污水处理厂电气优化设计

田再强，徐进

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300074）

1 污水处理厂及其电气系统概述

1.1 污水处理厂概述

污水处理厂的主要作用是将污染源排出的废水进行强化处理，使排出的水符合标准，从而提高用水质量，保护水环境。通常情况下，污水处理厂的处理方式可分为2种类型，即集中与分散处理，然后将处理后的废水直接排入城市管道或者水体之中。在废水的处理过程中，污水处理厂通常结合生物、物理、化学等处理方法进行污水处理，在保障污水处理最佳效果的前提下，节省投资运行费用一直是污水处理厂发展的目标。

1.2 污水处理厂电气系统

污水处理厂的电气系统主要由高电压与低电压的配电系统、电机、电缆、相关照明系统组成，这些组成部分也是污水处理厂氮气能源消耗的重要元件。

2 污水处理厂电气设计优化分析

2.1 变压器节能设计

变压器是污水处理厂电气系统中的重要设备，也是能源耗损较大的电气设备之一。变压器的整体结构主要由2种部件构成：铜质部件和铁质部件，其损耗特点主要表现在以下几个方面：（1）在负荷电流的影响下，变压器铜部件会在一定程度上损耗负荷电流，并且变压器的铜损耗与负荷电流成正比；（2）铁质部件的损耗，如铁芯带来的铁耗损等与负荷电流不存在比例关系。为了缓解污水处理厂的能源耗损问题，需要对其进行电气设计优化，在变压器方面常选用节能变压器代替原有变压器。节能变压器是指在空载状态下，负载损耗较低的变压器，在污水处理厂电气设计优化工作中，节能变压器的应用更好地发挥了系统的优化效能。现阶段，我国大多数污水处理厂采用干式变压器，其具有方便维护的优势。但是，与油浸式变压器相比，干式变压器具有空载和负载耗损大、承受过载能力差、造价高等缺陷，因此，油浸式变压器是优化设计中的重要选择之一。随着科学技术的不断进步与更新，油浸变压器已逐渐升级至S14、S13、S11等。与S9同容量变压器相比，国内生产的S14-M·RL立体卷铁芯油浸式变压器具有更节能的优势，主要表现为：空载损耗下降约54%、空载电流下降约89%、负载损耗下降约15%[1]，并且还在一定程度上降低了污水厂的投资成本和年运行成本，即S14-M·RL立体卷铁芯油浸式变压器采用的立体卷铁芯工艺，相较于叠片结构，该变压器减少了硅钢片及铜的用量，相应的损耗值、成本降低。

2.2 减少线路损耗

大量电缆的铺设对污水处理厂的正常运行发挥着重要的保障作用。但电缆自身也存在一定的电阻，且电阻大小与电缆的长度成正比，即电缆长度越长，相应的电阻越大，导致的电压损失也会增加，因此，大量电缆的使用也会耗损较大比例的能源。可见，减少电缆带来的损耗也是污水处理厂电气设计优化的重点内容。通常解决上述问题的最优化方案是对高低压配电房选址进行优化，减少电缆的使用，尽量将配电房设置在靠近负荷中心的位置。而在污水处理厂中，鼓风机、臭氧发生器等都是常见的大功率设备，为了减少这些设备的耗损，在电气优化设计过程中，可以考虑将配电房设置在臭氧发生车间及鼓风机房附近。因电缆能耗量与电缆长度有密切的关系，因此，进行电缆桥架、电缆沟走向优化设计时，应尽量选择直线铺设的方式，通过减少电缆长度对能源的耗损进行控制，同时，要对截面面积进行合理的选择，以达到降低额外损耗的目的。另外，为了减少电阻的损耗，电缆导体原料可以采用小电阻率的材质，从而实现降低能耗的目的。受污水处理厂自身工作性质的影响，其长期处于碱性的腐蚀环境中，为此，选择电缆时，还要考虑铜质材料的抗腐蚀性，从而延长电缆的使用年限。

2.3 电气控制设备的设置

污水处理厂电气系统设置的常用方法有以下2种：（1）现场设置，即在污水处理现场设置电气控制设备，此方法可以随时进行调整，具有一定的灵活性，还可以布置控制箱内的各种元件，为电气设备的检查与维护提供了便利。但该方法也存在一些缺点，即缺乏整体性，难以对控制系统进行整体控制。（2）集中设置，即对所有控制设备进行集中设置，该方法为电气自控系统的构建和运行提供了条件，同时，有利于设备的连接和管理，降低了设备检查与维修的难度，虽然该方法实现了设备的集中化，但如果出现故障，会导致整个污水处理系统的工作停止。对上述2种方法进行分析和研究，还是集中设置法比较好，尽管该方法存在一定的缺陷，但是该方法极大程度上减少了电缆的使用量，且集中管理比较方便，更具有优势，在污水处理厂的电气设计优化中可以采用该种方式。

2.4 照明设备的设置

照明设备是污水处理厂不可缺少的一种设备，该设备的设置通常是根据房间的实际情况和照明要求选择适宜的照明光源设备。在选择过程中还要注意功能性、经济合理性、节能性等方面的考虑，从而将照明设备的作用发挥到最大。一般情况下，污水处理厂由综合办公楼、附属建筑用房组成，其中，综合办公楼选用直管T5三基色荧光灯；附属建筑用房，一般包括泵房间、鼓风机、加氯间等，其环境比较潮湿，且房间空间较大，因此，需要选用金属氯化物灯或者弯杆壁灯。

3 污水处理厂的电气节能措施研究

3.1 电气设备和线路的节能措施

电气设备和线路是污水处理厂中的主要能耗来源，为了实现节能降耗的目的，需要采取一定的节能措施。其中，电气设备方面的节能措施为：根据污水处理厂的生产规模制订措施，通过提高电动机的功率与工作效率实现电动机的能源消耗，高效率电动机的应用是降低电动机电能耗损的重要手段。电气线路方面的节能措施为：选择合适的电线电缆，合理设计减少配电线路长度；选择合理的电线电缆的截面积，从而选择电阻率小的材质，进而减少电阻的消耗。

3.2 控制系统的节能措施

通常情况下，污水处理厂设备的实际运行额度比设备的设计运行额度低，可见，污水处理过程中能源利用率不高，因此，要采用智能化设备，提高资源利用率，保障设备高效、经济的运行。控制系统由软件、硬件组成，因此，需要其具有良好的兼容性，才能保障控制系统的广泛应用。为了满足污水处理厂的生产工艺和管理的要求及其优化，需要该系统具有一定的网络性、良好的开放性。

4 结语

综上所述，污水处理厂的电气设计优化，主要从变压器节能设计、减少线路损耗、电气控制设备的设置等方面进行，从而提高污水处理厂的工作效率。同时，还要采取一定的节能措施，真正实现污水处理厂的节能降耗。