可行性研究階段的污水處理廠電氣設(shè)計

孫正且

（南京市市政設(shè)計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210008）

1 可研階段的電氣設(shè)計目標

污水處理廠可研階段電氣文件編制的主要目標為確定污水處理廠用電負荷等級、估算全廠用電負荷、確定變壓器容量、確定外部供電電源和電氣系統(tǒng)主接線方式等。

2 可研階段的互提條件

可研階段電氣專業(yè)需要的其他專業(yè)條件：各單體工藝用電設(shè)備功率、綜合辦公樓建筑面積、總圖布置方案。

可研階段電氣專業(yè)向建筑專業(yè)提供的條件：變電所及配電間位置及尺寸。

可研階段電氣專業(yè)向概算專業(yè)提供的條件：計算負荷、變壓器容量、主要電氣設(shè)備材料表。

3 可研階段的電氣文本內(nèi)容

污水處理廠可研階段電氣專業(yè)文本應(yīng)包括以下內(nèi)容：供電電源、用電負荷、負荷性質(zhì)、供配電系統(tǒng)、計量及測量、功率因數(shù)補償、操作電源、繼電保護設(shè)置、主要用電設(shè)備及啟動方式、電氣設(shè)備選型、新技術(shù)應(yīng)用、變配電設(shè)置及布置、電纜敷設(shè)方式、照明設(shè)計原則、防雷與接地、火災(zāi)報警等[1]。

3.1 供電電源

農(nóng)村污水處理廠可以采用一路電源供電，城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)采用兩路電源供電。當只有一路電源時，應(yīng)自備柴油發(fā)電機組，發(fā)電機組宜隨廠配備、固定安裝。

污水處理廠的供電電源電壓等級應(yīng)根據(jù)其用電容量和當?shù)毓╇娋W(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀確定，一般選擇為10kV 或20kV。當設(shè)備容量較小且有條件接入0.4kV 低壓電源時，可以采用0.4kV低壓電源供電[3]。

3.2 用電負荷

中小規(guī)模污水處理廠內(nèi)的用電設(shè)備電壓均為AC220/380V，較大規(guī)模污水處理廠內(nèi)可能存在6kV 或10kV高壓鼓風機或水泵。可研階段需要根據(jù)工藝專業(yè)所提設(shè)備用電條件，采用需要系數(shù)法估算出全廠計算負荷和二級負荷容量。

3.3 負荷性質(zhì)

城鎮(zhèn)污水處理廠的供電系統(tǒng)應(yīng)按二級負荷設(shè)計，重要的污水處理廠內(nèi)的重要部位應(yīng)按一級負荷設(shè)計[2]。

農(nóng)村污水處理設(shè)施供電可按三級負荷等級設(shè)計，重要地區(qū)的污水處理設(shè)施宜按二級負荷等級設(shè)計[4]。

3.4 供配電系統(tǒng)

污水處理廠應(yīng)根據(jù)供電電源、變壓器容量和數(shù)量確定電氣系統(tǒng)主接線的接線方式。當一路10kV 電源供電時，10kV系統(tǒng)采用線路變壓器組接線。當兩路10kV 電源供電時，常用的系統(tǒng)主接線包括線路變壓器組接線、單母線接線和單母線分段接線三種。

圖1 為污水處理廠中常用的兩種線路變壓器組典型接線，其中接線一適用于變壓器容量315kVA 以下的總變電所、使用油浸變壓器且容量不超過630kVA 的分變電所、使用干式變壓器且容量不超過1250kVA 的分變電所。接線二適用于變壓器容量315kVA～630kVA 的總變電所、使用干式變壓器且容量不大于1250kVA 的總變電所。

圖1 線路變壓器組典型接線

3.5 計量及測量

對線路變壓器組接線，變壓器容量在315kVA 以下時，采用高供低計方式；變壓器容量在315kVA～500kVA 時，宜采用高供高計方式；變壓器容量在630kVA 及以上時，應(yīng)采用高供高計方式；對單母線和單母線分段接線帶多臺變壓器情況，均應(yīng)采用高供高計方式[5]。

電測量儀表的安裝：變壓器低壓側(cè)總進線柜安裝三相綜合電能監(jiān)控儀，各配電房低壓進線柜安裝三相智能型電力儀表，各配電柜不小于63A 的出線回路安裝三相數(shù)字式電能表，無功補償柜及母聯(lián)柜安裝三相智能型電流表。

3.6 功率因數(shù)補償

污水處理廠一般應(yīng)在變電所0.4kV低壓側(cè)設(shè)靜電電容器進行集中動態(tài)無功補償，補償后低壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)達0.95以上。當存在高壓電動機時，高壓電動機宜采取就地無功補償，補償后功率因數(shù)不低于0.9。所有無功補償裝置宜采用成套裝置，0.4kV 無功補償裝置應(yīng)具有過零自動投切功能[5]。

3.7 操作電源

采用中置柜時，高壓斷路器采用真空開關(guān)、彈簧操作機構(gòu)，其操作電源采用220V 或110V 直流操作電源，直流電源采用全密封免維護鉛酸蓄電池成套裝置。

采用環(huán)網(wǎng)柜時，高壓負荷開關(guān)采用手動操作開關(guān)柜的方式，使用免維護、永久潤滑的彈簧儲能操作機構(gòu)，具備擴展電動模塊的功能，操作電源就地采用交流220V 電源。

3.8 繼電保護設(shè)置

以10kV 系統(tǒng)為例，污水處理廠的高壓側(cè)繼電保護一般設(shè)置如下：1）采用環(huán)網(wǎng)柜時，利用高壓限流熔斷器作為保護電器。2）進線斷路器的作用是延時電流速斷、過電流及延時失壓保護。3）母聯(lián)斷路器的作用是充電保護。4）出線斷路器的作用是電流速斷、過電流及單相接地保護。5）變壓器斷路器的作用是電流速斷、過電流、過負荷及單相接地保護。當為干式變壓器時，增加溫度保護；當為油浸變壓器時，增加瓦斯保護和壓力釋放保護。

3.9 主要用電設(shè)備及啟動方式

污水處理廠的主要用電設(shè)備有水泵、風機、攪拌機、推流器、污泥泵、加藥泵、脫水機、格柵、輸送機、電動調(diào)節(jié)堰門、刮泥機、吸泥機、電動閥門、電動閘門、電動葫蘆、起重機等，其中功率較大的設(shè)備通常只有水泵和風機。

除工藝要求變頻外，對功率在變壓器容量15%及以上的電動機要進行啟動壓降計算，不滿足時采取軟啟動方式。對功率低于變壓器容量15%的電動機一般采取全壓啟動，但考慮“水錘”影響，建議對45kW 及以上的水泵采取具有軟停止功能的軟啟動方式。

圖2 單母線典型接線

3.10 電氣設(shè)備選型

污水處理廠內(nèi)的主要電氣設(shè)備一般按以下選型。1）高壓中置柜：采用金屬鎧裝全密封中置移開式開關(guān)柜，斷路器采用彈簧操作機構(gòu)的固封式真空斷路器；2）高壓環(huán)網(wǎng)柜：間隔式金屬封閉GIS 開關(guān)設(shè)備，采用負荷開關(guān)—熔斷器組合電器時，嚴禁采用不帶撞擊器的組合電器；3）變壓器：S12-M全密封油浸變壓器或SCB12 箔繞組低損耗干式變壓器；4）低壓開關(guān)柜：MNS 抽屜式或GGD 固定低壓開關(guān)柜。

3.11 新技術(shù)應(yīng)用

污水處理廠是重大民生項目，電氣設(shè)計應(yīng)以安全可靠為前提，不采用未經(jīng)證明的新技術(shù)。因此在以往的污水處理廠電氣設(shè)計中，更多的是對環(huán)保節(jié)能新設(shè)備的應(yīng)用，如更低損耗的新型變壓器、更節(jié)能的LED 光源以及更環(huán)保的GIS 開關(guān)柜等。但隨著國家對智慧城市、智慧水務(wù)的要求不斷提高，污水處理廠的智能配電也必將成為趨勢，我們應(yīng)在以后的污水處理廠的電氣設(shè)計中更多的利用智能配電設(shè)備、配電云監(jiān)控等新技術(shù)，使污水處理廠更加智慧化。

3.12 變配電設(shè)置及布置

污水處理廠的變電所應(yīng)在負荷的中心位置，一般與鼓風機房貼鄰布置；采用就地表面曝氣方式的污水廠變電所可單獨布置，并應(yīng)靠近曝氣設(shè)備。當需要設(shè)有2 個及以上的變電所時，主變電所按以上方式布置，負責一級處理部分的用電；分變電所布置在脫水機房或尾水泵房，負責深度處理和污泥部分的用電。分期實施的項目，當二期容量較大時，應(yīng)考慮分期實施分變電所。

3.13 電纜敷設(shè)方式

室內(nèi)照明線路采用銅芯塑料線穿難燃PVC 管或鋼管暗敷，室外池上照明線路采用電纜穿鋼管沿走道板暗敷，室外道路照明線路采用電纜穿管埋地敷設(shè)。

室內(nèi)電力線路采用電纜沿電纜溝支架或電纜橋架明敷，出電纜溝和電纜橋架后穿鋼管沿墻或地暗敷。室外電力線路采用電纜沿室外電纜溝支架、電纜排管敷設(shè)，直埋電纜過路或與其他管線交叉時應(yīng)穿鋼管保護。

3.14 照明設(shè)計原則

對污水處理廠內(nèi)的一般性廠房和相關(guān)輔助場所，均應(yīng)設(shè)置正常照明。設(shè)置備用照明，確保工作的場所停電后，依然可以正常運行。設(shè)置安全照明，確保處于潛在危險中的人員所處的安全場所正常運行。設(shè)置疏散照明和疏散指示，確保人員安全疏散的出口和通道正常運行。污水處理廠內(nèi)各建筑物內(nèi)部照明的照度、功率密度及燈具效率等應(yīng)滿足相應(yīng)國家規(guī)范的要求。特別潮濕的場所，應(yīng)采用相應(yīng)防護措施的燈具；有腐蝕性氣體或蒸汽的場所，應(yīng)采用相應(yīng)防腐要求的燈具；多塵埃的場所，應(yīng)采用防護等級不低于IP5X 的燈具；室外場所，應(yīng)采用防護等級不低于IP54 的燈具；爆炸或火災(zāi)危險的場所，應(yīng)采用相應(yīng)防爆要求的燈具。

3.15 防雷與接地

對污水處理廠內(nèi)具有2 區(qū)或22 區(qū)爆炸危險場所的建筑物，應(yīng)按第二類防雷建筑物設(shè)計防雷措施。

對污水處理廠內(nèi)的一般建構(gòu)筑物均按預(yù)計年雷擊次數(shù)確定其防雷等級，但綜合辦公樓及變配電所等含重要信息電子設(shè)備的建筑物一般至少按第三類防雷建筑物設(shè)置防雷措施。

防雷建筑一般利用設(shè)在屋面的Ф10 熱鍍鋅圓鋼作為接閃帶，第二類防雷要求組成不大于10m×10m 或12m×8m 的網(wǎng)格，第三類防雷要求組成不大于20m×20m 或24m×16m的網(wǎng)格；防雷構(gòu)筑物一般利用池頂金屬欄桿作為接閃器，欄桿鋼管壁厚應(yīng)不小于0.5mm。建筑物宜將鋼筋混凝土屋面、梁、柱、基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為引下線和接地裝置。一般情況下應(yīng)設(shè)不少于2 根專設(shè)引下線，當利用全部結(jié)構(gòu)柱內(nèi)鋼筋作為自然引下線時，可不設(shè)專設(shè)引下線。

污水處理廠內(nèi)的10kV 配電裝置采用接地保護，0.4kV 系統(tǒng)接地型式采用TN-S 系統(tǒng)，接地電阻要求不大于4Ω，當信息系統(tǒng)接地與防雷接地共用一接地裝置時，接地電阻應(yīng)不大于1Ω。所有建筑物須做總等電位聯(lián)結(jié)，室外構(gòu)筑物須做局部等電位聯(lián)結(jié)，采用不小于40mm×4mm 的熱鍍鋅扁鋼或走道板頂板鋼筋作為等電位連接線。

3.16 火災(zāi)報警

一般污水處理廠不涉及火災(zāi)報警系統(tǒng)，只有當綜合辦公樓面積較大、層數(shù)較高或采用全地下式廠房時，才應(yīng)設(shè)計火災(zāi)報警?？裳须A段火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容一般包括確定保護等級及系統(tǒng)組成、確定消防控制室位置、確定消防主電源和備用電源的供給等。

4 可研階段的電氣圖紙內(nèi)容

可研階段沒有要求編制電氣圖紙。當由10kV 及以上電源供電時，建議參考圖1～圖3 編制一張全廠電氣系統(tǒng)主接線圖，主要目的是以圖紙方式明確供電系統(tǒng)方案和變壓器容量等重要內(nèi)容。

圖3 單母線分段典型接線

5 結(jié)語

可研階段是項目的初始階段，主要圍繞項目的可行性、經(jīng)濟性、安全性等方面進行研究，對后續(xù)項目設(shè)計和建設(shè)具有重大指導(dǎo)意義。作為設(shè)計專業(yè)之一，電氣專業(yè)在污水處理廠的可研階段應(yīng)該積極配合，充分熟悉和理解相關(guān)資料和條件，堅決貫徹國家相關(guān)規(guī)范和標準，通過仔細計算做出最合理的電氣方案。