中山市黑臭水體整治提升工程電氣方案設(shè)計(jì)

何乃權(quán)

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010）

1 工程概況

中山市中心組團(tuán)黑臭（未達(dá)標(biāo)）水體整治提升工程的西河涌、朗心渠、朗心四渠位于中山市沙溪鎮(zhèn)。西河涌北起博愛一路，南至岐江河，河涌全長(zhǎng)約0.87km，平均寬度為15m；朗心渠起始于105 國(guó)道，上游與暗渠朗心一渠、朗心二渠連通，匯入西河涌，河涌全長(zhǎng)約1.5km，平均寬度為13m；朗心四渠起始于時(shí)代傾城東北側(cè)綠地，上游與暗渠朗心三渠連通，下游過(guò)105 國(guó)道后從中信左岸與世紀(jì)新城3 期兩個(gè)小區(qū)間穿過(guò)，匯入西河涌，河涌全長(zhǎng)約0.75km，平均寬度為8m。

西河涌、朗心渠、朗心四渠3 條河涌現(xiàn)狀均為黑臭水體，本工程擬通過(guò)截污與調(diào)蓄工程、清淤工程、岸線修復(fù)工程、生態(tài)修復(fù)工程、調(diào)水補(bǔ)水工程及水務(wù)信息化工程建設(shè)，以改善河涌水質(zhì)。到2022 年，河涌水質(zhì)得到改善，實(shí)現(xiàn)全面消除黑臭。

2 設(shè)計(jì)范圍

本工程以變配電間10kV 進(jìn)線電纜的終端頭作為分界點(diǎn)，終端頭以下的部分屬于本工程設(shè)計(jì)范圍。主要包括：總變配電室設(shè)計(jì)、污水處理站電氣設(shè)備的供配電設(shè)計(jì)、電纜管線敷設(shè)設(shè)計(jì)、照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)、防雷接地及等電位設(shè)計(jì)、自控儀表設(shè)計(jì)。

3 供電電源

污水處理工藝是一個(gè)復(fù)雜的生化處理過(guò)程，一旦停電將造成供氧中斷，使微生物失去活性，嚴(yán)重影響污水的處理效果，出水水質(zhì)不能滿足工藝設(shè)計(jì)要求。因此，本工程對(duì)供電可靠性要求較高，用電負(fù)荷按二級(jí)設(shè)計(jì)，污水處理站采用兩路獨(dú)立的10kV 電源供電，入戶后分別引入高壓環(huán)網(wǎng)柜。每路電源各引入到一臺(tái)變壓器內(nèi)，每臺(tái)變壓器可負(fù)載全部工作負(fù)載，使兩路進(jìn)線一用一備，可保障供電可靠性。

4 負(fù)荷計(jì)算及變壓器選擇

污水處理廠用電負(fù)荷分為照明負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷，動(dòng)力負(fù)荷主要為水泵類負(fù)荷。負(fù)荷計(jì)算時(shí)，動(dòng)力負(fù)荷采用需要系數(shù)法計(jì)算，輔助照明負(fù)荷及辦公用電負(fù)荷采用單位建筑面積負(fù)荷指標(biāo)計(jì)算。全廠負(fù)荷計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 全廠負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

根據(jù)負(fù)荷計(jì)算情況，在變配電間設(shè)置2 臺(tái)100kVA/10kV/0.4kV 變壓器，兩臺(tái)變壓器一用一備，單臺(tái)變壓器負(fù)載率68.6%。

5 變配電系統(tǒng)

5.1 變配電室設(shè)計(jì)

本工程新建1 座10/0.4kV 變配電室，在平面布置上，要求變配電室深入負(fù)荷中心。變配電室內(nèi)設(shè)置1 組高壓環(huán)網(wǎng)柜，兩臺(tái)干式變壓器和低壓固定式開關(guān)柜。室內(nèi)設(shè)置2 臺(tái)相同容量的變壓器，采用1 用1 備的方式，這樣既能保證雙電源的供電可靠性，避免近期投入設(shè)備過(guò)多和變壓器長(zhǎng)期處于低負(fù)載率的非經(jīng)濟(jì)點(diǎn)運(yùn)行而造成的浪費(fèi)，又能避免將來(lái)擴(kuò)建時(shí)變配電室土建結(jié)構(gòu)的較大改造，節(jié)省投資和縮短污水處理站擴(kuò)建的停電時(shí)間。

5.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10kV 系統(tǒng)采用雙電源進(jìn)線，單母線分段，不設(shè)母聯(lián)。正常情況下，兩路電源同時(shí)帶電，2 臺(tái)變壓器1 用1 備。低壓配電系統(tǒng)采用單母線接線方式，低壓進(jìn)線處設(shè)置雙電源互投開關(guān)，互投開關(guān)選用帶機(jī)械互鎖，任何時(shí)刻兩斷路器不能同時(shí)合閘。

5.3 控制方式

對(duì)于單臺(tái)電氣設(shè)備，主要控制方式有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。電氣設(shè)備控制回路均設(shè)置手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，每臺(tái)工藝設(shè)備根據(jù)工藝運(yùn)行要求決定是否加入工藝流程的自動(dòng)控制系統(tǒng)。各工藝設(shè)備的運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)通過(guò)電氣信號(hào)傳遞給PLC 控制器。

對(duì)于構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的電氣設(shè)備（如污泥脫水系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)等），主要控制方式有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和遠(yuǎn)程控制。自動(dòng)控制由設(shè)備廠家配套的控制柜完成，控制柜內(nèi)置PLC 控制器，并通過(guò)通信接口和上位系統(tǒng)通信。

電動(dòng)閘（閥）門均采用一體化裝置，設(shè)備自帶閘（閥）門電動(dòng)裝置。

潛水電動(dòng)機(jī)均設(shè)電流速斷、泄漏、過(guò)載、溫度及干運(yùn)行等保護(hù)。

5.4 電能計(jì)量及無(wú)功補(bǔ)償

本工程采用低壓計(jì)量方式，在低壓進(jìn)線柜內(nèi)裝設(shè)專用計(jì)量裝置。計(jì)量?jī)x表按照電力部門要求裝設(shè)，動(dòng)力和照明合并計(jì)量。

在變配電間低壓母線上設(shè)電容集中自動(dòng)補(bǔ)償裝置，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償，步數(shù)不小于6 步，補(bǔ)償后實(shí)際運(yùn)行中功率因數(shù)達(dá)到0.92 以上。

6 照明設(shè)計(jì)

照明系統(tǒng)采用獨(dú)立的低壓配電回路，在變配電室的0.4kV 側(cè)低壓柜內(nèi)設(shè)單獨(dú)照明饋線回路，照明回路采用“T”接方式，減少照明回路，節(jié)約線纜。

綜合服務(wù)用房的照明采節(jié)能型熒光燈具，輔以局部照明，使其滿足功能要求。其余各高大建筑物、生產(chǎn)車間的照明燈具主要采用金屬鹵化物燈，并以吊裝形式為主，方便維護(hù)和檢修，按照功能要求，必要時(shí)設(shè)置局部照明。

廠區(qū)內(nèi)道路采用普通路燈照明，選用LED 燈光源，燈桿選用4.5m 高度的庭院燈具，標(biāo)準(zhǔn)間距20m 沿巡檢路單側(cè)進(jìn)行布置。照明控制采用手動(dòng)控制和時(shí)間控制方式。反應(yīng)池上照明亦采用庭院燈，選用高壓鈉光源，燈桿高度為4.5m，具有裝飾效果，作為巡視、維護(hù)檢修用。庭院燈以TN-S 接地系統(tǒng)，在各回路配電柜出線處及末端設(shè)置重復(fù)接地。綜合服務(wù)用房等有人值班的建筑物內(nèi)部及公共疏散通道處設(shè)置應(yīng)急照明，應(yīng)急時(shí)間不小于90min。廠區(qū)建筑物主要照度標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

表2 廠區(qū)建筑物主要照度標(biāo)準(zhǔn)

7 防雷接地

本工程低壓配電系統(tǒng)采用TN-S 制接地型式。電氣信息設(shè)備的保護(hù)性接地、功能性接地以及建筑物的防雷接地共用一組接地系統(tǒng)，接地系統(tǒng)的電阻不超過(guò)1Ω，并實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)措施。低壓進(jìn)構(gòu)/建筑物的饋線電纜距離超過(guò)50m 時(shí)，設(shè)重復(fù)接地裝置，接地電阻不超過(guò)10Ω。

8 電纜設(shè)計(jì)

電纜的導(dǎo)體材料均選用銅導(dǎo)體，動(dòng)力電纜選用交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜；控制電纜均選用銅芯聚氯乙烯絕緣控制電纜。動(dòng)力電纜截面按持續(xù)工作電流確定允許最小電纜截面，同時(shí)還要考慮環(huán)境溫差、土壤熱阻系數(shù)差異、電纜多根并列等因素的影響，選擇適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)，合理選擇電纜截面。廠區(qū)電纜以直埋和電纜溝的敷設(shè)方式為主，廠區(qū)需合理布置電纜溝，電纜溝采用混凝土電纜溝。電纜溝內(nèi)控制電纜和電力電纜分層按順序敷設(shè)。電纜直埋過(guò)路時(shí)需穿管保護(hù)。各構(gòu)筑物內(nèi)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，電纜敷設(shè)可采用室內(nèi)纜溝、橋架及預(yù)埋鋼管等方式。

9 自控儀表設(shè)計(jì)

9.1 設(shè)計(jì)范圍

自控儀表設(shè)計(jì)包括污水處理站檢測(cè)儀表、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制裝置及自控儀表防雷接地設(shè)計(jì)等。

本工程方案設(shè)計(jì)，擬采用集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和智能測(cè)量?jī)x表組合的方案，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)工作站與現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯控制器通過(guò)以太網(wǎng)通信，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)通過(guò)I/O 模塊采集，引至相應(yīng)的PLC 控制器。采用此種方案結(jié)構(gòu)可使生產(chǎn)過(guò)程中的信息集中收集管理，實(shí)現(xiàn)整體的操作和優(yōu)化，而且大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

污水處理廠、調(diào)蓄池、一體化泵站、智能截流井、溢流井及格柵井等設(shè)為工作子站，每條河涌?jī)?nèi)的工作子站設(shè)為一個(gè)分站，分站將各子站信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)工作站通信。各子站之間能過(guò)光纖連接到對(duì)應(yīng)的分站，且各子站具有4G 無(wú)線通信模塊作為備用的通信方式。智能截流井、溢流井子站閘門設(shè)超聲波水位檢測(cè)儀，根據(jù)水位控制雨水閘門開閉；格柵井子站閘門設(shè)超聲波水位檢測(cè)儀，根據(jù)水位維持污水閘門開度，避免截污管內(nèi)壓力過(guò)高。

9.2 自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)控制系統(tǒng)采用3 層的結(jié)構(gòu)形式，包括信息層、控制層和設(shè)備層。信息層的設(shè)備放置在中央控制室，采用具有客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)形式采用1G 速率的以太網(wǎng)。系統(tǒng)預(yù)留通信接口，方便中遠(yuǎn)期自控系統(tǒng)接入?？刂茖硬捎霉I(yè)以太網(wǎng)，混合結(jié)構(gòu)的通信方式連接各分站和廠內(nèi)各子站。設(shè)備層設(shè)在各條河涌的子站，成套設(shè)備控制系統(tǒng)作為控制器的遠(yuǎn)程子站，現(xiàn)場(chǎng)控制子站為無(wú)人值班模式，操作界面采用觸摸顯示屏。

9.3 自控系統(tǒng)功能

污水處理廠、一體化泵站、智能截流井、格柵井等的運(yùn)行監(jiān)控功能通過(guò)設(shè)置在各子站中智能儀表及機(jī)械設(shè)備、配電柜內(nèi)的傳感器、現(xiàn)場(chǎng)控制箱、變送器所采集的實(shí)時(shí)信息經(jīng)就地的PLC 控制器的收集、預(yù)處理以后上傳到控制室進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、存儲(chǔ)，將采集到的全部自動(dòng)化信息作為依據(jù)，經(jīng)過(guò)人工判斷或數(shù)學(xué)計(jì)算以后，按周期發(fā)出各類運(yùn)行控制命令到各就地子站執(zhí)行。污水處理廠內(nèi)設(shè)有安全與環(huán)境監(jiān)控功能，應(yīng)包含有害、有毒、易爆、易燃?xì)怏w的監(jiān)測(cè)；廠區(qū)內(nèi)設(shè)視頻監(jiān)視和安全防范系統(tǒng)。

10 結(jié)語(yǔ)

西河涌、朗心渠、朗心四渠水質(zhì)整體提升工程是一項(xiàng)惠民工程，本工程的實(shí)施，將改善河道及周邊環(huán)境質(zhì)量，改善市民生活質(zhì)量，綠化市容，促進(jìn)社會(huì)和環(huán)境的良性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到有機(jī)統(tǒng)一。本文介紹了該項(xiàng)目的電氣及自控工程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的技術(shù)及措施可以為類似項(xiàng)目提供借鑒。