污水處理廠多電源供配電系統(tǒng)方案設(shè)計
——以重慶中法唐家沱污水處理廠10kV 供配電系統(tǒng)為例

陳 建，陳 漸，陳陽剛

［1.中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司第九設(shè)計院，重慶 401121；2.華潤雪花啤酒（四川）有限責(zé)任公司成都分公司，四川 成都 610094］

1 背景介紹

污水處理廠作為城市發(fā)展過程中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護、城市居民安全健康生活的重要保障，而供電電源的安全可靠是污水廠正常運行的重要支撐。污水廠因建設(shè)分期或其他原因需要采用多路外線電源供電時，電源及配電方案應(yīng)保障污水廠正常生產(chǎn)運行和后期的用電安全。本文以重慶市唐家沱污水處理廠為例，對污水廠多電源供配電系統(tǒng)方案設(shè)計進行探討。

重慶中法唐家沱污水處理廠（以下簡稱污水廠）現(xiàn)狀規(guī)模為40 萬m3/d，污水廠建設(shè)共分為以下6 個階段：一期工程（2003 年）、二期工程（2005 年）、三期工程（2012 年）、污泥干化車間（2009 年）、提標(biāo)改造工程、加蓋除臭工程（2019 年）。

由于污水廠現(xiàn)狀電源無備用，且無法停電檢修，不能保障污水廠正常運行用電電源要求。受業(yè)主委托，由我院對污水廠電源外線及配電系統(tǒng)重新進行方案設(shè)計。要求外線電源按全廠用電負荷考慮，并預(yù)留滿足污水廠四期擴建和進一步提標(biāo)改造的用電電源條件；設(shè)計方案不得影響污水廠正常的生產(chǎn)運行。

2 電源現(xiàn)狀及存在問題

2.1 電源現(xiàn)狀

由黑石子110kV 變電站兩段母線引兩路10kV 專線“黑污Ⅰ”、“黑污Ⅱ”至污水廠現(xiàn)狀10kV 總配電間，作為污水廠一、二、三期工程主用電源，兩路10kV 電源同時運行。供電線路敷設(shè)方式采用同桿雙回架空敷設(shè)，部分區(qū)域為電纜埋地敷設(shè)。其中架空部分采用185mm2鋁絞線，長度約5km；埋地部分采用300mm2高壓電纜，長度約2km，經(jīng)復(fù)核最大能承擔(dān)的用電負荷約7016kVA。

由勝利花園開閉所引一路10kV 電源至污水廠提標(biāo)改造工程高壓配電間作為提標(biāo)改造工程主用電源，備用電源由原污水廠10kV 高壓配電系統(tǒng)新增出線柜提供。電纜規(guī)格采用240mm2高壓電纜，線路長度約4km，經(jīng)供電公司反饋開閉所實際可提供負荷容量約3000kVA。

污水廠自建有一臺尾水發(fā)電機組，裝機容量為800kW，通過一回10kV 電纜出線接至污水廠二期鼓風(fēng)機房配電間10kV 母線。

2.2 存在問題

（1）污水廠現(xiàn)狀電源無備用，且“黑污Ⅰ”、“黑污Ⅱ”無法停電檢修，發(fā)生故障時不能保障污水廠正常運行用電電源要求。

（2）據(jù)運行單位反饋，因城市道路建設(shè)，現(xiàn)狀埋地段電纜多次被挖斷，電纜中間接頭較多，載流量下降。

（3）現(xiàn)狀10kV 總配電間設(shè)備已運行近20 年，運行時間長，存在故障隱患。

2.3 現(xiàn)狀污水廠10kV 電源及配電系統(tǒng)主接線圖及10kV 配電間分布圖

（1）現(xiàn)狀污水廠10kV 電源及配電系統(tǒng)主接線圖，如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)狀污水廠10kV 電源及配電系統(tǒng)主接線圖

（2）唐家沱污水廠總圖及現(xiàn)狀10kV 配電間分布圖，如圖2 所示。

圖2 唐家沱污水廠總圖及現(xiàn)狀10kV 分配電間分布

3 電源及配電系統(tǒng)方案設(shè)計

3.1 負荷等級

根據(jù)《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）第7.1.11 條規(guī)定：污水廠的供電系統(tǒng)，應(yīng)按二級負荷設(shè)計。重慶市唐家沱污水廠設(shè)計處理規(guī)模40 萬m3/d，屬城市重要污水處理工程，若中斷供電，將給城市環(huán)境、居民生活造成嚴(yán)重影響。為保證污水廠連續(xù)、可靠地運行，確定唐家沱污水廠設(shè)計電源負荷等級為二級負荷[1]。

3.2 負荷計算

污水廠用電負荷按建設(shè)先后順序、負荷分布情況及現(xiàn)狀電源配電方式分兩個部分進行計算，其中一、二、三期工程及污泥干化處置工程為一部分，提標(biāo)改造工程及加蓋除臭工程為另一部分。

（1）污水廠一、二、三期工程用電負荷如表1 所示。

表1 一、二、三期工程用電負荷統(tǒng)計

（2）污水廠提標(biāo)改造工程用電負荷如表2 所示。

表2 污水廠提標(biāo)改造工程用電負荷統(tǒng)計

（3）計算結(jié)果。根據(jù)唐家沱污水處理廠用電負荷統(tǒng)計表可知，目前污水廠一、二、三期工程用電負荷：10635kVA；提標(biāo)工程及加蓋除臭工程用電負荷：2630kVA。唐家沱污水廠總安裝負荷：19610kVA（14350kVA+5260kVA），總用電負荷為：13625kVA（10635kVA+2630kVA）。

3.3 電源及供配電方案設(shè)計

結(jié)合唐家沱污水廠周邊電源位置關(guān)系圖及相關(guān)資料，污水廠周邊電源情況，均按埋地敷設(shè)計算長度。

（1）黑石子110kV 變電站：距離污水廠約7km。

（2）慶坪110kV 變電站：距離污水廠約6km。

（3）太平?jīng)_110kV 變電站：距離污水廠約3km（未建成，投運時間未知）。

根據(jù)污水廠周邊變電站的位置、現(xiàn)狀污水廠電源及實際運行情況進行分析，本項目最終選擇了3 種供電電源及配電系統(tǒng)方案中的第一種，具體如下。

污水廠外線電源電壓等級采用10kV，申請容量為13625kVA。由慶坪110kV 變電站引兩路10kV 電源，作為污水廠主用電源，現(xiàn)狀“黑污Ⅰ”“黑污Ⅱ”兩路外線電源檢修后作為備用電源。新建污水廠10kV 開閉所（利用污水廠現(xiàn)狀車庫改建），四路電源均接入污水廠新建10kV 總配電專用開閉所，“慶坪Ⅰ路”與“黑污Ⅰ”互為備用；“慶坪Ⅱ路”與“黑污Ⅱ”互為備用。完成后以污水廠10kV 總配電開閉所為中心，采用放射式配電方式，至污水廠現(xiàn)狀污水廠三個10kV 配電中心（進水提升泵房10kV 配電中心、鼓風(fēng)機房10kV 配電中心、提標(biāo)工程及除臭工程10kV 配電中心）。同時，考慮兼顧污水廠遠期發(fā)展，新建10kV 總配電開閉所預(yù)留遠期擴展柜位。

污將水廠現(xiàn)狀總負荷（運行負荷）13625kVA 按現(xiàn)狀運行方式分為三個10kV 分配電中心：分別為現(xiàn)狀進水提升泵房10kV 配電室（3315kVA）、現(xiàn)狀鼓風(fēng)機房10kV 高壓配電室（7680kVA）和提標(biāo)工程10kV 高壓配電室（2630kVA）。電源均由新建污水廠10kV 總開閉所出線回路提供，現(xiàn)狀配電系統(tǒng)沿用。

新建電源實施后，原勝利花園開閉所出線電源可根據(jù)需要申請停用，提標(biāo)工程電源由新建10kV 總配電間出線。

新建慶坪變電站兩路10kV 電源電纜要求選用：ZR-YJV22-8.7/10kV-3x400，具體路徑及敷設(shè)方式以設(shè)計勘察結(jié)果以及政府規(guī)劃部門最終批復(fù)為準(zhǔn)。

污水廠10kV 電源及配電系統(tǒng)主接線圖如圖3所示。

圖3 污水廠10kV 電源及配電系統(tǒng)主接線圖

污水廠新建10kV 開閉所平面布置圖（利用污水廠現(xiàn)狀車庫改建），如圖4 所示。

圖4 污水廠新建10kV 開閉所平面布置（利用污水廠現(xiàn)狀車庫改建）

本方案經(jīng)污水廠運行單位、水務(wù)集團分別組織專家進行評審，最終采用推薦方案（方案一）作為唐家沱污水廠電源外線及配電系統(tǒng)最終實施方案。項目實施后現(xiàn)場照片，如圖5、圖6 所示。

圖5 項目實施后現(xiàn)場照片（左側(cè)）

圖6 項目實施后現(xiàn)場照片（右側(cè)）

4 結(jié)語

唐家沱污水處理廠新建10kV 電源外線工程及總配電中心建成投用一年多以來，污水廠供電可靠性大幅提高，運行穩(wěn)定，得到了業(yè)主單位一致好評。

城市大型污水處理廠的供配電系統(tǒng)具有總負荷容量大，用電設(shè)備多，廠區(qū)面積大，涉及多個分配電中心，變配電系統(tǒng)復(fù)雜等特點。設(shè)計時應(yīng)結(jié)合城市公共電網(wǎng)的實際情況，工藝流程的需要，并進行詳細的負荷計算，合理分配各分配電中心負荷容量，盡可能優(yōu)化變配電系統(tǒng)方案，確保污水廠整個供配電系統(tǒng)的可靠性、安全型和經(jīng)濟性。