探討城鎮(zhèn)小型污水處理廠電氣與自動化系統(tǒng)

王巖

摘 要：在我國，新型城鎮(zhèn)化建設(shè)取得了積極進展，正在規(guī)劃建設(shè)的規(guī)模在2～10萬m3/d的中小型污水處理工程逐漸增多，文章提出一種基于“AAC氧化溝”工藝的污水處理廠電氣自控系統(tǒng)設(shè)計，并對具體的設(shè)計方法和主要設(shè)計內(nèi)容進行探討分析。

關(guān)鍵詞：污水處理；供配電；計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；遠期擴展

中圖分類號：U664.9+2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0095-02

引言

某小型污水處理廠一期處理規(guī)模為1.5萬m3/d，遠期規(guī)模3萬m3/d。污水處理系統(tǒng)采用以“水解酸化”為預處理工藝，“AAC氧化溝”為生化主體工藝。

為確保污水處理過程安全可靠、出水穩(wěn)定和連續(xù)生產(chǎn)的要求，提高自動化控制水平，該廠電氣與自動化系統(tǒng)設(shè)計必須穩(wěn)定可靠、配置完善，為具有先進管理水平的現(xiàn)代化污水處理系統(tǒng)。

1 電氣設(shè)計

1.1 負荷等級

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052-2009）：“中斷供電將在經(jīng)濟上造成較大損失時，應(yīng)視為二級負荷”。本工程電力負荷等級確定為二級，供電系統(tǒng)采用兩回線路供電。

1.2 10/0.4kV系統(tǒng)主接線

本工程在廠區(qū)用電負荷中心建設(shè)一座10/0.4kV變配電所，變電所土建面積均按3萬m3/d的規(guī)模進行設(shè)計，除低壓母排及進線、母聯(lián)開關(guān)按3萬m3/d的規(guī)模設(shè)計外，其他設(shè)備按1.5萬m3/d的規(guī)模設(shè)計。同時考慮便于遠期污水處理系統(tǒng)擴容需要，預留2面高壓出線柜。

本次設(shè)計10kV高壓配電裝置采用單母線分段運行方式，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，平時兩路電源一路常用，一路備用；當一路電源故障時，通過手/自動操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一回路能滿足全廠全部二級負荷的供電需求。低壓配電為單母線分段運行，兩臺變壓器各帶一段母線，變壓器所帶母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)柜。

1.3 繼電保護及計量方式

繼電保護：采用綜合機電保護裝置實現(xiàn)三相定時限過流保護及電流速斷保護，零序保護；變壓器10kV側(cè)單相接地信號裝置、溫度保護及信號裝置。低壓進線處采用過流、速斷保護；出線處采用過流、速斷保護；變壓器設(shè)置高溫報警、超高溫跳閘保護。

計量：采用高供低計，低壓側(cè)設(shè)置兩套計量裝置分別對兩路電源計量。

1.4 低壓配電系統(tǒng)

對于一般負荷采用樹干式與放射式相結(jié)合的供電方式，對于單臺容量較大的負荷采用放射式配電。

1.5 防雷與接地

本工程對辦公樓、泵房等屬于三類防雷建筑物的場所，采取防直擊雷和防雷電波侵入的措施。變電所的低壓總保護柜內(nèi)設(shè)一級電源浪涌保護器；現(xiàn)場總站配電箱及電末端重要的儀表配電箱分別設(shè)二級、三級浪涌保護。

自動化控制系統(tǒng)的工作接地和低壓供電系統(tǒng)的保護接地采用聯(lián)合接地方式，接地電阻不大于1歐姆。在敷設(shè)屏蔽電纜時，連接外場設(shè)備屏蔽線纜接地采用單點接地，可有效避免環(huán)流噪聲干擾。

2 自動化設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本工程污水處理系統(tǒng)采用基于PLC+上位機的集中管理和分散控制的系統(tǒng)架構(gòu)，包括信息層、控制層和設(shè)備層。

計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用基于光纖通訊的自愈環(huán)網(wǎng)方式，主干網(wǎng)100Mbit/s，節(jié)點速率≥10Mbit/s，系統(tǒng)各組成部分具有相對獨立性，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成系統(tǒng)的縱向與橫向擴展，單個節(jié)點斷開不會影響其他子系統(tǒng)的運行，增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性，做到完全的冗余和即插即用。同時考慮設(shè)置路由器，建立與上層信息中心的聯(lián)系。

2.2 自動控制系統(tǒng)組成及功能

2.2.1 中央控制室

中央控制室位于綜合樓一層，控制室設(shè)全廠操作、監(jiān)控管理系統(tǒng)，配置工程師站、操作員站、冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器、打印機和高清投影儀等設(shè)備。主要功能為：

（1）采集全廠生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、電氣設(shè)備運行的狀況。

（2）在操作站顯示工藝流程圖、供電系統(tǒng)圖、工藝參數(shù)、電氣參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)，可設(shè)定、修改工藝參數(shù)。

（3）建立數(shù)據(jù)庫，對于重要的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)可自動生成趨勢曲線。

（4）打印運行報表（班、日、月、年）和報警、故障實時報表。

（5）工程師站通過工業(yè)以太網(wǎng)與各個分控制室的PLC、化驗室計算機等進行通訊，可以對工程項目文件進行新建、編輯、修改，和項目程序的下載、上載，以及生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控、操作，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集、存儲、報警、打印等。

2.2.2 現(xiàn)場控制站

本工程綜合污水處理工藝過程、構(gòu)筑物布局、設(shè)備和檢測儀表分布等在各工藝區(qū)域內(nèi)設(shè)3個現(xiàn)場控制站。分別為進水儀表小屋現(xiàn)場控制站（PLC01）、變配電間現(xiàn)場控制站（PLC02）、出水儀表小屋現(xiàn)場控制站（PLC03）?，F(xiàn)場控制站選用安全可靠、技術(shù)成熟、系統(tǒng)開放、后續(xù)擴展靈活的可編程邏輯控制器（PLC）作為硬件平臺。主要功能為：

（1）根據(jù)PLC預先編制的控制程序?qū)λ爡^(qū)域內(nèi)的工藝過程、電氣設(shè)備進行控制，同時采集工藝（電氣）參數(shù)及電氣設(shè)備運行狀態(tài)。通過觸模屏可設(shè)定、修改工藝參數(shù)以及控制各電氣設(shè)備的運行狀況。

（2）PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)與中控室過程控制系統(tǒng)進行通訊，向過程控制系統(tǒng)傳送信息，并接受過程控制系統(tǒng)發(fā)出的命令。

（3）采集的主要參數(shù)有：液位（差）、流量、H2S、D0、ORP、MLSS、PH/T、SS、COD、NH3-N、TP等。

2.2.3 成套設(shè)備控制系統(tǒng)

全廠成套設(shè)備控制系統(tǒng)包括污泥脫水控制系統(tǒng)、加藥控制系統(tǒng)和紫外消毒控制系統(tǒng)。由于成套設(shè)備本身的操作復雜性，以及成套裝置內(nèi)部各設(shè)備的相互關(guān)聯(lián)性，控制系統(tǒng)由設(shè)備配套供應(yīng)；各控制系統(tǒng)根據(jù)其所處控制層次的不同可接入快速工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。

2.2.4 設(shè)備的控制方式

污水處理廠設(shè)備的控制優(yōu)先級由高至低依次為：現(xiàn)場控制/機旁控制、配電盤控制、就地（單體）控制、中央控制，較高優(yōu)先級的控制可屏蔽較低優(yōu)先級的控制；每一級控制均設(shè)置選擇開關(guān)。

3 遠期擴展

該污水處理廠遠期規(guī)劃控制規(guī)模3萬m3/d。遠期擴展根據(jù)工藝流程、構(gòu)筑物布局、設(shè)備和檢測儀表分布增設(shè)相應(yīng)的現(xiàn)場控制站，增設(shè)站點可靈活接入中央監(jiān)控級工業(yè)以太網(wǎng)；中控室面積及布局按遠景規(guī)模考慮，擴展時可根據(jù)管理及遠、近期系統(tǒng)兼容性等因素綜合考慮，增加數(shù)據(jù)服務(wù)器組成分布式服務(wù)器構(gòu)架或是對近期服務(wù)器進行升級改造，也可根據(jù)管理要求增加相應(yīng)的操作站。

4 結(jié)束語

在我國城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，積極開展中小型污水處理廠電氣與自動化系統(tǒng)的設(shè)計研究，可有效提高中小城市污水處理能力和環(huán)境保護能力，促進城市可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻：

[1]陳海涵，蔡鵬，獨學琴.污水處理廠自動化系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].電工技術(shù)，2009（04）.

[2]周斌.小型城市生活污水處理廠電氣與自控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化應(yīng)用，2017（04）.endprint