水廠電氣二次設(shè)備及其自動(dòng)化改造

劉 宗

（亳州市公用事業(yè)管理服務(wù)中心，安徽 亳州 236800）

引言

現(xiàn)階段我國(guó)所建設(shè)的水廠內(nèi)部，其各種設(shè)備形式比較特殊，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，且功能較多，這其中電氣的二次設(shè)備是極為重要的設(shè)備與設(shè)施?；谀壳拔覈?guó)水廠二次設(shè)備的使用情況分析，本身設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新能力的降低影響水廠的生產(chǎn)水平與質(zhì)量，且自動(dòng)化程度不高，很多設(shè)備年久失修伴隨著老化和耗損嚴(yán)重的問(wèn)題出現(xiàn)，并且還需大量的工作人員去維護(hù)這些老舊設(shè)備，無(wú)形之中會(huì)增加水廠的生產(chǎn)成本。因此二次設(shè)備的改造與升級(jí)便成為解決這些成本支出的重要手段，在其設(shè)備改造和創(chuàng)新期間，不僅可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，同時(shí)可在減少人力資源支出的同時(shí)，減少設(shè)備故障發(fā)生的頻次，在設(shè)備性能滿足生產(chǎn)需求時(shí)整個(gè)機(jī)組的效能也會(huì)全面提升，進(jìn)而保障水廠生產(chǎn)的穩(wěn)定與長(zhǎng)期運(yùn)行。

1 工程背景

1.1 水廠概況

本水廠在20世紀(jì)70年代所建立，因?yàn)槟昃檬蓿鞣N建筑物和構(gòu)筑物本身老化得十分嚴(yán)重，水廠本身的沙濾層已經(jīng)積累很多淤泥，對(duì)于水體進(jìn)行過(guò)濾時(shí)效果不佳。目前水廠內(nèi)的加藥系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備已經(jīng)失去了生產(chǎn)能力，加釩和加氨等操作依舊采取人工作業(yè)，精度低、可調(diào)節(jié)性差、可控性較差。沉淀池作業(yè)結(jié)構(gòu)和其工藝比較老舊導(dǎo)致在混凝劑加入后，其在每一千噸水單耗上已經(jīng)達(dá)到60~70 kg。這樣直接導(dǎo)致整個(gè)沉淀的出口渾濁程度已經(jīng)不符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但是整個(gè)水廠中的沉淀池?cái)?shù)量占據(jù)較大比例，大約為1/4，這樣會(huì)嚴(yán)重影響出廠水的質(zhì)量?，F(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備單體形式較多，互相缺少連接性，手動(dòng)控制成為其主要的控制方式，人工成本的增加導(dǎo)致信息采集十分困難，這對(duì)于后續(xù)水廠的發(fā)展和各項(xiàng)業(yè)務(wù)的決策都造成了極大的不良影響。

1.2 水廠電氣二次設(shè)備改造思路

整個(gè)改造分為兩個(gè)階段，第一階段所處理污水的設(shè)施占地工程指標(biāo)遠(yuǎn)低于建設(shè)部給出的指標(biāo)，在優(yōu)化和整合之后，保證能夠在有限的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)二次電氣設(shè)備的升級(jí)和改造，保障水廠的穩(wěn)定運(yùn)行。

在第二階段，新系統(tǒng)供水在完成一部分之后，拆除現(xiàn)有的南部設(shè)施，在原有的地址位置建設(shè)供水泵房和清水池等設(shè)施，并對(duì)泥水的排放系統(tǒng)進(jìn)行改造與升級(jí)，最終形成綜合性可處理25萬(wàn)m3/d的水體的水廠形式[1]。其在改造之后，各項(xiàng)二次電氣設(shè)備改造升級(jí)完成，水廠目前正處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，對(duì)于污水的處理效果也全面提升。并且出廠的水質(zhì)要優(yōu)于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體如表1所示?；谄涮幚砗透脑焐?jí)的效果，本文以此為基礎(chǔ)對(duì)其二次電氣及其自動(dòng)化設(shè)備的改造與升級(jí)做出具體措施分析。

表1 低溫期原水和出廠水水質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

2 水廠電氣二次設(shè)備自動(dòng)化改造的實(shí)際措施

2.1 預(yù)埋電纜管道

需要將電纜和管道的預(yù)埋工作實(shí)施在澆筑混凝土之前，并根據(jù)設(shè)計(jì)方案來(lái)保障電纜的敷設(shè)效率，本著“就近原則”來(lái)減少敷設(shè)與后續(xù)使用期間線纜所遭受到的磨損，對(duì)電纜和管道進(jìn)行保護(hù)。首先需要打磨管道口，等到管道口被打磨光滑之后再進(jìn)行整齊排放；其次需要保障在電纜管的接頭位置的密封性，不能使其發(fā)生漏漿的問(wèn)題，必須要使用套絲擰緊或者是焊接的方式來(lái)緊密接口位置。另外為了避免電纜中進(jìn)入各種異物造成電纜管堵塞，則需要在電纜口作密封處理，同時(shí)對(duì)于沉降縫的處理方法來(lái)講，需要采取壓扁的形式。最后，如果管道長(zhǎng)出地面墻位置，需要利用中間盒進(jìn)行管道的轉(zhuǎn)接，保障其長(zhǎng)度和施工效果滿足合同要求和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。

2.2 敷設(shè)與連接電纜

需要選擇經(jīng)驗(yàn)豐富和技術(shù)過(guò)硬的人員進(jìn)行電纜的敷設(shè)和連接作業(yè)，如果其連接和敷設(shè)的效果與相關(guān)規(guī)程不相符合，很容易導(dǎo)致系統(tǒng)故障。同時(shí)在新管道敷設(shè)前，需要保障對(duì)其進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)合設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格設(shè)計(jì)，這些都是保障后續(xù)電纜敷設(shè)安全與實(shí)用性的重要基礎(chǔ)。在新電纜敷設(shè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意以下問(wèn)題：

1）嚴(yán)格檢查與核對(duì)電纜的型號(hào)、規(guī)格和線盤以及保護(hù)層，各項(xiàng)數(shù)據(jù)必須符合設(shè)計(jì)要求；

2）嚴(yán)格檢查與核對(duì)電纜溝的深度、電纜之間交叉與平行的距離，各項(xiàng)數(shù)據(jù)必須滿足規(guī)程需求與要求[2]；

3）嚴(yán)格檢查敷設(shè)電纜的實(shí)際方法，并對(duì)線盤的位置進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)；

4）在實(shí)際施工作業(yè)中，為了避免所敷設(shè)的電纜出現(xiàn)交叉的情況，需在實(shí)際敷設(shè)之前作出科學(xué)的計(jì)劃與安排；

5）如果需要使用機(jī)械進(jìn)行電纜敷設(shè)，需要防止各項(xiàng)因素?fù)p壞電纜，如摩擦或者擠壓等，保障在施工后，可以存在伸縮有余的電纜形式；

6）施工人員還需要觀察電纜的彎曲半徑，如果半徑過(guò)小，很容易造成電纜的損壞，這也是施工作業(yè)期間常見的問(wèn)題形式。

2.3 安裝二次盤柜

在二次盤柜進(jìn)行安裝期間，需要嚴(yán)格按照基礎(chǔ)流程進(jìn)行安裝，以此來(lái)提升二次設(shè)備的安全轉(zhuǎn)性，減少這些二次設(shè)備故障發(fā)生的頻率，為后續(xù)維修工作的效率提升奠定基礎(chǔ)。整個(gè)安裝的過(guò)程包含刷防腐漆和下料以及基礎(chǔ)焊接等工作內(nèi)容，并且需要將端子箱和掛墻的動(dòng)力箱進(jìn)行固定，一般選擇膨脹螺栓進(jìn)行固定，保障所固定的盤柜高度和抹面層相差的高度在1 cm左右，進(jìn)而能夠查詢到各種基礎(chǔ)的誤差數(shù)據(jù)。

2.4 改造變頻柜

由于該水廠多年的老化問(wèn)題，需要在改造變頻柜期間需要拆除原有的老化電線和電氣設(shè)備，但是可以利用原有的空開和接觸器，其他的一些部件或者儀表需要全部拆除。然后將氧化程度較高的電氣接頭進(jìn)行處理，在壓接后可重新進(jìn)行下一步的改造工作。

該水廠中安裝變頻器為90 kWABB ACS510系列變頻器，變頻采取一拖二的供水方式，恒壓泵為75 kW水泵，如果當(dāng)該恒壓泵不能滿足供水需求時(shí)則采取45 kW的補(bǔ)壓泵在一定延遲后進(jìn)行軟啟動(dòng)，以工頻運(yùn)行，這時(shí)主泵自動(dòng)恒壓來(lái)控制出水的而壓力。相反如果出水壓力大于給定的壓力，這時(shí)補(bǔ)壓泵會(huì)推出供水操作。該補(bǔ)壓泵可以結(jié)合轉(zhuǎn)換開關(guān)從系統(tǒng)中分離出來(lái)，以此來(lái)單獨(dú)控制以工頻運(yùn)行，保障其在電氣設(shè)備發(fā)生故障期間能夠單獨(dú)的應(yīng)急向外供水。隨后結(jié)合遠(yuǎn)程通訊數(shù)據(jù)的連接，要求增加S7-200PLC、CP243-IT以太網(wǎng)模塊，觸摸屏設(shè)計(jì)。

2.5 增加主要電氣設(shè)備

在主要電氣設(shè)備增加期間，其包含PLC、模塊和變頻器等。原有的變頻器為ABBACS600系列，建議更換為上文所提到的90 kWABBACS510供水變頻器，提升供水的安全性和可靠性。PLC采取的是西門子S7-200系列的S7-214XP型PLC，增加一塊模擬量模塊，用于對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行采集，隨后增加一塊以太網(wǎng)通訊模塊完成數(shù)據(jù)、開關(guān)量信號(hào)和總站的對(duì)接工作[3]。

2.6 試驗(yàn)電氣二次設(shè)備

在電氣二次設(shè)備升級(jí)與改造期間，為了保障其設(shè)備的綜合性能滿足相關(guān)要求，需要組織相關(guān)技術(shù)人員和試驗(yàn)人員對(duì)其綜合性能進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。具體可從五方面入手：

1）保障試驗(yàn)前的各項(xiàng)工作內(nèi)容有效落實(shí)，如人員學(xué)習(xí)、工作原理的確定等內(nèi)容；

2）在整體試驗(yàn)設(shè)計(jì)中必須制定應(yīng)急方案和消防措施；

3）擔(dān)任試驗(yàn)項(xiàng)目的核心人員必須是具有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的研究人員，以此為基礎(chǔ)來(lái)保障全部工作流程科學(xué)可靠；

4）在試驗(yàn)過(guò)程中，全體人員需要嚴(yán)格結(jié)合相關(guān)操作規(guī)程做好記錄；

5）在整個(gè)試驗(yàn)結(jié)束之后，需要將實(shí)驗(yàn)結(jié)果上交到領(lǐng)導(dǎo)層，為后續(xù)施工方案的改進(jìn)與創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

基于相關(guān)案例背景的分析與研究，對(duì)目前水廠中電氣二次設(shè)備及其自動(dòng)化改造的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析，并以改造的出水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果作為本文數(shù)據(jù)支持，希望能夠給予相關(guān)人員一些參考，促進(jìn)水廠的穩(wěn)定與可靠運(yùn)行。