污水处理厂改扩建工程的电气设计分析

2024-05-07彭铮铮

电气技术与经济 2024年4期

彭铮铮

（华东勘测设计研究院有限公司）

0 引言

城市化进程的加快以及人口增长，城镇污水的产生量不断增加，对城镇污水处理的需求不断增加。对现有的污水厂进行改扩建，从而增加其污水处理能力，不仅可以有效处理新增污水，还可以节省建造新的污水厂资金。随着环境意识的增强和对水资源的重视，对污水处理质量的要求也越来越高。改扩建污水处理厂可以引入先进的处理技术和设备，提高污水处理的效率和质量，确保处理后的污水水质更好，从而更好的保护水资源。此外，污水中还含有一定量的有机物和营养物质，如果能够通过适当的处理，可以将其中的有机物转化为能源或者用作肥料。综上所述，对污水处理厂进行改扩建，不仅可以增加污水处理量，提高污水处理后的水质，还可以回收有用的资源，因此对污水厂的改扩建具有必要性［1］。

1 改扩建工程电气设计的关键点

电气设计是污水处理厂改扩建工程的一个关键环节，需要综合考虑各种因素，确保设计的安全性、合规性和可操作性。

（1）在了解竣工资料的基础上，需要进行现场踏勘，了解污水厂配电系统实际运行情况和运营单位对配电系统使用情况的反馈。这包括检查原配电系统的变压器容量、备用电源容量、出线柜备用回路数量及容量、厂区室外电缆沟走向、污水厂运行过程中配电系统不足之处等。其中要着重核对电气竣工图的准确性，为接下来的改扩建工程提供依据，从而确保改扩建项目设计的进行。

（2）根据《室外排水设计标准》GB 50014-2021中7.1.11条规定：污水处理厂的供电系统应为二级负荷，故污水厂改扩建项目的用电负荷应按二级负荷设计。因此需要统计全厂的新老负荷总容量，从而确定扩建后变压器容量及市政10KV电源的容量，据此和供电局协商污水厂的供电方案，确保污水厂的常用电源和备用电源都能为污水厂提供足够的电源，确保污水厂的稳定运行［2］。

（3）在变配电系统的设计中，需要考虑如何将新设的电气系统与原有电气系统结合为一个安全和可靠的整体，确保改扩建后，整个污水厂电气系统的稳定运行。

（4）在改扩建过程中，需要根据实际的配电系统情况，灵活、合理的设计改扩建后的配电系统，尽量减少改扩建项目施工过程对原有用电设备的影响，保证污水处理厂的正常运行。

（5）新老电气系统的运行方式及使用方法应尽可能统一，方便操作员尽快熟悉新的电气系统，便于其操作。

（6）在设计电气系统的配电级数时，一般宜在二至三级范围内。过多的配电级数可能会增加系统的复杂性和维护成本，因此需要合理确定合适的配电级数。

（7）应根据新老用电设备的分布及各个区域用电量来确定是否要新增变配电所，若要新增变配电所，则要确保变配电所尽量接近或深入负荷中心，以降低线路的电能损耗和电缆的消耗量，提高电能质量和节省投资资金。同时，还需要考虑污水处理厂的远期发展规划，在变配电所内预留一定的电源容量及空间以便远期扩容。

（8）如果原有电气设备的运行情况良好，可以尽量利用原有的电气设备，避免不必要的改造投资，节省投资资金。

（9）配电设计方案要符合相关的国家规范，并且要和工艺及其他专业协调和配合，确保设计的安全性和合规性。

2 改扩建项目用电负荷介绍

2.1 负荷等级以及改扩建项目用电设备特点

2.1.1 负荷等级：

根据《室外排水设计标准》GB 50014-2021中7.1.11条规定：污水处理厂的供电系统应为二级负荷，因此要保证改扩建后污水厂的供电系统为二级负荷。

2.1.2 扩建项目用电设备特点：

污水厂改扩建项目的用电设备特点主要体现在以下几个方面：（1）污水处理设备的增加：改扩建工程通常会增加污水处理厂的处理规模，增加新的处理工艺，因而增加各种新的污水处理设备，从而导致用电负荷增加。（2）需对现有污水处理设备进行拆除及更换：改扩建工程通常会对原有的工艺进行维护及优化，故需拆除一些老旧设备或对原设备换新，因此在统计厂区总负荷时，需考虑原有设备用电负荷的增减情况。（3）工艺设备对电网的影响：随着节能概念的深入人心，越来越多的工艺设备采用变频控制，因此这些设备会产生高次谐波，会对电网产生污染，对电能质量影响巨大。在预算充足的前提下，可以在改扩建工程中增加有源滤波器，改善电网质量［3］。

2.2 负荷容量计算

污水厂的改扩建工程往往需要对现有变配电所进行升级改造，故需要重新计算改造后全厂的负荷容量。负荷计算结果会影响到变压器是否需要更换以及新变压器的容量选取，故在负荷计算时要注意一下几点：1）使用最大同时运行负荷进行计算校验：在负荷计算过程中，应根据工艺专业提供的工艺运行时续表确定各个工艺处理单元中的最大同时运行负荷，确定真实、准确的用电需求。2）考虑大型工艺设备的开启台数：对于鼓风机、提升泵等大型工艺设备，应根据污水厂运行时需开启的最大台数来计算负荷，保证配电系统能够应对最高负荷的情况，确保污水厂的稳定运行。3）注意拆除设备及停用设备对负荷计算的影响：扩容改造过程中，常常会将某些工艺单元中部分用电设备拆除、停用或者减少使用时间，因而在计算用电负荷时要考虑这些设备。即需在负荷计算表中要删除拆除或停用设备的功率，以及对于减小使用时间的用电设备，在计算时要适当的降低其需求系数［4］。

3 合理设置变配电站

本章节以《建德市城东污水处理厂三期工程》为例，此项目在一、二期工程部分工艺处理单元升级改造的基础上，另外新建三期工程，将污水处理能力从4.9万m3/d扩大至7.9m3/d。目前污水厂变配电间状况为：一个高压配电间，2个低压配电间。从电气方面考虑，该项目变配电站设计时需注意如下几点：

1）在改造过程中，尽可能的减少停电时间。该污水厂为建德市最重要的污水厂之一，一旦其停止污水处理，则会影响整个区域的污水处理，可能产生严重的环境问题，且需要长时间的重新调试运行。故改造过程中只允许短时间的临时停电。

2）尽可能的利用现有的配电系统，减少投资。

3）新设的变配电间尽量接近或深入负荷中心，以降低线路的电能损耗和电缆的消耗量［5］。

综合考虑上述要求，该项目的配电系统改造如下图1所示：

图1 改造后的全厂高低压配电系统图

根据此配电系统图可归纳为以下三点：

1）保留现有的高压配电间及2个低压配电间。

2）新建一处高配间，用作整个厂区的10kV电源的供电中心，10kV电源容量按全厂总负荷容量考虑。为保证二级负荷供电，选择两路高压10kV电源进线，每路高压10KV电源都可以承担全厂全部负荷的用电。当新高配间建成后，将一、二期工程变配电房10kV电源改由新建高配间的高压出线柜引接。采用该方案后，在新配电间及其高压配电柜安装完成后，再敷设新配电间到现有高压配电间的10kV电源电缆，则一、二期污水处理设备只会在现有高配间进线柜更换10KV进线电缆时短时间内停电。此停电时间极短，对整个污水厂影响极小。

3）新建两个低压配电间，一个低压配电间设置于鼓风机房旁，另外一个设置于污泥综合处理车间内。作为三期工程中用电负荷最大的两个单体，在其附近设置配电间，既可以有效的减少了线路的电能损耗，又可以减少了电缆的使用量，从而减少投资。