污水處理廠電氣優(yōu)化設(shè)計

田再強，徐進

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津300074）

1 污水處理廠及其電氣系統(tǒng)概述

1.1 污水處理廠概述

污水處理廠的主要作用是將污染源排出的廢水進行強化處理，使排出的水符合標準，從而提高用水質(zhì)量，保護水環(huán)境。通常情況下，污水處理廠的處理方式可分為2種類型，即集中與分散處理，然后將處理后的廢水直接排入城市管道或者水體之中。在廢水的處理過程中，污水處理廠通常結(jié)合生物、物理、化學等處理方法進行污水處理，在保障污水處理最佳效果的前提下，節(jié)省投資運行費用一直是污水處理廠發(fā)展的目標。

1.2 污水處理廠電氣系統(tǒng)

污水處理廠的電氣系統(tǒng)主要由高電壓與低電壓的配電系統(tǒng)、電機、電纜、相關(guān)照明系統(tǒng)組成，這些組成部分也是污水處理廠氮氣能源消耗的重要元件。

2 污水處理廠電氣設(shè)計優(yōu)化分析

2.1 變壓器節(jié)能設(shè)計

變壓器是污水處理廠電氣系統(tǒng)中的重要設(shè)備，也是能源耗損較大的電氣設(shè)備之一。變壓器的整體結(jié)構(gòu)主要由2種部件構(gòu)成：銅質(zhì)部件和鐵質(zhì)部件，其損耗特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）在負荷電流的影響下，變壓器銅部件會在一定程度上損耗負荷電流，并且變壓器的銅損耗與負荷電流成正比；（2）鐵質(zhì)部件的損耗，如鐵芯帶來的鐵耗損等與負荷電流不存在比例關(guān)系。為了緩解污水處理廠的能源耗損問題，需要對其進行電氣設(shè)計優(yōu)化，在變壓器方面常選用節(jié)能變壓器代替原有變壓器。節(jié)能變壓器是指在空載狀態(tài)下，負載損耗較低的變壓器，在污水處理廠電氣設(shè)計優(yōu)化工作中，節(jié)能變壓器的應(yīng)用更好地發(fā)揮了系統(tǒng)的優(yōu)化效能。現(xiàn)階段，我國大多數(shù)污水處理廠采用干式變壓器，其具有方便維護的優(yōu)勢。但是，與油浸式變壓器相比，干式變壓器具有空載和負載耗損大、承受過載能力差、造價高等缺陷，因此，油浸式變壓器是優(yōu)化設(shè)計中的重要選擇之一。隨著科學技術(shù)的不斷進步與更新，油浸變壓器已逐漸升級至S14、S13、S11等。與S9同容量變壓器相比，國內(nèi)生產(chǎn)的S14-M·RL立體卷鐵芯油浸式變壓器具有更節(jié)能的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為：空載損耗下降約54%、空載電流下降約89%、負載損耗下降約15%[1]，并且還在一定程度上降低了污水廠的投資成本和年運行成本，即S14-M·RL立體卷鐵芯油浸式變壓器采用的立體卷鐵芯工藝，相較于疊片結(jié)構(gòu)，該變壓器減少了硅鋼片及銅的用量，相應(yīng)的損耗值、成本降低。

2.2 減少線路損耗

大量電纜的鋪設(shè)對污水處理廠的正常運行發(fā)揮著重要的保障作用。但電纜自身也存在一定的電阻，且電阻大小與電纜的長度成正比，即電纜長度越長，相應(yīng)的電阻越大，導致的電壓損失也會增加，因此，大量電纜的使用也會耗損較大比例的能源。可見，減少電纜帶來的損耗也是污水處理廠電氣設(shè)計優(yōu)化的重點內(nèi)容。通常解決上述問題的最優(yōu)化方案是對高低壓配電房選址進行優(yōu)化，減少電纜的使用，盡量將配電房設(shè)置在靠近負荷中心的位置。而在污水處理廠中，鼓風機、臭氧發(fā)生器等都是常見的大功率設(shè)備，為了減少這些設(shè)備的耗損，在電氣優(yōu)化設(shè)計過程中，可以考慮將配電房設(shè)置在臭氧發(fā)生車間及鼓風機房附近。因電纜能耗量與電纜長度有密切的關(guān)系，因此，進行電纜橋架、電纜溝走向優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)盡量選擇直線鋪設(shè)的方式，通過減少電纜長度對能源的耗損進行控制，同時，要對截面面積進行合理的選擇，以達到降低額外損耗的目的。另外，為了減少電阻的損耗，電纜導體原料可以采用小電阻率的材質(zhì)，從而實現(xiàn)降低能耗的目的。受污水處理廠自身工作性質(zhì)的影響，其長期處于堿性的腐蝕環(huán)境中，為此，選擇電纜時，還要考慮銅質(zhì)材料的抗腐蝕性，從而延長電纜的使用年限。

2.3 電氣控制設(shè)備的設(shè)置

污水處理廠電氣系統(tǒng)設(shè)置的常用方法有以下2種：（1）現(xiàn)場設(shè)置，即在污水處理現(xiàn)場設(shè)置電氣控制設(shè)備，此方法可以隨時進行調(diào)整，具有一定的靈活性，還可以布置控制箱內(nèi)的各種元件，為電氣設(shè)備的檢查與維護提供了便利。但該方法也存在一些缺點，即缺乏整體性，難以對控制系統(tǒng)進行整體控制。（2）集中設(shè)置，即對所有控制設(shè)備進行集中設(shè)置，該方法為電氣自控系統(tǒng)的構(gòu)建和運行提供了條件，同時，有利于設(shè)備的連接和管理，降低了設(shè)備檢查與維修的難度，雖然該方法實現(xiàn)了設(shè)備的集中化，但如果出現(xiàn)故障，會導致整個污水處理系統(tǒng)的工作停止。對上述2種方法進行分析和研究，還是集中設(shè)置法比較好，盡管該方法存在一定的缺陷，但是該方法極大程度上減少了電纜的使用量，且集中管理比較方便，更具有優(yōu)勢，在污水處理廠的電氣設(shè)計優(yōu)化中可以采用該種方式。

2.4 照明設(shè)備的設(shè)置

照明設(shè)備是污水處理廠不可缺少的一種設(shè)備，該設(shè)備的設(shè)置通常是根據(jù)房間的實際情況和照明要求選擇適宜的照明光源設(shè)備。在選擇過程中還要注意功能性、經(jīng)濟合理性、節(jié)能性等方面的考慮，從而將照明設(shè)備的作用發(fā)揮到最大。一般情況下，污水處理廠由綜合辦公樓、附屬建筑用房組成，其中，綜合辦公樓選用直管T5三基色熒光燈；附屬建筑用房，一般包括泵房間、鼓風機、加氯間等，其環(huán)境比較潮濕，且房間空間較大，因此，需要選用金屬氯化物燈或者彎桿壁燈。

3 污水處理廠的電氣節(jié)能措施研究

3.1 電氣設(shè)備和線路的節(jié)能措施

電氣設(shè)備和線路是污水處理廠中的主要能耗來源，為了實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，需要采取一定的節(jié)能措施。其中，電氣設(shè)備方面的節(jié)能措施為：根據(jù)污水處理廠的生產(chǎn)規(guī)模制訂措施，通過提高電動機的功率與工作效率實現(xiàn)電動機的能源消耗，高效率電動機的應(yīng)用是降低電動機電能耗損的重要手段。電氣線路方面的節(jié)能措施為：選擇合適的電線電纜，合理設(shè)計減少配電線路長度；選擇合理的電線電纜的截面積，從而選擇電阻率小的材質(zhì)，進而減少電阻的消耗。

3.2 控制系統(tǒng)的節(jié)能措施

通常情況下，污水處理廠設(shè)備的實際運行額度比設(shè)備的設(shè)計運行額度低，可見，污水處理過程中能源利用率不高，因此，要采用智能化設(shè)備，提高資源利用率，保障設(shè)備高效、經(jīng)濟的運行?？刂葡到y(tǒng)由軟件、硬件組成，因此，需要其具有良好的兼容性，才能保障控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。為了滿足污水處理廠的生產(chǎn)工藝和管理的要求及其優(yōu)化，需要該系統(tǒng)具有一定的網(wǎng)絡(luò)性、良好的開放性。

4 結(jié)語

綜上所述，污水處理廠的電氣設(shè)計優(yōu)化，主要從變壓器節(jié)能設(shè)計、減少線路損耗、電氣控制設(shè)備的設(shè)置等方面進行，從而提高污水處理廠的工作效率。同時，還要采取一定的節(jié)能措施，真正實現(xiàn)污水處理廠的節(jié)能降耗。