污水处理厂电气设计方案和对策.docx
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污水处理厂电气设计方案和对策
污水处理厂电气设计方案
5.9.1.设计范围
本工程设计范围主要内容有：
厂内供配电设计、电气控制设计、照明设计、导线敷设设计、防雷接地设计。
5.9.2.供电电源
为保证污水处理厂连续、可靠地运行，该污水处理厂电源负荷等级为二级，要求由两个独立电源供电，而且须做到在电力线路常见故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复，并确保应急情况下的供电。
根据资料，本工程此两路10kV电源为一用一备，每路电源均能承担全厂负荷的100％运行，分别来自牧马山变压站和临港变电站，根据当地的实际情况，还设置柴油发电机组作为安保备用电源。
本工程已经完成一期一阶段高压供配电的设计建设，一期二、三阶段不再单独增加高压馈电柜及高压设备。
除已经完成1#市电的建设，2#市电及安保电源政府相关部门已经按照电业局具体要求正在实施，不在本次电源设计范围。
本次供电电源的设计范围为从低压母线引出电源至二阶段低压配电屏柜或设备。
5.9.3.负荷计算及变压器容量选择
本工程用电负荷分为工业动力负荷和辅助照明负荷两大类，主要动力设备负荷为鼓风机及泵类负荷。
主要动力设备负荷量按照轴功率法计算；其余机械设备负荷量采用需要系数法计算；辅助照明负荷及办公用电负荷按单位建筑面积用电指标计算。
污水处理厂主要用电负荷分布在鼓风机房、污水提升泵房、生化池、污泥浓缩脱水间等，另有其它生产用电及办公用电。
设备均为低压（380/220V）负荷。
本工程负荷计算结果见下表：
序号
设备名称
安装位置
装机容量
（KW）
使用功率（KW）
有功
Pjs（KW）
无功Qjs（Kvar）
视在
Sjs（KVA）
备注
1
提升泵
提升泵房
135
90
94.7
51.1
107.7
2
细格栅
沉砂池
1.5
1.5
1.6
0.9
1.8
间隙
3
刮砂桥
沉砂池
6
6
6.3
3.4
7.2
间歇
4
搅拌器
厌氧区
11
11
11.6
6.2
13.2
5
推进器
缺氧区
15
15
15.8
8.5
17.9
6
回流泵
好氧区
30
20
21.1
11.4
23.9
7
回流泵
污泥泵房
45
30
31.6
17.0
3
8
吸泥机
沉淀池
3
3
3.2
1.7
3.6
9
鼓风机
风机房
320
160
168.4
90.9
191.4
10
脱水机
脱水机房
12
12
12.6
6.8
14.4
11
污泥泵
絮凝反应池
6
6
6.3
3.4
7.2
间歇
12
污泥泵
污泥泵房
6
6
6.3
3.4
7.2
13
仪表其它
厂区
5
5
5.3
2.8
6.0
14
照明
厂区
10
10
10.5
5.7
12.0
夜间
16
备注：
电机效率按照95％计算，功率因素按照0.88计算
一期一阶段工程已经建设有两台400KVA干式变压器，采用低压侧集中无功功率补偿，一期1.98万吨月实际消耗的最多能耗为：
18万KWH，平均消耗有功为250KW，最大消耗功率约为320KW，约有80KW剩余。
一期二阶段和三阶段与一阶段共用变压器，采用低压无功集中补偿和负荷均衡分布，一期共需要的功率擦为最大需要功率为715KW，加之采用干式变压器，可以长时间满负荷工作和短时间过负荷，因此可以不考虑对变压器增容，利用现有变压器满足5万吨/日生产的供电，变压器负荷率约90％，平均负荷负荷率为80％。
由于一期一阶段设计时仅考虑一阶段电气设备无功补偿，补偿功率能力有限，因此在增加馈电柜的同时需对无功补偿能力进行增加。
5.9.4.供配电系统
污水处理厂的配电电压等级为二种：
l0kV、380/220V。
1）10kV配电系统。
本次工程不涉及10KV配电系统的增加或修改，无新增设计内容。
2）在鼓风机房旁设10kV/0.4kV馈电屏。
0.4kV低压配电系统已经采用单母线分段结线，中间设母联开关（不自投），正常工作时，母联开关分闸，二台变压器分列供电。
当一台变压器发生故障或检修时，由另一台变压器供电，此时必需切除部分不重要的低压负荷以免变压器过载。
断开母联及进线开关，可分段检修母线。
站内设置一台柴油发电机组，可满足在市电断电的情况下全厂的设备运行。
柴油发电机手动启动。
柴油发电机进线断路器和两台变压器低压侧的低压断路器设置电气联锁，市电断电且两台变压器低压侧的低压断路器均断开后，才能闭合柴油发电机进线断路器；市电来电时，需先断开柴油发电机进线断路器，才能闭合变压器低压侧的低压断路器。
本次设计涉及新增两段可与已有系统匹配的馈电柜，两段分别接入已有配电系统两段，设备分别由两段馈电柜供电，在设备分配上尽量实现同等级别功率设备在两段配电柜均衡分布。
3）配电方式：
低压采用放射式电缆配电。
至各主要构筑物二级配电系统的动力电源一般均为二路，分别由两段低压母线各馈出一路电源，一用一备，以保障二级配电系统的可靠和安全。
5.9.5.电力计量及功率因数补偿
1）电能计量采用高供高计，照明和动力在低压侧分别计量，10kV电源进线处已经设置专用计量柜，作为商业计量。
为了便于今后业主管理上的需要，对主要大功率电机及至污水厂各主要建筑物的馈电线路均设置计量表计。
2）污水处理厂的自然功率因数比较低，通过计算表明，其值低于0.90，不能满足供电部门的要求。
因此，本工程需要对功率因数进行补偿，以提高系统的功率因数，并减少系统的线路损耗和变压器损耗。
0.4kV负荷补偿方式采用低压侧集中自动补偿。
补偿后的功率因数可达0.92以上，若已经建设部分的补偿容量不足，可采用在已有电容柜并联分支增加补偿容量。
5.9.6.变配电室设置
根据全厂用电负荷及其分布情况，本工程设10kV配电站一个；10kV/0.4kV变配电中心站一个。
1）存鼓风机房旁设10kV配电系统一个，主要设备有：
10kV金属铠装移开式中置开关柜、高频开关直流电源装置及电站综合自动化系统等。
向两台500kVA/10kV/0.4kV变压器配电。
2）在鼓风机房旁设10kV/0.4kV变配电站一座。
主要设备有：
500kVA/]0kV/0.4kv变压器二台、组合式低压柜、低压自动补偿装置、柴油发电机组等。
负责全厂的低压配电。
3）在反冲洗房及脱水机房各设0.4kV配电间。
主要设备有：
组合式低压柜。
其中反冲洗房配电间负责向滤池及反冲洗系统二级配电，脱水机房负责向脱水系统配电。
各变配电站的布置特点是：
整体布局合理，交通方便；
靠近负荷中心，进、出线方便，线路损耗小；
建筑物之间的电气线路比较简洁；
系统功能明确，靠近用电设备，便于维护管理。
5.9.7.主要设备选型
设备选择是一项非常重要的工作，应以先进、可靠、适用的原则来选择设备，同时也应注意结构新颖及经济上的合理性。
10kV高压开关柜：
采用中置式金属铠装移开式高压开关柜。
主开关采用真空断路器，弹簧操作机构，操作电源DC220V。
具有性能优越、可靠性高、操作容易方便等特点。
低烟配电柜：
采用组合式柜。
组柜简单，助能分隔明确，接线简单，可靠性高，便于操作维护，美观大方，档次较高。
变压器：
采用干式变压器，具有工作稳定、效率高、体积小、机械性能好、免维
护、低噪音、低损耗等特点。
直流电源屏：
采用高频开关免维护型（双电池组）直流电源装置，电压等级DC220V。
非标就地控制箱选用防腐全绝缘箱体，外壳防护等级最低要求为：
户内IP2X，户外IP5X。
L0kV配电站采用电站综合自动化系统和微机综合保护器。
上述设备的配套性以及今后的运行管理比较有利，由于大多数为免维护产品，这就大大节省了日常维护、保养的工作量，并具有寿命长、可靠性高、技术先进的特点。
5.9.8.控制与保护
1）单机容量大于或等于45kW的低压较大型电动机设备采用软起动方式，其余低压小型电动机采用直接起动方式。
2）采用技术先进、安全可靠的自动监测和控制方式，实现全厂内各主要用电设备的现场就地手动控制与PLC自动控制。
二者可以通过设于机旁的手、自动转换开关进行选择。
手动控制主要用于设备的检修和调试，也可作为生产过程中临时、应急操作手段；正常情况下，由PLC自控系统根据工艺流程要求实现自动控制。
3）电动机保护
普通电动机：
设短路、过负荷及缺相保护；
大容量电动机：
设短路、过负荷、缺相、温度及接地保护；
潜水电动机：
设短路、过负荷、缺相、温度及渗漏保护；
阀门电动机：
设短路、过负荷、缺相及过力矩保护。
5.9.9.照明
在保证照度的前提下，优先采用高效节能灯具和使用寿命长、光色好的光源，以降低能源损耗和运行费用。
室内照明以高效荧光灯为主，厂房内一般采用防腐型单灯混光型灯具，配电间、总控制室等需要场所设应急照明灯具。
室外照明采用高效投光灯及庭院灯作为主要照明灯具。
灯具形式与建筑物风格和厂区绿化环境相谐调，营造良好的光环境。
5.9.10.防雷接地
本工程防雷均按三类建筑物设防，为此在建筑物易受雷击部位采用避雷带进行保护。
变配电室其防雷接地系统采用共用接地体方式，其接地电阻要求小于1欧姆。
为了防止直击雷及感应过电压的侵害，变配电间低压母线均装设防雷装置。
本工程380/220V侧采用TN—S制接地系统，二级配电距一级配电的距离超过50m时发重复接地装置，重复接地电阻不大于10欧。
对于照明、插座、热水器、手握式等电气设备设置漏电保护开关，以进一步提高安全性。
全厂各建（构）筑物的接地装置与变配电站的接地装置借助于厂区电缆沟内的通长接地扁钢或电缆保护钢管焊接成一体，作等电位连接。
5.9.11.电缆敷设
低压配线则采用YJV-0.6/lkV系列电缆，污水厂电缆主要采用电缆沟及电缆桥架敷设方式。
5.1．综合自动化系统
5.10.1.自动控制系统的设计原则和基本构思
多数现场是按照无人值守的标准进行设计的，考虑到生产过程的重要性，也可适当安排人员进行值班和巡视。
系统配置采用成熟技术，产品设计选型符合国际工业标准，可靠性高、适应能力强、扩展灵活、操作维护简便；系统平台软件选用稳定安全的主流操作系统，便于系统使用和维护；管理软件、监控软件、现场控制软件的编制均选择符合国际软件业标准的开发平台，同时考虑用户开发的方便性和易于扩展性。
5.10.2.控制系统的结构和组成
自动化系统分为两个层次：
设备监控层和管理层。
1.设备监控层包括两个子系统：
·生产过程自动化及仪表控制子系统
·全厂闭路监控及安保子系统
生产过程自动化及仪表系统对全厂流程进行自动控制，对过程参数、设备工况、能耗物耗进行自动检测，实现生产现场的无人值守。
闭路监控系统对生产现场设备工况和厂内重要场所进行全天候自动监视，在异常情况下自动报警和自动录像。
子系统的实时数据自动进入全厂的数据库管理系统。
2.管理层计算机网络系统
管理计算机网络系统采用高速/快速以太网技术，通过覆盖全厂的综合布线系统，为全厂搭建了一个高速的信息交换平台，使全厂的生产过程信息、管理信息能够快速到达全厂各个信息点终端，使生产操作及管理人员能在最短的时间内掌握全厂的生产情况。
5.10.3.生产过程自动化系统
自动化系统的设计以安全、可靠、经济实用为原则，在进行充分的技术经济比较的基础上，选择具有行业内先进水平的软硬件产品。
系统设计时考虑工程的分期实施情况，系统具有一定的开放性和可扩展性。
1．系统结构
根据泵站设备和功能相对集中的特点，控制系统选用目前国内外外行业中成功运用的基于可编程序控制器（PLC）的集散型控制系统，它具有“分散控制、集中管理、数据共享”的特点。
集散系统的分布式系统结构保证了控制系统的稳定可靠和易于扩展，自律性极强的PLC子站单元可完成参数采集、设备控制、图形显示，也提供友好的人机操作界面，同时PLC的联网能力使各站点之间能方便可靠地传递控制参数和状态信息，模块化设计使之可以灵活配置和适应不同的网络结构。
根据污水厂的生产管理、工艺流程和构筑物位置分布特点，分别设置管理、监视及控制站点。
全厂控制系统分为两个部分：
中控室集中监控管理和现场控制站。
中央控制室主要设备在一期一阶段已经建设完成。
现场控制站：
一期一阶段已经建设了污水处理控制站1#PLC，1号站已经预留了预处理等公共部分未安装一期二阶三阶段段设备的引入接口，扩建工程公共部分新增设备原则上接入1#PLC站，通过完善PLC软件实现由监控计算机控制。
一期扩建工程的生化池、沉淀池、絮凝反应池等设备由新增2#PLC接入。
新增2#PLC以光纤作为传输介质，接入一期一阶段已完成建设的环型工业以太网，保证网络的可靠性、安全性，数据通讯准确性和及时性。
新增的低压配电系统的综合保护测量单元通过其后台机直接接入工业以太网将信号引入控制室。
现场控制站设置触摸屏或汁算机作为就地人机交互接口HMI，操作人员可对该控制站监控范围内的设备进行就地集中控制，或在中控室授权后就地更改设定本站的工艺控制参数。
2．中央监控主站（MOP）
利用已经建设的中央监控主站完场2#PLC站接入信号的管理，对新增功能通过修改完善软件实现。
主要完成以下功能：
（1）实时监控；
（2）用于管理和存储数据；
（3）用于与现场2#PLC通讯；
（4）报表打印和事故报警；
（5）设备状态记录和提醒；
（6）过程数据的处理；
（7）事件记录和提醒，事故的报警和记录；
3．现场控制站2#PLC站
根据工艺过程的相对独立性和设备的实际物理位置设置触摸屏应急时人机对话，并对本控制站接入的现场仪表供电，流量计由屏内UPS直接供电。
UPS采用在线式低噪声不间断电源。
监控范围：
生化池、污泥泵井、终沉池、絮凝反应池，流量渠等等构（建）筑物的设备及仪表。
主要设备：
2#PLC站的主要设备是用于自动控制、工艺参数采集和网络连接的PLC系统，包括CPU模块、电源模块、DI、DO、AI、AO模块和各种网络通讯接口适配器等；一台现场显示触摸屏：
电源、信号防雷器以及各种隔离器。
5.10.4.在线检测仪表
1．概述
为了及时准确地掌握进出水水质及其变化过程，监测和控制水处理流程的各个生产环节，改善操作坏境，提高管理水平，全厂仪表设计和选型遵循以下原则：
·能准确、全面的反映污水厂水质参数和水量情况；
·能准确、全面的反映污水厂的水处理效果；
·检测参与控制的各种水质参数和物理参数；
·电磁流量计选用国内实际运行可靠、性能稳定的产品，其他过程仪表和水质分析仪表引进国外优质产品：
·仪表的选择要进行详细的技术经济比较，充分考虑备品备件的价格和仪表维护费用的差异；
2．仪表清单
表6-3仪表清单
序号
名称
安装位置
规格及性能
单位
数量
1
超声波液位计
污水提升泵房
0～12m
套
1
2
超声波液位差计
细格栅
0～0.4m
套
1
3
DO检测仪
生化池
0~20mg/L
套
1
4
MLSS检测仪
生化池
0～10g/
套
2
5
超声波液位计
污泥泵井
0～8m
套
1
6
pH计
明渠流量计
2～12
套
1
7
超声波流量计
明渠流量计
0~2000m3/h
套
1
5.10.5.全厂闭路监控系统
本闭路监控系统，采用模拟传输与数字存储、电缆与光缆传输相结合，实现全厂生产区域重要设备的监控及厂区安防，便于中央控制室值班人员及时发现现场问题，排除故障以及对警情的及时处理，保证生产的正常进行，又便于画面的存储、检索及回放，提高管理效能。
在传输方面，为保证视频质量，将视频信号和云台镜头信号分别用电缆传输。
一期一阶段已经建设了一套6摄像机的视频监控系统，一期二阶段和三阶段分别增加生化系统和沉淀系统3套视频摄像机用于安防监控，由一阶段位于控制中心的控制主机统一监控，完成扩建工程生产工艺发备的监视和管理。
在视频图像信息存储方面，我们将生产工艺设备的监视图像信息通过硬盘录像机存储并可经过系统视频服务器供管理层浏览、查用。
1．系统结构
监控系统通过系统前端监控点摄像机采集图像信息，矩阵主机处理后在相连的监视器反映监控场景；配置带云台的摄像机，其云台、镜头的控制由矩阵切换主机主控键盘操纵；矩阵切换主机可以把每一个监控点的图像人工（或自动）切换到与主机相连的监视器上显示；为了便于管理和监控，系统在监控图像录放上，将水厂生产单体的监视图像与安防方面的监视图像录放分别处理。
设置硬盘录像机进行单体视频录像及画面回放，监控画面处理后可在网络上进行管制阅览便于管理人员了解生产情况；防区（水厂围墙及重要部门）报警信号通过矩阵主机处理后启动录像机及警号，实现防区联动报警录像功能；这样，整个系统的负载均衡，生产与保卫工作适当分开，门卫中心可以切换显示全厂任何监视现场的情况；系统的优化程度加强。
2．设备配置
新增的监控点设置如下：
生化系统视频监控摄像机1套：
昼夜型摄像机，定焦自动光圈变镜头；
沉淀及絮凝反映池摄像机1套：
昼夜型摄像机，定焦自动光圈变镜头；
库房及生活区摄像机1套：
昼夜型摄像机，定焦自动光圈变镜头；
由于本系统各监控点的监视范围较大，要求较高；因此，在设计中，对工艺设备监控点选用可变大倍数镜头配上可控制云台及解码器，通过矩阵控制器可实现云台、镜头的控制；为了完成云台、镜头的控制及报警处理的需要，选用摄像机适合与一期已经配置的矩阵切换控制器连接；监控图像由硬盘录像机处理后，进行实时录像并可根据需要选择任一时刻图像回放，可通过投影仪在显示屏幕上显示。
5.10.6.安防系统
为了保证厂区的生产安全，防止非法入侵，系统采用红外对射报警系统。
通过在围墙上或边界设置的多对红外报警探头全天候监视厂区四周围墙及大门的安全，一旦警情产生，报警触点信号上传控制中心和门卫报警处理中心；控制中心接收到报警信号后，联动预置的摄像机指定到报警场所，同时门卫报警中心通知安保和值班人员处理警情，杜绝事故发生。
红外报警探测器选择双光束室外型外线探测器。
增益回路自动调节感应度控制，适应雨、雾、雪等恶劣气候。
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