地下污水處理廠電氣特點和能效管理系統的實際應用

更新時間：2024-01-31

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安科瑞王璐月

摘要:近年來,隨著自然環(huán)境的改善,越來越多的城市開始建設地下污水廠。地下水廠將部分或所有處理構筑物置于地下箱體內,而廠區(qū)地上部分則做成了景觀綠地或公園。這樣不僅合利利用了土地,完善了基礎設施,也是營造城市舒適環(huán)境的一個發(fā)展趨勢。而地下污水廠的電氣設計與地上不同,本文從供配電、防雷接地、照明等方面闡述地下污水處理廠的特點,介紹了基于物聯網技術能源管理解決方案來提高污水廠的安全穩(wěn)定運行、節(jié)能降耗和高效運維。

關鍵詞:地下污水廠;安全穩(wěn)定;物聯網;能源管理;高效運維;

近年來,隨著自然環(huán)境的改善,越來越多的城市開始建設地下污水廠。地下水廠將部分或所有處理構筑物置于地下箱體內,而廠區(qū)地上部分則做成了景觀綠地或公園。這樣不僅合利利用了土地,完善了基礎設施,也是營造城市舒適環(huán)境的一個發(fā)展趨勢。而地下污水廠的電氣設計與地上不同,本文從供配電、防雷接地、照明等方面闡述地下污水處理廠設計的特點。污水廠設備要求供電可靠性,一般不允許停電,中斷供電將造成重大的經濟損失,因污水廠供電負荷等級為二級,應采用兩路電源供電,同時為保證電源可靠性,備用一臺柴油發(fā)電機,至少滿足廠內應急通風換氣、消防、應急照明等用電。地下式污水廠和地上廠相比,對配電系統的安全性、可靠性要求更高。例如,地下式污水廠采用速閉閘或速閉閥保證進水安全,若這些設備的供電出現問題,則可能突然停止進水,影響正常生產;也可能無法停止。

一、變配電室設置及供配電系統

1.變配電室布置

污水廠的主要大功率設備包括曝氣風機、提升泵、污泥脫水以及干化成套設備等。變配電室應充分考慮工藝布局特點,靠近負荷中心,并且變壓器供電半徑不宜太大,同時考慮設備運輸的方便,盡量靠近地下箱體通道布置。

2.供配電系統

污水廠負荷等級一般為二級,宜采用兩回 10kV線路供電。10kV 配電系統采用單母線分段結線,放射式供電。各變壓器均勻布置在10kV兩段母線上。如有分變配室,分配電室10kV 宜采用線路變壓器組方式,電源一般引自主變配電室,在分變配電室進線處設負荷開關作為變壓器檢修時的斷開點。配電室0.4kV系統宜采用單母線分段方式。工藝設備中負荷重要的設備(重要工段的水泵、鼓風機等)和設備組(污泥脫水及干化系統、加藥系統等)均由變配電室 0.4kV系統放射式供電。小容量設備如刮泥機、電動閘門、排水泵等,采用動力配電箱及設備現場電控箱的兩級配電方式,既保證了主要設備的供電可靠I生,又減少了電纜數量。

3.照明設計

地下箱體內設正常照明與應急照明裝置。采用智能照明控制系統,可以對不同工況(無人值守、正常巡視、檢修、參觀等)下不同的照度進行控制,把照明效率與節(jié)能發(fā)揮到較佳狀態(tài),提高管理水平。由于對地下箱體內的照度和可靠性要求高,并且潮濕環(huán)境對燈具及線路的影響較大,箱體大空間宜采用高效防水防腐的LED工礦燈,LED工礦燈均于金屬線槽下安裝,便于檢修。消防控制室、防煙及排煙控制區(qū)域、中央控制室等場所應設置備用照明;疏散樓梯間、箱體內疏散通道等區(qū)域設置疏散照明及疏散指示標志燈。應急照明可在現場手動控制,也可由消防控制室控制,火災時或因故失電時,應急照明應能強制點亮。廠區(qū)道路及景觀區(qū)域照明以裝飾庭院燈具為主,燈具形式于建筑物風格與廠區(qū)綠化環(huán)境相諧調,襯托出舒適、優(yōu)美的氣氛,滿足人們對環(huán)境的美好愿望。

4.能耗分布

污水處理廠的能耗成本主要為電能、藥物、燃料,其中電能消耗占有60~90%,我國污水二級處理電能消耗為0.19~0.36 kWh/m3,經過對城鎮(zhèn)污水處理廠能耗狀況及其影響因素進行分析,結果表明目前我國城市污水處理廠平均能耗為0.29kWh/m3,而美國污水處理廠平均能耗為0.2kWh/m3,日本為0.204~0.254kWh/m3?？傮w上看,我國在污水處理中的節(jié)能降耗、優(yōu)化運營方面起步晚,還存在很大的節(jié)能降耗空間,而電能的消耗較大在污水提升泵、鼓風曝氣和污泥處理環(huán)節(jié),較高的能耗水平在一定程度上影響了污水處理的建設和發(fā)展。

二、地下環(huán)境對電氣設計的其他影響

1..變配電室的防水、防潮及防腐設計

由于變配電室位于地下箱體負 1層,上部為地面景觀綠化種植,為避免變配電室頂部滯水,變配電室頂部應適當高于周圍頂面,并采用鋼筋混凝土摻入高效抗裂防水劑的措施 ;變配電室內的墻面應采用防水涂料防水布等措施防滲水;變配電室內地面高于箱體負 1層底板,防止事故時污水進入變配電室。地下變配電室面臨的另一個環(huán)境問題就是潮濕。為保證電氣設備安全運行,本工程所有高壓開關柜內均設溫濕度控制裝置,自動調節(jié)柜內溫度及濕度;變配電室內還增設獨立的除濕裝置來改善變配電室內的環(huán)境濕度。地下污水廠還需要特別考慮腐蝕性氣體對電氣設備的腐蝕問題。因此,變配電室內采用獨立的新風系統,保證變配電室內始終處于正壓狀態(tài),以防止腐蝕陛氣體侵入變配電室。

2.環(huán)境對電氣設備的影響

全地下水廠因整個箱體是一個封閉空間,內部含有污水池體、涉水管道及其內部的排水溝道等,整個箱體內比較潮濕,而且污水進水前端、好氧消化段、污泥處理段均會產生硫化氫等氣體腐蝕電氣設備,雖然箱體內設有機械通風及除臭裝置,但通過對多個類似水廠的考察,未采取防潮防腐措施的電氣設備被腐蝕較嚴重,給運行和維護帶來了不便。因此,箱體內各單體上的配電柜(箱)宜采用不銹鋼或聚碳酸酯材質,電纜橋架采用不銹鋼橋架。相對濕度較大時也可在箱體內裝設電熱除濕裝置。同時,箱體內散熱較慢,選擇低壓電氣設備類型時,有必要考慮降容使用。成套裝置或配電柜內布置回路不宜太緊湊,尤其是有變頻器的回路,以防散熱不利。

三、能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態(tài)體系,AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置,用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度,重點監(jiān)測主要用能設備能效,保護污水廠運行安全可靠,提高污水廠能效,為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

圖1 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

1.保障供電可靠性

對污水廠配電系統中35kV、10kV電壓等級配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控,對0.4kV配置多功能計量儀表,用于監(jiān)測各回路的電氣參數和用能情況,可實時監(jiān)控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS,包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

污水廠存在大量的非線性負載,通過監(jiān)測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量,并配置對應的電能質量治理措施進一步提高供電可靠性。

圖2 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺主接線圖

2.建立能源計量體系

AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過搭建計量體系,采集污水處理廠能源數據,顯示污水處理廠的能源流向和能源損耗,通過能源流向圖幫助其分析能源消耗去向,找出能源消耗異常區(qū)域幫助其了解各工藝環(huán)節(jié)能源消耗量,并且可細化到樓層、車間、產線、班組、工序,計算產品單耗、單位面積能耗或萬元產值能耗,從而計算出能耗總量和單位能耗。

圖3 能源流向圖

3.數據集抄并實時計量

AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺提供自定義時間抄表功能,可以在任意時間,任意地點,完成對企業(yè)的三級計量體系數據閱覽,減少了人工投入。同時各類保護、儀表主動定時上傳數據,保證了能源時效性,為其節(jié)能降耗,提供了基礎數據支撐。

圖4 數據集抄報表

4. 優(yōu)化能源結構

AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺支持接入分布式光伏電站以及風力發(fā)電站,為企業(yè)提供分布式電站運行監(jiān)測和發(fā)電日/月/年/累計收益和減排分析,支持自發(fā)自用、余電上網。在儲能環(huán)節(jié),平臺接入BMS和PCS數據,支持充放電配置策略,并對電池管理系統提供實時預警,根據其負荷特點,削峰填谷,充分使用新能源,降低污水廠碳排放。