市政工程電氣節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)研究

沈南

(中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京210023)

在市政工程中，電氣系統(tǒng)是不可或缺的重要組成部分之一，同時(shí)也是能耗大戶。為促進(jìn)城市發(fā)展，必須采取科學(xué)合理、行之有效的技術(shù)措施，降低市政工程的電氣能耗。市政工程涉及的內(nèi)容既多且雜，如城市路橋、地鐵、給排水等等，在市政給排水工程中，污水處理廠的電氣能耗相對較高。下面以某市的污水處理廠工程項(xiàng)目為例，對電氣節(jié)能降耗的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析探討。

1 市政污水處理廠工程項(xiàng)目概況

某市污水處理廠工程，采用當(dāng)前較為先進(jìn)的A2/O污水處理工藝，設(shè)計(jì)規(guī)模為4 萬m3/d，出水水質(zhì)需要達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。為了降低污水處理過程中電氣系統(tǒng)的總體能耗，需要在廠區(qū)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采取有效的節(jié)能技術(shù)措施。下面就此展開詳細(xì)論述。

2 市政污水處理廠電氣節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)

2.1 電氣設(shè)計(jì)

2.1.1 變配電設(shè)計(jì)。該污水處理廠的變配電間10kV及0.4kV主結(jié)線采用的是單母線分段結(jié)線的方式，變壓器選用的是油浸式變壓器，繞組接線方式為Dyn11，變壓器的額定電壓為10±2×2.5%/0.4kV；繼電保護(hù)為熔斷器組合電器式保護(hù)，采用高供高計(jì)的方式進(jìn)行計(jì)量，電能計(jì)量表安裝在高壓進(jìn)線計(jì)量柜內(nèi)；在0.4kV 側(cè)通過低壓靜電電容器的方式進(jìn)行集中自動補(bǔ)償，經(jīng)過補(bǔ)償之后的功率因數(shù)達(dá)到0.95 以上；負(fù)控裝置設(shè)置在變電所高壓室中，接點(diǎn)分為四路，分別控制高壓進(jìn)線柜、低壓進(jìn)線柜、低壓側(cè)出線電流最大回路以及不屬于二級負(fù)荷單體的進(jìn)線回路。

2.1.2 照明設(shè)計(jì)。污水處理廠的照明設(shè)計(jì)如下：廠區(qū)內(nèi)所有的熒光燈均配用功率因數(shù)在0.9 以上的高質(zhì)量電子鎮(zhèn)流器；LED燈具配用功率因數(shù)在0.9 以上的高質(zhì)量直流驅(qū)動器；照明及插座分別采用不同的支路進(jìn)行供電，安裝高度在1.8m以下的插座回路設(shè)漏電斷路器進(jìn)行保護(hù)，這樣能夠在故障出現(xiàn)時(shí)，瞬間切斷回路；在變配電間設(shè)置備用照明燈具，由照明電源和應(yīng)急回路互投后供電；與可燃物距離較近的開關(guān)、插座及照明燈具應(yīng)采取防火措施，如隔離、散熱等。

2.1.3 線路敷設(shè)。污水處理廠中建筑物的室內(nèi)電纜全部沿著電纜溝進(jìn)行敷設(shè)，電纜與設(shè)備接線盒處通過金屬材質(zhì)的軟管進(jìn)行轉(zhuǎn)接，在進(jìn)出建筑物的部位，使用鋼套管對電纜進(jìn)行保護(hù)，穿墻的電纜用非易燃性材料對空隙進(jìn)行填塞密實(shí)；應(yīng)急照明系統(tǒng)的支線采用導(dǎo)線穿鋼管沿墻體和屋面析暗敷的方式進(jìn)行設(shè)置；非火災(zāi)配電線路的保護(hù)管覆蓋層厚度應(yīng)不小于15mm，塑料管使用難燃型的材料；爆炸危險(xiǎn)場所內(nèi)的電纜全部穿鍍鋅管，并沿墻或地面進(jìn)行明敷。

2.2 電氣節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 變配電系統(tǒng)節(jié)能。在對污水處理廠變配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，應(yīng)對整個(gè)系統(tǒng)的能耗問題進(jìn)行充分考慮，并采取行之有效的節(jié)能降耗措施，具體如下：變配電間應(yīng)當(dāng)與負(fù)荷中心的距離越近越好，這樣能夠使電纜進(jìn)線與出線的距離較短，可以達(dá)到縮短供電半徑的目的；盡量選用能耗較低的電氣設(shè)備，尤其是變壓器，要以節(jié)能型為主，并按照廠區(qū)的實(shí)際負(fù)荷情況，對變壓器的容量進(jìn)行確定，從而保證容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)。同時(shí)，變壓器的運(yùn)行負(fù)荷應(yīng)當(dāng)盡可能低一些，由此可使損耗降低，平均負(fù)荷率在60-70%左右為宜。此外，由于污水處理廠在不同的季節(jié)負(fù)荷差異較大，為實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，可在專用負(fù)荷集中的情況下，設(shè)置專用的變壓器，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

2.2.2 諧波治理。在變配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，為進(jìn)一步提升系統(tǒng)的功率因數(shù)，除了要對電動機(jī)進(jìn)行合理選擇之外，還應(yīng)當(dāng)做好無功功率補(bǔ)償，同時(shí)，應(yīng)對諧波的治理予以重視，避免高次諧波導(dǎo)致線路能耗增加的情況發(fā)生。在污水處理廠的變電所內(nèi)，可根據(jù)變頻器的容量增加進(jìn)、出線電抗器，由此能夠減少整流單元產(chǎn)生的諧波。同時(shí)可在低壓電源無功補(bǔ)償電容柜內(nèi)增設(shè)無源濾波器，通過該裝置能夠?qū)χC波進(jìn)行有效濾除，其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝、造價(jià)低、諧波濾除能力強(qiáng)等。此外，由于廠區(qū)內(nèi)的自動控制中心存在大量對諧波比較敏感的設(shè)備，所以可在主干線設(shè)置有源濾波器。

2.2.3 照明系統(tǒng)節(jié)能。在污水處理廠中，照明系統(tǒng)的能耗相對較大，所以應(yīng)在具體設(shè)計(jì)中采取有效的節(jié)能降耗措施。

a. 保證廠區(qū)內(nèi)所有工段及場所的照明功率密度與國家現(xiàn)行的GB50034 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求相符，并按照不同場所的實(shí)際情況，對照明光源進(jìn)行合理選用，在確保照度的前提下，以高光效光源作為首選；室內(nèi)燈具的效率應(yīng)當(dāng)在70%以上，加裝反射罩的燈具要保證反射罩的反射比足夠高；燈具的設(shè)置高度盡可能不要太高，以免影響照度，造成能耗增加；對于局部區(qū)域內(nèi)的照明系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置，尤其是高大的空間；鎮(zhèn)流器應(yīng)當(dāng)選用高功率因數(shù)的節(jié)能型產(chǎn)品，在對照明配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用電阻率相對較小的線纜，并通過增大截面積和減少長度的方法，來達(dá)到降低線路阻抗的目的；廠區(qū)內(nèi)的主照明電源線路應(yīng)當(dāng)以三相供電作為首選，這樣能夠使電壓損失顯著降低；設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)，減少不必要的照明能耗。

b.在廠區(qū)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，燈具的選擇與節(jié)能降耗的關(guān)系較為密切，為實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能的目標(biāo)，可采取如下技術(shù)措施：按照不同的場合，對照明光源進(jìn)行選用，保證所選的光源具有較高的光效，從而達(dá)到節(jié)能的效果；減少廠區(qū)內(nèi)白熾燈的數(shù)量；熒光燈可以T5、T8型作為首選。

2.2.4 電動機(jī)節(jié)能。在污水處理廠的電氣設(shè)備中，電動機(jī)的能耗較大，通過高效節(jié)能型電動機(jī)的選用能夠有效降低能耗。同時(shí)，以變頻的方式控制電動機(jī)啟動也能達(dá)到節(jié)能效果。在污水處理廠中，鼓風(fēng)機(jī)房是較為重要的組成部分之一，它是廠區(qū)內(nèi)用電負(fù)荷相對比較集中的場所，是污水處理流程中好氧微生物的處理工藝。由于污水需要在曝氣池內(nèi)停留較長的時(shí)間，加之污水池的容量比較大，配套的電動機(jī)要保持連續(xù)不間斷地運(yùn)行，以滿足污水處理要求。因此，為進(jìn)一步降低曝氣系統(tǒng)的電能消耗量，可在污水處理廠電氣設(shè)計(jì)中，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器是核心部分，它的工作原理如下：通過對脈沖寬度的改變，對波形及輸出量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使電動機(jī)的電壓保持平滑的變化。變頻器的控制方式相對較多，在各種控制方式中，電壓空間矢量控制（SVPWM）的特點(diǎn)較為突出，如電路結(jié)構(gòu)比較簡單、造價(jià)低、機(jī)械硬度高、控制效果好等等，正因如此，使得這種控制方式的應(yīng)用非常廣泛。所以，可以采用該方式來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)節(jié)能降耗的目標(biāo)。在該控制方式下，變頻器能夠?yàn)轱L(fēng)機(jī)提供運(yùn)行所需的電源，這個(gè)電源的頻率是可以變化的，利用PLC 與溶解氧聯(lián)動，達(dá)到自動控制的目的，這樣一來，當(dāng)溶解氧出現(xiàn)變化時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況也會隨之變化，設(shè)備會始終處于高效區(qū)運(yùn)行，不會造成電能浪費(fèi)，可以達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

2.3 借助自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)

污水處理廠的自動控制系統(tǒng)采用的是當(dāng)前較為流行的分層架構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)由以下三層組成：信息層、控制層、設(shè)備層。通過自動控制系統(tǒng)的運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)污水處理廠節(jié)能降耗的目標(biāo)，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

2.3.1 調(diào)節(jié)池自動控制。在污水處理廠的調(diào)節(jié)池設(shè)置超聲波液位計(jì)，從變配電間的PLC中引出儀表電源，通過超聲波液位計(jì)可以對調(diào)節(jié)池的液位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將信號發(fā)送給變配電間的PLC。在現(xiàn)場設(shè)置控制箱，共有三種控制方式可供選擇，分別為手動、遠(yuǎn)程和PLC自動控制。采用PLC 進(jìn)行自動控制時(shí)，PLC 會按照調(diào)節(jié)池的水位對潛水泵的運(yùn)行臺數(shù)進(jìn)行調(diào)控，以此來實(shí)現(xiàn)潛水泵節(jié)能的目標(biāo)。同時(shí)，在超聲液位計(jì)上設(shè)定上下限報(bào)警，當(dāng)調(diào)節(jié)池的水位達(dá)到上限或是下限時(shí)，液位計(jì)會自動發(fā)出報(bào)警提示，這樣能夠避免潛水泵出現(xiàn)干運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致浪費(fèi)電能的情況發(fā)生。

2.3.2 鼓風(fēng)機(jī)房節(jié)能控制。在鼓風(fēng)機(jī)房采用就地手、自動控制與PLC遠(yuǎn)程控制三種方式。通過電控柜內(nèi)的PLC，可對風(fēng)機(jī)的電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)控，從而降低電動機(jī)的運(yùn)行能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

3 結(jié)論

綜上所述，污水處理工程是市政工程的重要組成部分之一，同時(shí)，污水處理廠也是市政工程的能耗大戶。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，可在市政污水處理廠電氣設(shè)計(jì)中，采取科學(xué)合理、行之有效的節(jié)能降耗措施，降低污水處理的總體能耗，由此不僅能夠給污水處理廠帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且還能促進(jìn)城市發(fā)展。未來一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對電氣節(jié)能技術(shù)的研究力度，除對現(xiàn)有的技術(shù)措施進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)開發(fā)一些新的電氣節(jié)能技術(shù)，從而使其更好地為市政工程電氣節(jié)能服務(wù)。