備的能耗損失，能夠起到優化電氣設計的作用。

2.6 電動設備優化方式

在動力設備運行過程中，電動機能夠直接將電能順利轉換為動能，此時這種設備已經被廣泛運用在很多行業，現在污水處理廠在運行期間需要開展污水轉移工作，污水攪拌工作，電動機屬于必不可少的設備，現在很多污水處理廠應用的電動機設備屬于籠型交流電動機，這類電動機在應用期間的能耗損失相對比較高、功率因數相對比較低，為了能夠減少電動機在應用期間的能耗損失，需要及時對污水處理廠的電氣設備展開節能設計工作。

污水處理廠管理人員應該盡量使用一些效能比較高的電機設備，這種電機設備應用時的能耗損失一般能夠比普通電機低處出25%，在運行效率方面會比普通電機高出5%，公路因數明顯高于普通電機設備。因此城鎮污水處理廠通過使用高效能電機，能夠有效減少污水處理廠的電氣設備能耗損失。為了確保電機功率符合城鎮污水處理廠應用需要，應該在電機應用過程中，選擇功率負載符合要求的電機，能夠避免由于功率選擇不當影響污水處理廠污水處理工作的正常進行。在電機應用時，長時間處在運行狀態，此時可以采取降壓控制方式減少電機能耗損失。有助于減少污水處理廠的電機能耗損失[3]。

2.7 供配電系統優化設計方式

為了保證污水處理廠處于正常運行狀態，應該盡量提升供配電系統設計的安全可靠性，在保證供配電可靠性的基礎上，盡量提升供配電系統的節能效果。在設計變配電間時，應該將其設計在污水處理廠供配電系統負荷中心附近位置，能夠在降低變壓級數的基礎上減少供電半徑。

相關工作人員在開展污水處理廠電氣設計優化工作時，應該重點考慮污水廠總平面布置方式、負荷分布情況，在鼓風機房上建設變配電間，在變配電間設置高壓配電室以及低壓配電室，保證配電設備能夠正常進行操作、搬運工作、檢修工作，工作人員應該通過巡視檢查，嚴加管理電纜的進出情況，提前預留高低壓柜，即可保證供配電系統處于正常運行狀態。污水處理廠應該在供配電系統中使用單母線分段接線方式，在設置好母聯自投裝置時，使用手動合閘方式，在進線和母聯自投裝置之間設置電氣聯鎖、機械連鎖，使用放射式配電管理方式，運用放射式配電方式、樹干式配電方式，確保配電級數不會高于三級。

如果污水處理廠使用高壓供電方式、高壓計量方式，在廠區照明位置單獨裝表進行計量計費工作，在高壓母線上若是并未設置電容補償設備，即可在母線側裝武功補償電容器，結合功率因數變動情況自動化管理電容器投切情況，能夠將污水處理廠供配電系統功率因數控制到不小于0.95的狀態。通過適當提升電機設備的功率因數，能夠在降低線路損耗量的基礎上，降低變壓器銅損以及電壓損耗量，有助于進一步提升配電設備的供電管理能力。

3 提升污水處理廠電氣節能設計效果的方式

3.1 盡量提升能源的實際利用率

在污水處理廠進行節能管理時，應該盡量提升能源的實際利用率，通過不斷優化調整電氣工業管理流程，盡量提升污水處理廠運行管理工作實施的規范性，爭取從根源上加強能源消耗量控制。通過使用一些能效比較高的水泵機組，將變頻調數技術合理運用在水泵機組管理中，即可在提升污水處理工作自動控制效果的基礎上進一步提升電能實際利用率[4]。

3.2 降低電能傳輸損失

配電線路在電流流經時會形成一定的電能損耗量，主要會受到導體自身材料質量、截面積產生的影響，在污水處理廠電氣節能設計方面，減少線損能夠在保證用電安全的基礎上提高污水處理廠供電工作的安全可靠性，因此污水處理廠應該盡量縮短配電線路的間隔距離，盡量提升布局設計合理性，使用一些導電率相對比較高的銅導體，提前選擇好導體截面面積，能夠在一定程度上降低電能傳輸損失。

4 結束語

綜上所述，在城鎮污水處理廠運行過程中，需要使用的電機設備數量比較多，如果不及時加強能耗控制，將會在污水處理工作實施過程中產生過大的資源浪費問題。因此污水處理廠應該結合具體情況設計電動設備優化方式、無功補償優化方式、配電線路優化方式、照明設備優化方式、變電器節能優化方式、電氣系統節能優化方式，從而不斷提高污水處理廠的電氣設計節能效果。