中小型污水提升泵站電氣系統(tǒng)的設(shè)計

黃源

摘要：以國家規(guī)范規(guī)定為基礎(chǔ)，結(jié)合多年的工作實踐經(jīng)驗，從供配系統(tǒng)設(shè)計、主要設(shè)備選擇、監(jiān)控系統(tǒng)選用等方面，探討中小型污水提升泵站電氣系統(tǒng)的設(shè)計，為確保中小型污水提升泵站的安全性提供借鑒。

關(guān)鍵詞：污水提升泵站；電氣設(shè)備；設(shè)計；變壓器

中圖分類號：TM02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）01-0050-02

隨著城市配套工程的不斷完善，污水處理系統(tǒng)作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，在很大程度影響城市整體環(huán)境。目前，水利部門加大黑臭河涌治理力度，截污納管，雨污分流，收集污水并通過市政管網(wǎng)輸送到污水處理廠。長距離輸送中，通常利用污水提升泵站提升污水高程，提高污水處理系統(tǒng)效率。在污水提升泵站設(shè)計中，電氣設(shè)計直接影響泵站的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行。為此，根據(jù)國家規(guī)范規(guī)定，結(jié)合實踐經(jīng)驗探討中小型污水提升泵站的電氣設(shè)計，為確保中小型污水提升泵站的安全性提供借鑒。

1 供配系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 供電方式

污水提升泵站應(yīng)根據(jù)泵站規(guī)模、地理位置及其重要性定義負(fù)荷等級。中小型污水提升泵站應(yīng)為二級負(fù)荷，小容量或非重要的可適當(dāng)降低要求。為保證供電可靠性，二級負(fù)荷的污水提升泵站可采用10 kV（或20 kV）雙電源供電。小裝機(jī)容量泵站可從電力系統(tǒng)接入0.38 kV電源作為主供電源，以柴油發(fā)電機(jī)為備用電源，其中柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)能承擔(dān)泵站全部二級負(fù)荷正常工作。

1.2 電氣主接線

主接線選擇要遵循可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。泵站主接線應(yīng)根據(jù)泵站規(guī)模、負(fù)荷等級、水泵機(jī)組運行方式等實際工況確定。當(dāng)采用雙電源供電時，主供電源和備用電源應(yīng)設(shè)置機(jī)械（或電氣）聯(lián)鎖裝置。中小型污水提升泵站主接線一般采用單母接線，當(dāng)裝機(jī)臺數(shù)較多或采用多臺變壓器時，也可采用單母分段接線。變壓器一般不宜超過2臺。當(dāng)采用2臺及以上變壓器時，需考慮變壓器是否并列運行。并列運行變壓器的各項參數(shù)應(yīng)相同，包括容量、接線組別和短路電壓。

2 主要設(shè)備的選擇及設(shè)計

2.1 變壓器的選擇

泵站變壓器應(yīng)選用高效節(jié)能型，其容量根據(jù)泵站總計算負(fù)荷、水泵機(jī)組起動方式、運行方式確定。從節(jié)能角度考慮，變壓器負(fù)荷率宜控制在0.6～0.7?，F(xiàn)多采用S11和S13系列干式節(jié)能變壓器。

2.2 高壓開關(guān)柜的選擇

當(dāng)泵站變壓器總?cè)萘俊?30 kVA，選用XGN型固定式金屬封閉環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜，以及負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合開關(guān)。當(dāng)泵站變壓器總?cè)萘?gt;630 kVA，選用KYN型鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)柜，柜內(nèi)配裝手車型真空斷路器，操作機(jī)構(gòu)采用彈簧，操作電源為220 V直流電源。

2.3 低壓開關(guān)柜的選擇

開關(guān)柜選用GCL型或GCK型。進(jìn)線端及各饋線回路開關(guān)應(yīng)采用框架斷路器或塑殼斷路器。

2.4 電動機(jī)的選擇

選用高效節(jié)能電動機(jī)，一般選用Y系列高效率電動機(jī)。電動機(jī)電壓等級的確定，應(yīng)以單機(jī)容量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性為標(biāo)準(zhǔn)，一般以200～300 kW為界。單機(jī)容量低于200kW時，選用低壓電動機(jī)；單機(jī)容量高于300 kW時，選用高壓電動機(jī)；單機(jī)容量在200～300 kW之間時，通過經(jīng)濟(jì)比較確定選擇低壓還是高壓電機(jī)。小型污水提升泵站的單機(jī)裝機(jī)容量不大，因此鼠籠式電動機(jī)的優(yōu)勢大于繞線式電動機(jī)。

2.5 電動機(jī)的起動方式的設(shè)計

中小型污水提升泵站一般選用低壓鼠籠式電動機(jī)，其起動方式分為全壓起動和減壓起動。

電動機(jī)優(yōu)先選用全壓起動。若母線電壓無法滿足要求，應(yīng)采用降壓起動。降壓起動有自耦變壓器降壓起動、星三角降壓起動、軟起動器降壓起動等。隨著科技的不斷進(jìn)步，軟起動器起動方式的優(yōu)勢越來越明顯，加之軟起動器有體積小、轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)、起動平穩(wěn)、控制簡單、沖擊小并具備軟停機(jī)功能等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。需要調(diào)節(jié)流速的泵站，可采用變頻器方式。

2.6 無功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計

無功功率補(bǔ)償應(yīng)滿足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)要求。根據(jù)用電設(shè)備合理確定補(bǔ)償方式，才能有效提高功率因數(shù)和電網(wǎng)電壓質(zhì)量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。電網(wǎng)補(bǔ)償后，功率因數(shù)不低于0.9。一般小型泵站采用變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償。高壓電機(jī)和單機(jī)容量較大、負(fù)荷平穩(wěn)、經(jīng)常使用的低壓水泵電機(jī)，采用單獨就地?zé)o功補(bǔ)償。

無功補(bǔ)償功率根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)確定，計算公式為：

Q=P×（tanφ1-tanφ2） （1）

式中：Q為單泵所需補(bǔ)償容量，kVar；P為單泵的裝機(jī)容量，kW；φ1為補(bǔ)償前的功率因數(shù)角；φ2為補(bǔ)償后的功率因數(shù)角。

在實際工作中，電容器輸出容量還受額定電壓、平均運行電壓、串聯(lián)電抗器的影響，其計算公式為：

Qc=QN■■（1-K） （2）

式中：Qc為電容器的實際輸出容量，kVar；QN為電容器的額定容量，kVar；UC為電容器的平均運行電壓，kV；UN為電容器的額定電壓，kV；K為串聯(lián)電抗器的電抗率。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 泵站監(jiān)控系統(tǒng)

結(jié)合泵站規(guī)模、地理位置等條件，選擇合適的污水提升泵站監(jiān)控系統(tǒng)。中小型污水提升泵站可采用集中監(jiān)控和現(xiàn)地監(jiān)控相結(jié)合的方式，小型污水提升泵站可用現(xiàn)地監(jiān)控方式。

集中監(jiān)控設(shè)備布置在中控室，采用100 Mbps快速以太網(wǎng)技術(shù)，利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議現(xiàn)場采集控制及各儀表信息，并通過雙絞線或光纖傳輸?shù)街锌厥疑衔粰C(jī)。現(xiàn)地監(jiān)控以高性能PLC為核心，通過太網(wǎng)網(wǎng)口與集中監(jiān)控的上位機(jī)進(jìn)行通信。根據(jù)現(xiàn)場采集設(shè)備數(shù)量，確定采用現(xiàn)場總線形式與水泵保護(hù)裝置、其他智能設(shè)備通訊。

現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備布置在水泵機(jī)組附近。現(xiàn)地控制可分為現(xiàn)地手控控制和現(xiàn)地自動控制?，F(xiàn)地手動控制一般在檢修、試運行或應(yīng)急等情況使用。現(xiàn)地自動控制PLC通過采集進(jìn)出水池水位、水泵狀態(tài)等參數(shù)，根據(jù)水位情況智能控制水泵起動或停止。液位采集由投入式壓力變送器或超聲波液位變送器實現(xiàn)。變送器把傳感器采集的水位非電量信號轉(zhuǎn)化成4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，傳送給PLC實現(xiàn)自動控制，多臺水泵啟停水位可由PLC編程設(shè)置。小型泵站現(xiàn)地自動控制也可通過浮球式液位開關(guān)實現(xiàn)。浮球開關(guān)通過液位浮球內(nèi)部微動開關(guān)的通斷自動控制。這種浮球開關(guān)安裝簡單、價格廉價。但每個液位點需要一個浮球開關(guān)，且一旦安裝后，高度調(diào)整不方便。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

中小型污水提升泵站通過中控室集中監(jiān)控時，泵站還應(yīng)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，保證現(xiàn)場安全。泵站運行過程中，應(yīng)實時監(jiān)視泵站運行情況。在泵站前池、泵室、管理區(qū)內(nèi)設(shè)置若干攝像頭，通過雙絞線或光纖傳輸至中控室，供管理人員全面監(jiān)控泵站及周邊情況。

4 結(jié)語

在電氣設(shè)計中，在滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的情況下，應(yīng)根據(jù)實際工況提升泵站設(shè)計質(zhì)量。同時，結(jié)合現(xiàn)有的高新技術(shù)，設(shè)計完善安全、節(jié)能、高效、智能的中小型污水提升泵站。

參考文獻(xiàn)

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