中小型污水提升泵站电气系统的设计

黄源

摘要：以国家规范规定为基础，结合多年的工作实践经验，从供配系统设计、主要设备选择、监控系统选用等方面，探讨中小型污水提升泵站电气系统的设计，为确保中小型污水提升泵站的安全性提供借鉴。

关键词：污水提升泵站；电气设备；设计；变压器

中图分类号：TM02 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0050-02

随着城市配套工程的不断完善，污水处理系统作为重要的基础设施工程，在很大程度影响城市整体环境。目前，水利部门加大黑臭河涌治理力度，截污纳管，雨污分流，收集污水并通过市政管网输送到污水处理厂。长距离输送中，通常利用污水提升泵站提升污水高程，提高污水处理系统效率。在污水提升泵站设计中，电气设计直接影响泵站的安全、稳定、经济运行。为此，根据国家规范规定，结合实践经验探讨中小型污水提升泵站的电气设计，为确保中小型污水提升泵站的安全性提供借鉴。

1 供配系统的设计

1.1 供电方式

污水提升泵站应根据泵站规模、地理位置及其重要性定义负荷等级。中小型污水提升泵站应为二级负荷，小容量或非重要的可适当降低要求。为保证供电可靠性，二级负荷的污水提升泵站可采用10 kV（或20 kV）双电源供电。小装机容量泵站可从电力系统接入0.38 kV电源作为主供电源，以柴油发电机为备用电源，其中柴油发电机应能承担泵站全部二级负荷正常工作。

1.2 电气主接线

主接线选择要遵循可靠性、灵活性和经济性。泵站主接线应根据泵站规模、负荷等级、水泵机组运行方式等实际工况确定。当采用双电源供电时，主供电源和备用电源应设置机械（或电气）联锁装置。中小型污水提升泵站主接线一般采用单母接线，当装机台数较多或采用多台变压器时，也可采用单母分段接线。变压器一般不宜超过2台。当采用2台及以上变压器时，需考虑变压器是否并列运行。并列运行变压器的各项参数应相同，包括容量、接线组别和短路电压。

2 主要设备的选择及设计

2.1 变压器的选择

泵站变压器应选用高效节能型，其容量根据泵站总计算负荷、水泵机组起动方式、运行方式确定。从节能角度考虑，变压器负荷率宜控制在0.6～0.7。现多采用S11和S13系列干式节能变压器。

2.2 高压开关柜的选择

当泵站变压器总容量≤630 kVA，选用XGN型固定式金属封闭环网开关柜，以及负荷开关加熔断器组合开关。当泵站变压器总容量>630 kVA，选用KYN型铠装移开式交流金属封闭开关柜，柜内配装手车型真空断路器，操作机构采用弹簧，操作电源为220 V直流电源。

2.3 低压开关柜的选择

开关柜选用GCL型或GCK型。进线端及各馈线回路开关应采用框架断路器或塑壳断路器。

2.4 电动机的选择

选用高效节能电动机，一般选用Y系列高效率电动机。电动机电压等级的确定，应以单机容量及技术经济性为标准，一般以200～300 kW为界。单机容量低于200kW时，选用低压电动机；单机容量高于300 kW时，选用高压电动机；单机容量在200～300 kW之间时，通过经济比较确定选择低压还是高压电机。小型污水提升泵站的单机装机容量不大，因此鼠笼式电动机的优势大于绕线式电动机。

2.5 电动机的起动方式的设计

中小型污水提升泵站一般选用低压鼠笼式电动机，其起动方式分为全压起动和减压起动。

电动机优先选用全压起动。若母线电压无法满足要求，应采用降压起动。降压起动有自耦变压器降压起动、星三角降压起动、软起动器降压起动等。随着科技的不断进步，软起动器起动方式的优势越来越明显，加之软起动器有体积小、转矩可以调节、起动平稳、控制简单、冲击小并具备软停机功能等优点，应用越来越广泛。需要调节流速的泵站，可采用变频器方式。

2.6 无功功率补偿的设计

无功功率补偿应满足当地电网要求。根据用电设备合理确定补偿方式，才能有效提高功率因数和电网电压质量，确保补偿技术经济合理、安全可靠。电网补偿后，功率因數不低于0.9。一般小型泵站采用变压器低压侧集中补偿。高压电机和单机容量较大、负荷平稳、经常使用的低压水泵电机，采用单独就地无功补偿。

无功补偿功率根据补偿前后的功率因数确定，计算公式为：

Q=P×（tanφ1-tanφ2） （1）

式中：Q为单泵所需补偿容量，kVar；P为单泵的装机容量，kW；φ1为补偿前的功率因数角；φ2为补偿后的功率因数角。

在实际工作中，电容器输出容量还受额定电压、平均运行电压、串联电抗器的影响，其计算公式为：

Qc=QN■■（1-K） （2）

式中：Qc为电容器的实际输出容量，kVar；QN为电容器的额定容量，kVar；UC为电容器的平均运行电压，kV；UN为电容器的额定电压，kV；K为串联电抗器的电抗率。

3 监控系统的设计

3.1 泵站监控系统

结合泵站规模、地理位置等条件，选择合适的污水提升泵站监控系统。中小型污水提升泵站可采用集中监控和现地监控相结合的方式，小型污水提升泵站可用现地监控方式。

集中监控设备布置在中控室，采用100 Mbps快速以太网技术，利用TCP/IP网络协议现场采集控制及各仪表信息，并通过双绞线或光纤传输到中控室上位机。现地监控以高性能PLC为核心，通过太网网口与集中监控的上位机进行通信。根据现场采集设备数量，确定采用现场总线形式与水泵保护装置、其他智能设备通讯。

现地监控设备布置在水泵机组附近。现地控制可分为现地手控控制和现地自动控制。现地手动控制一般在检修、试运行或应急等情况使用。现地自动控制PLC通过采集进出水池水位、水泵状态等参数，根据水位情况智能控制水泵起动或停止。液位采集由投入式压力变送器或超声波液位变送器实现。变送器把传感器采集的水位非电量信号转化成4～20 mA的标准电流信号，传送给PLC实现自动控制，多台水泵启停水位可由PLC编程设置。小型泵站现地自动控制也可通过浮球式液位开关实现。浮球开关通过液位浮球内部微动开关的通断自动控制。这种浮球开关安装简单、价格廉价。但每个液位点需要一个浮球开关，且一旦安装后，高度调整不方便。

3.2 视频监控系统

中小型污水提升泵站通过中控室集中监控时，泵站还应设置视频监控系统，保证现场安全。泵站运行过程中，应实时监视泵站运行情况。在泵站前池、泵室、管理区内设置若干摄像头，通过双绞线或光纤传输至中控室，供管理人员全面监控泵站及周边情况。

4 结语

在电气设计中，在满足规范和标准的情况下，应根据实际工况提升泵站设计质量。同时，结合现有的高新技术，设计完善安全、节能、高效、智能的中小型污水提升泵站。

参考文献

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