可行性研究阶段的污水处理厂电气设计

2021-02-11孙正且

中国新技术新产品 2021年22期

关键词：变电所接线处理厂

孙正且

（南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏南京 210008）

1 可研阶段的电气设计目标

污水处理厂可研阶段电气文件编制的主要目标为确定污水处理厂用电负荷等级、估算全厂用电负荷、确定变压器容量、确定外部供电电源和电气系统主接线方式等。

2 可研阶段的互提条件

可研阶段电气专业需要的其他专业条件：各单体工艺用电设备功率、综合办公楼建筑面积、总图布置方案。

可研阶段电气专业向建筑专业提供的条件：变电所及配电间位置及尺寸。

可研阶段电气专业向概算专业提供的条件：计算负荷、变压器容量、主要电气设备材料表。

3 可研阶段的电气文本内容

污水处理厂可研阶段电气专业文本应包括以下内容：供电电源、用电负荷、负荷性质、供配电系统、计量及测量、功率因数补偿、操作电源、继电保护设置、主要用电设备及启动方式、电气设备选型、新技术应用、变配电设置及布置、电缆敷设方式、照明设计原则、防雷与接地、火灾报警等[1]。

3.1 供电电源

农村污水处理厂可以采用一路电源供电，城镇污水处理厂应采用两路电源供电。当只有一路电源时，应自备柴油发电机组，发电机组宜随厂配备、固定安装。

污水处理厂的供电电源电压等级应根据其用电容量和当地供电网络现状确定，一般选择为10kV 或20kV。当设备容量较小且有条件接入0.4kV 低压电源时，可以采用0.4kV低压电源供电[3]。

3.2 用电负荷

中小规模污水处理厂内的用电设备电压均为AC220/380V，较大规模污水处理厂内可能存在6kV 或10kV高压鼓风机或水泵。可研阶段需要根据工艺专业所提设备用电条件，采用需要系数法估算出全厂计算负荷和二级负荷容量。

3.3 负荷性质

城镇污水处理厂的供电系统应按二级负荷设计，重要的污水处理厂内的重要部位应按一级负荷设计[2]。

农村污水处理设施供电可按三级负荷等级设计，重要地区的污水处理设施宜按二级负荷等级设计[4]。

3.4 供配电系统

污水处理厂应根据供电电源、变压器容量和数量确定电气系统主接线的接线方式。当一路10kV 电源供电时，10kV系统采用线路变压器组接线。当两路10kV 电源供电时，常用的系统主接线包括线路变压器组接线、单母线接线和单母线分段接线三种。

图1 为污水处理厂中常用的两种线路变压器组典型接线，其中接线一适用于变压器容量315kVA 以下的总变电所、使用油浸变压器且容量不超过630kVA 的分变电所、使用干式变压器且容量不超过1250kVA 的分变电所。接线二适用于变压器容量315kVA～630kVA 的总变电所、使用干式变压器且容量不大于1250kVA 的总变电所。

图1 线路变压器组典型接线

3.5 计量及测量

对线路变压器组接线，变压器容量在315kVA 以下时，采用高供低计方式；变压器容量在315kVA～500kVA 时，宜采用高供高计方式；变压器容量在630kVA 及以上时，应采用高供高计方式；对单母线和单母线分段接线带多台变压器情况，均应采用高供高计方式[5]。

电测量仪表的安装：变压器低压侧总进线柜安装三相综合电能监控仪，各配电房低压进线柜安装三相智能型电力仪表，各配电柜不小于63A 的出线回路安装三相数字式电能表，无功补偿柜及母联柜安装三相智能型电流表。

3.6 功率因数补偿

污水处理厂一般应在变电所0.4kV低压侧设静电电容器进行集中动态无功补偿，补偿后低压侧功率因数应达0.95以上。当存在高压电动机时，高压电动机宜采取就地无功补偿，补偿后功率因数不低于0.9。所有无功补偿装置宜采用成套装置，0.4kV 无功补偿装置应具有过零自动投切功能[5]。

3.7 操作电源

采用中置柜时，高压断路器采用真空开关、弹簧操作机构，其操作电源采用220V 或110V 直流操作电源，直流电源采用全密封免维护铅酸蓄电池成套装置。

采用环网柜时，高压负荷开关采用手动操作开关柜的方式，使用免维护、永久润滑的弹簧储能操作机构，具备扩展电动模块的功能，操作电源就地采用交流220V 电源。

3.8 继电保护设置

以10kV 系统为例，污水处理厂的高压侧继电保护一般设置如下：1）采用环网柜时，利用高压限流熔断器作为保护电器。2）进线断路器的作用是延时电流速断、过电流及延时失压保护。3）母联断路器的作用是充电保护。4）出线断路器的作用是电流速断、过电流及单相接地保护。5）变压器断路器的作用是电流速断、过电流、过负荷及单相接地保护。当为干式变压器时，增加温度保护；当为油浸变压器时，增加瓦斯保护和压力释放保护。

3.9 主要用电设备及启动方式

污水处理厂的主要用电设备有水泵、风机、搅拌机、推流器、污泥泵、加药泵、脱水机、格栅、输送机、电动调节堰门、刮泥机、吸泥机、电动阀门、电动闸门、电动葫芦、起重机等，其中功率较大的设备通常只有水泵和风机。

除工艺要求变频外，对功率在变压器容量15%及以上的电动机要进行启动压降计算，不满足时采取软启动方式。对功率低于变压器容量15%的电动机一般采取全压启动，但考虑“水锤”影响，建议对45kW 及以上的水泵采取具有软停止功能的软启动方式。

图2 单母线典型接线

3.10 电气设备选型

污水处理厂内的主要电气设备一般按以下选型。1）高压中置柜：采用金属铠装全密封中置移开式开关柜，断路器采用弹簧操作机构的固封式真空断路器；2）高压环网柜：间隔式金属封闭GIS 开关设备，采用负荷开关—熔断器组合电器时，严禁采用不带撞击器的组合电器；3）变压器：S12-M全密封油浸变压器或SCB12 箔绕组低损耗干式变压器；4）低压开关柜：MNS 抽屉式或GGD 固定低压开关柜。

3.11 新技术应用

污水处理厂是重大民生项目，电气设计应以安全可靠为前提，不采用未经证明的新技术。因此在以往的污水处理厂电气设计中，更多的是对环保节能新设备的应用，如更低损耗的新型变压器、更节能的LED 光源以及更环保的GIS 开关柜等。但随着国家对智慧城市、智慧水务的要求不断提高，污水处理厂的智能配电也必将成为趋势，我们应在以后的污水处理厂的电气设计中更多的利用智能配电设备、配电云监控等新技术，使污水处理厂更加智慧化。

3.12 变配电设置及布置

污水处理厂的变电所应在负荷的中心位置，一般与鼓风机房贴邻布置；采用就地表面曝气方式的污水厂变电所可单独布置，并应靠近曝气设备。当需要设有2 个及以上的变电所时，主变电所按以上方式布置，负责一级处理部分的用电；分变电所布置在脱水机房或尾水泵房，负责深度处理和污泥部分的用电。分期实施的项目，当二期容量较大时，应考虑分期实施分变电所。

3.13 电缆敷设方式

室内照明线路采用铜芯塑料线穿难燃PVC 管或钢管暗敷，室外池上照明线路采用电缆穿钢管沿走道板暗敷，室外道路照明线路采用电缆穿管埋地敷设。

室内电力线路采用电缆沿电缆沟支架或电缆桥架明敷，出电缆沟和电缆桥架后穿钢管沿墙或地暗敷。室外电力线路采用电缆沿室外电缆沟支架、电缆排管敷设，直埋电缆过路或与其他管线交叉时应穿钢管保护。

3.14 照明设计原则

对污水处理厂内的一般性厂房和相关辅助场所，均应设置正常照明。设置备用照明，确保工作的场所停电后，依然可以正常运行。设置安全照明，确保处于潜在危险中的人员所处的安全场所正常运行。设置疏散照明和疏散指示，确保人员安全疏散的出口和通道正常运行。污水处理厂内各建筑物内部照明的照度、功率密度及灯具效率等应满足相应国家规范的要求。特别潮湿的场所，应采用相应防护措施的灯具；有腐蚀性气体或蒸汽的场所，应采用相应防腐要求的灯具；多尘埃的场所，应采用防护等级不低于IP5X 的灯具；室外场所，应采用防护等级不低于IP54 的灯具；爆炸或火灾危险的场所，应采用相应防爆要求的灯具。

3.15 防雷与接地

对污水处理厂内具有2 区或22 区爆炸危险场所的建筑物，应按第二类防雷建筑物设计防雷措施。

对污水处理厂内的一般建构筑物均按预计年雷击次数确定其防雷等级，但综合办公楼及变配电所等含重要信息电子设备的建筑物一般至少按第三类防雷建筑物设置防雷措施。

防雷建筑一般利用设在屋面的Ф10 热镀锌圆钢作为接闪带，第二类防雷要求组成不大于10m×10m 或12m×8m 的网格，第三类防雷要求组成不大于20m×20m 或24m×16m的网格；防雷构筑物一般利用池顶金属栏杆作为接闪器，栏杆钢管壁厚应不小于0.5mm。建筑物宜将钢筋混凝土屋面、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线和接地装置。一般情况下应设不少于2 根专设引下线，当利用全部结构柱内钢筋作为自然引下线时，可不设专设引下线。

污水处理厂内的10kV 配电装置采用接地保护，0.4kV 系统接地型式采用TN-S 系统，接地电阻要求不大于4Ω，当信息系统接地与防雷接地共用一接地装置时，接地电阻应不大于1Ω。所有建筑物须做总等电位联结，室外构筑物须做局部等电位联结，采用不小于40mm×4mm 的热镀锌扁钢或走道板顶板钢筋作为等电位连接线。