城市生活污水處理廠電氣設計中的節(jié)能分析

康藝偉

（中原環(huán)保股份有限公司，河南 鄭州 450000）

隨著我國社會經濟的不斷發(fā)展，我國各行各業(yè)都取得了較大的發(fā)展，但是我國所取得發(fā)展在一定程度上付出了較大的環(huán)境代價，是以犧牲環(huán)境為代價而得來的。隨著時代的進步與發(fā)展，經濟發(fā)展與環(huán)境問題之間的矛盾也逐漸凸顯出來，人們逐漸認識到以破壞環(huán)境和資源為代價是不可取的。在這種背景環(huán)境下，“節(jié)能減排”的理念得到了普及推廣。所謂節(jié)能減排，實際上就是節(jié)約能源，然后盡可能地降低能源消耗，在生產過程中要減少污染物的排放。我國許多城市在發(fā)展過程中，都產生了不同程度的水污染問題，這就需要加強對城市生活污水的處理，以防止水污染問題的日漸嚴重，進而制約城市的可持續(xù)發(fā)展[1]。但是，在處理廠的電氣設計中，在節(jié)能設計方面還存在一定的問題，這就與“節(jié)能減排”的理念不相符合，需要進行優(yōu)化改進。本文就處理廠電氣設計中的節(jié)能進行探析。

1 電氣設計節(jié)能減排技術的主要內涵

在城市生活污水處理廠中，其電氣設計的節(jié)能減排工作至關重要，主要從以下兩個技術領域來進行闡釋：節(jié)能技術、減排技術。這兩個技術領域不僅有聯(lián)系，也存在一定的區(qū)別，兩者相輔相成。如果要實現(xiàn)減排，那么就需要以節(jié)能技術為基礎，而要想實現(xiàn)節(jié)能，則需要做好減排工作。若過于重視節(jié)能，但是卻忽視了減排工作的開展，那么就會使得能耗激增，進而使企業(yè)面臨著較大的經濟損失。只有兩者均衡發(fā)展，才能夠實現(xiàn)社會效益與環(huán)境效益的統(tǒng)一發(fā)展。隨著我國城市化進程的不斷推進，城市生活污水處理廠的作用愈加突出，對城市居民的正常生活影響較大，因此，做好處理廠的節(jié)能減排工作也就尤為重要了。

2 電氣設計中的節(jié)能分析

2.1 總體考慮，合理布局

在城市生活污水處理之中，有許多不同類型的單體，在每個單體內，少則幾臺用電設備，多則幾十臺乃至上百臺的用電設備在運行。每一臺用電設備都有一條配電線路，所以這么多的用電設備，其總線路的數(shù)量達到幾萬米之多。此外，配電線路還包含有電阻，在電流通過之時，功率的損耗也就由此產生。經過數(shù)據統(tǒng)計可知，泵站所造成的線路損耗，能夠達到年用量的1%，至于污水處理廠，其線路損耗的數(shù)量則更大。配電線路功率損耗公司為：ΔP=3I2·R10-3。

在這個式子中：ΔP為三相輸電線路的功率損耗；R為線路相電阻；I則為線電流。從這個公式中我們可以知道，要想促使配電線路損耗有所減少，主要有以下幾種方式。

（1）采取措施來減少配電線路的電阻R，而R=ρL/S，在這之中，ρ是電阻率，S為線路的截面積，L則為線路的長度。從這個公式中我們就能夠知道，電阻與線路的長度以及電阻率成正比，其與線路的截面積成反比。故此，要想減少電阻，可以采取以下幾種方法：①在對配電線路的材質進行選擇時，盡可能地選擇電阻率較低的材質。當前市場上，常見的配電線路材質有以下幾種，一種是鋁電纜，另一種是銅電纜，在電阻率方面的對比中，銅電纜要更低，所以在目前的配電線路材質中，主要選擇銅電纜。②在選擇材質之后，如果電流I不變，那么線路的截面積如果越大，它的電阻R就會越小。如果增大截面積，那么就能夠使電阻有所降低，不過卻會增加投資[2]。故此，為了降低電壓，在小功率設備電力較弱的情況之下，可以采取增加一級截面積的方法。③要想達到減少電阻的目的，可以減少配電線路的長度。對于城市生活污水處理廠而言，負荷較為集中。通過相應的布局，對變電所進行合理的設置，將其設置于負荷中心處；在配電設計中，線路需要走直線，要避免走彎路，不能夠走回頭路，以促使配電線路的長度有所減少。

（2）減少電流I。由于提供給設備的功率不變，要想減少電流I，那么需要提高電壓的等級。一般來說，城市生活污水處理廠所使用到的電壓等級為380/220 V，6 kV，10 kV。故此，就需要對大功率設備以及主副變電所之間的聯(lián)系進行控制。

2.2 抑制諧波電流

在供配電系統(tǒng)中，發(fā)動機的設備以及變壓器的比重較大，在整個廠區(qū)內部，其功率因數(shù)在0.8%左右，電氣系統(tǒng)如果要進行無功補償，就需要將因數(shù)進行提高，提高到0.9。如此一來，一方面能夠減少配電線路的截面積，另一方面也能夠使供配電的無功率損耗有所降低。

在生活污水處理廠內部，變頻調速設備中的非線性線路負載比較多，故此，諧波電流的含量也會有所增加。采用無功補償?shù)姆绞接幸韵聝煞N：就地補償、集中補償，這兩種方式互為補充。如，在變電所地壓側，如果設置了無功自動補償裝置，就可以提高功率因素。

諧波能夠使電能的利用效率有所降低，還可以使電能的傳輸效率以及生產效率有所降低，但是卻會使得電氣設備出現(xiàn)以下3種現(xiàn)象：噪聲、震動、過熱。在對變頻調速設備的非線性負載進行調試時，如果非線性負載不斷地增加，那么諧波的危害也會不斷增大，這樣就會導致設備的使用壽命有所縮減，進而導致事故的發(fā)生。諧波有可能會引起電力系統(tǒng)的串聯(lián)諧振，會燒毀電容器，繼而導致自動裝置的誤動作，會擾亂電能計量。故此，為了應對諧波對電子設備所產生的嚴重干擾，就需要采用抑制的方法，例如，采用接線方法來對變壓器的相關點進行連接，或者是使用無源濾波器等。

2.3 核算負載，降低變壓器損耗

變壓器的損耗主要有以下兩種：變壓器的空載損耗；變壓器額定負載傳輸?shù)膿p耗。第一種又被稱為鐵損，主要是由鐵芯鍋流損耗以及漏磁損耗所組成，其值與鐵芯材料有關，還與制造工藝有著密切的聯(lián)系，但是與負荷大小無關。第二種又被稱為變壓器線損。它主要由變壓器繞組的電阻所決定，與流過繞組的電流大小有所聯(lián)系，而且與符合率平方成正相關。當變壓器的負債率處于50/100的時候，其能耗最小，不過這個時候僅減少變壓器的線損，卻沒有減少鐵損。另外，變壓器負債率較低，空載所造成的損耗比重會增大，而且功率因素也會不斷降低，這樣會導致電能的損耗變得更大，進而增加較大的初裝費用。故此，對以下幾種費用進行綜合考慮：初裝費、土建投資費用、變壓器費用等，又需要確保變壓器在使用期內預留適當?shù)挠嗔?，就需要對變壓器的負載率進行控制，將其控制在60%～75%。

規(guī)范上提出，在對污水處理廠的負荷進行計算時，最好使用需要系數(shù)法，在進行負荷計算的過程中，一方面需要對設備的備用情況進行考慮，對需用系數(shù)的取值進行考慮之外，另一方面也需要對設備的使用情況進行考慮。在某污水處理廠的工程設計中，該廠的尾水排放至周邊的河涌之中。出水水位要低于洪水位，并且高于河涌常水位。故此，該廠設立了退水泵房，在洪水位時，可以將尾水排放出去。根據相關資料表示，河涌每年的洪水位超出的情況不低于10次，每次不超過一日。在對退水泵房進行設計時，就需要對這一加載進行分析，要對工程負荷進行更充分的考慮，以促使用電負荷能夠滿足實際需要，滿足變壓器總負載的60/100。如此一來，就能夠使負荷運行得科學合理。

2.4 合理搭配，減少運行損耗

對設備進行科學合理的搭配，并對自動控制系統(tǒng)進行有效的運用，以實現(xiàn)精細化控制。在城市生活污水處理廠之中，以下兩種用電設備較為常用：水泵、風機。工藝專業(yè)在選型過程中，需要根據最大的負載來選型。但是，實際情況卻很難達到工藝設定的值。例如，水泵時間段不同，那么來水量也會不同。因為進水泵是采用組合的方式，由許多臺水泵組成，所以進水量是會發(fā)生變化的，但是進水泵的功率卻是相對固定的[3]。那么就可以給水泵安裝變頻調速裝置，來對水泵的流量進行控制，使其貼近進水量。如果流量與轉速成比例，而功率與轉速的3次方成比例，那么當水泵以及風機等設備采用了變頻調速裝置時，流量減少，這樣一來，所需功率也會大幅度下降，從而達到節(jié)約電耗的效果。在生活污水處理廠內，要盡可能使用自動控制系統(tǒng)，這樣才能夠提高工作的效率。此外，在系統(tǒng)的調試期間，需要對各種參數(shù)進行相應的調整，以減少設備的空載運行，這樣就能夠提高設備的運行效率。

3 結語

在城市發(fā)展過程中，城市生活污水處理廠發(fā)揮著階段的作用，在減少污水排放方面以及保護城市環(huán)境質量方面起到了較大的作用。在減排的過程中，還需要采用相應的節(jié)能措施，這樣對于緩解社會能量需求的壓力，保護社會環(huán)境方面有著較大的意義。本文對污水廠的電氣設計中的節(jié)能進行了簡要的分析。

[1]顏圭鵬.污水處理廠電氣優(yōu)化設計[J].科技與創(chuàng)新，2017（9）：135-138.

[2]謝向陽.淺談污水處理廠電氣優(yōu)化設計[J].山東工業(yè)技術，2017（15）：94.

[3]林太和.污水處理廠電氣設計中負荷計算與節(jié)能優(yōu)化分析[J].城市建筑，2013（4）：183-188.