北京市石景山区五里坨地区供水工程电气可行性研究报告.docx
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北京市石景山区五里坨地区供水工程电气可行性研究报告
北京市石景山区五里坨地区供水工程电气可行性研究报告
8电气设计
8.1工程内容
根据《石景山区五里坨地区供水规划》，新建水厂位置位于秀府村北路与五里坨路交界处，紧邻五里坨路东侧。
五里坨地区现状供水能力约为1万吨/日，本工程将新建部分，达到新增供水能力约为2万吨/日，合计供水规模为3万吨/日。
本工程设计范围，水源井及泵房、水厂和3座加压泵站。
水源井共15座，其中新建水源井10座。
本工程设计内容为水源井、水厂和加压泵站的供、配电系统、电力系统、照明系统和防雷及安全接地系统。
8.2设计依据
工艺专业提供的电力及控制要求
《供配电系统设计规范》GB50052-95
《10kV及以下变电所设计规范》GB50053-94
《低压配电设计规范》GB50054-95
《建筑物防雷设计规范》（2000年版）GB50057-94
《工业与民用电力装置的接地设计规范》GBJ65-83
《建筑照明设计标准》GB50034-2004
《民用建筑电气设计规范》JBJ16-2008
8.3用电负荷
全工程负荷计算按需要系数法进行计算，负荷计算详见下表。
本工程用电设备近期装机总容量1584kW，运行设备负荷1372kW（不含现状水源井部分），计算负荷约1157kVA。
全部用电设备均按低压380V/220V等级设计。
表8-1负荷计算书
序号
设备名称
总台数
额定容量kW
工作台数
工作容量kW
计算负荷kW
1.水源井部分
1
新建水源井
10
584
10
584
526
2.水厂部分
1
动力
7
648
5
487
390
2
照明
60
60
48
3
空调
80
80
64
4
其他
120
100
80
5
小计
908
727
582
6
补偿容量160kVar
7
选变压器容量为2x500kVA
8
变压器负荷率为58％
3.泵站部分
1
加压泵站
3
92
3
61
49
合计
1584
1372
1157
8.4供电电源
本工程为城镇给水工程，水源井及泵房按二级负荷设计，一路10kV专用电源引自市政电网。
水厂和加压泵站按二级负荷设计，二路10kV电源引自市政电网，其中一路10kV为专用电源。
受市政电网设计归属权问题影响，本工程电力系统暂时按电源直接引自市政低压电网形式设计，除水厂变电所以外的供变电系统部分由电力主管部门设计。
8.5供、配电系统
变电所中压侧分别引来二路10kV电源。
10kV中压侧主结线为单母线分段方式运行，中压侧母线带联络开关。
变电所设置二台变压器。
变电所低压侧采用单母线方式运行，两段母线间设常开式母线联络开关。
正常时，两台变压器分别运行，当一路电源或一台变压器故障（含正常检修）时，另一路电源或另一台变压器可带100％的二级负荷。
新建水源井和加压泵站电源直接引自市政低压电网。
8.6继电保护
继电保护：
10kV进出线回路采用综合保护继电器装置。
其中进线柜设过流、速断、零序保护；出线柜设有过流、速断、零序、变压器超温跳闸、高温报警保护；联络柜设有过流、速断保护。
操作电源：
10kV配电装置采用直流110V合闸机构。
操作电源为免维护的蓄电池屏，以直流110V电压向断路器合闸回路、控制及保护回路、事故信号、预告信号回路等供电。
8.7变电所设置
在水厂的用电负荷中心设10kV变电所一座，为整个水厂用电设备提供电能。
变电所具体位置详见附图2。
变电所内设电缆分界室、中压配电室、变压器室、低压配电室和值班室。
变电所值班室与自控系统共用中控室。
变电所变压器安装容量为1000kVA。
变压器负荷率为58%。
8.8电力计量
水厂变电所电力计量采用10kV中压侧装设电力总表计量，在低压侧设置综合楼照明及室外照明等计量子表。
水源井和加压泵房采用低压侧装设电力总表的方式进行计量。
8.9功率因数补偿
水厂变电所低压侧功率因数补偿后达到0.95以上。
无功功率补偿装置使用低压金属电容器，采用集中自动补偿方式，无功功率补偿装置安装在变电所低压侧母线上。
8.10变、配电设备监控
本工程设变、配电设备监控系统，对变、配电设备的运行进行实时监控。
监控内容如下：
中压系统：
进、出线和母联开关状态显示；进、出线电流，电压显示；功率因数显示；有功、无功功率计量。
变压器：
温度显示；高温报警；超温跳闸。
低压系统：
进线、母联开关状态显示；进、出线电流，电压显示；馈出回路电流显示；功率因数显示和计量。
8.11设备选型
变电所近期主要电气设备有10kV中压开关柜10面。
10kV开关柜选用中置式开关柜，内设10kV真空断路器。
进、出线方式为下进、上出。
变电所安装500kVA干式变压器2台。
变压器选用环氧树脂浇铸型节能型干式变压器。
变电所安装低压抽出式配电开关柜14面。
进、出线方式为上进、上出。
马达控制中心MCC选用抽屉式低压配电开关柜。
变电所和马达控制中心配电装置等重要配电设备安装变、配电设备监控设备。
8.12电动机启动及控制方式
根据工艺专业要求，水泵电机采用变频调速装置作为拖动设备。
当用电设备电动机容量大于等于30kW时，采用降压方式启动，使用变频调速装置兼做软启动设备。
用电设备电动机容量小于30kW的小容量电动机均采用直接启动方式启动。
水源井水泵、出水泵房和加压泵房等工艺设备的控制分为，就地控制箱手动控制方式、现场PLC自动控制方式和中控室集中自动控制方式三种。
低压电动机的手/自动转换设在马达控制中心MCC或现场PLC控制柜上。
设备就地设置控制按钮箱。
马达控制中心MCC柜，设置L－R－O－A转换开关、通－断指示，电动机容量较大时装设电流表进行监测。
在就地按钮箱内，装设起/停及紧急停车按钮以及指示灯。
8.13电缆敷设
变电所设电缆沟，在变电所、进水泵房等设备间的大部分电缆沿桥架敷设。
在室外电缆较多处采用电缆沟，电缆较少处均采用穿保护钢管埋地敷设方式。
室外照明电缆可采用铠装电缆直埋敷设。
8.14照明设计
根据国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2004相关条款要求，选用节能光源和灯具。
综合楼办公室、值班室、配电室、中控室、休息室等构筑物内均采用电子镇流器的荧光灯，功率因数不小于0.9。
泵房等高大厂房采用小功率金属卤化物灯作为工作照明。
选用低压钠灯作为室外照明光源。
室外照明由设置在变电所的路灯控制箱统一控制。
控制箱中装设有路灯控制仪,可实现人工及自动两种控制。
8.15防雷及安全接地
本工程按三类防雷建筑物设计。
除进行防直击雷设计以外，还在建筑物内部配电系统中装设防感应雷的浪涌保护器。
变电所、厂房和综合楼低压电器装置的保护接地形式采用TN-S系统。
保护接地系统与变压器中性接地系统、小信号接地系统及防雷接地系统等组成共用接地系统，并做总等电位连接，共用接地电阻不大于1Ω。
9自控及仪表设计
9.1设计内容
自控及仪表设计范围为15座水源井泵房、水厂和加压泵站的自动控制系统、过程检测仪表及控制和工业电视监视系统设计。
同时在部分配水管网上预留流量、压力等信号条件，用于为直供单位的计量服务。
9.2设计依据
工艺专业提供的检测及控制要求
《过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号》HG/T20505-2000
《自动设计常用名词术语》HG/T20699-2000
《自动化仪表选型设计规定》HG/T20507-2000
《仪表配管、配线设计规定》HG/T20512-2000
《信号报警、连锁系统设计规定》HG/T20511-2000
《仪表系统接地设计规定》HG/T20513-2000
《可编程控制器系统工程设计规定》HG/T20700-2000
《仪表供电设计规定》HG/T20509-2000
《控制室设计规定》HG/T20508-2000
《村镇供水工程自动控制系统设计规范》DB11/T341-2006
9.3自控系统
自控系统功能：
上位监控计算机对所有工艺、电气参数均可实行数据采集、实时工况显示、工艺参数和逻辑控制的设定、生产过程操作及自动控制、报表打印、事故及上下限报警、历史数据存储及CRT实时显示动态的工艺流程及供电系统画面。
控制站由可编程序控制器、控制器柜及柜内附属设备组成。
可编程控制器由中央处理单元、存储单元、电源、通讯模板、输入/输出模板等组成。
用于完成净水处理过程的数据采集、报警、顺序控制、逻辑控制及PID控制等。
自动控制主要内容：
进水泵液位控制；进水流量计量及水质监视；加药量控制；出水流量计量及水质监视。
计算机监控及数据采集系统由以下部分构成：
工厂管理系统、生产过程监控系统和现场及就地监控系统。
系统详见图8-1自控系统结构图。
图8-1自控系统结构图
9.3.1工厂管理系统
该计算机系统，主要用水厂生产管理方面。
利用该系统可以使生产的管理者及时地观察和了解到净水处理过程中，各个环节的过程参数、设备运行以及能源消耗等情况，便于制定生产计划管理生产过程。
生产管理系统采用以太网通讯方式，可以方便地进行扩展。
连接到生产管理网络上的各台计算机通过通讯网络与安装在计算机室的服务器连接，可以以浏览器的方式实时地观察生厂过程并可以实现他们与监控计算机之间的数据共享，提高办公水平和效率等。
9.3.2生产过程监控系统
生产过程监控系统用于监控净水处理工艺流程及供、配电系统的运行情况，主要组成设备包括：
一套显示全厂设备和主要测量参数的大屏幕投影系统（考虑今后扩建）、两套互为热备的工业计算机、两台打印机、一台不间断电源、数据服务器及一台便携式编程器组成。
打印机用于报警、图形、报表等的打印。
不间断电源用于在停电的情况下，向显示设备、监控计算机及打印机等提供电源。
通过数据服务器连接监控计算机网络和生产管理网络以实现它们的数据共享。
便携式编程器用于现场控制器的在线程序编制及修改。
9.3.3现场及就地控制站
PLC现场控制站位于各水源井、变电所、进水泵房和加压泵房等处，用于采集、监视和控制净水处理过程的工艺参数、电气参数及设备运行状况。
在现场控制站中的主要设备是可编程控制器，通过装载在可编程控制器中的程序，实现过程测量参数的采集、设备运行状态的采集、上位计算机对设备的控制以及自动控制。
在每个现场控制站中安装有必要的电源设备、浪涌保护元件、显示设备和接线。
每个现场控制站将通过通讯网络连接实现数据共享，并通过无线网络系统连接到中控室监控计算机。
就地控制站负责相对独立的处理设施或成套设备运行参数的采集、自动控制、向现场控制站传输和接受现场控制站数据。
为避免不同厂家控制器之间通讯的不兼容问题，就地控制站选用的控制器应和现场控制站使用的控制器的生产厂家一致。
加压泵房送水泵根据送水管压力变频运行。
过程测量参数的显示分为三级，就地显示由测量仪表所配带的就地显示单元实现，现场控制站显示在操作员面板上实现，监控站显示由监控站CRT实现。
9.4通讯系统
通讯系统分为生产管理网络，用以连接数据服务器和生产管理计算机；控制室管理网，用来连接数据服务器、监控计算机、显示系统、打印机等，并通过数据服务器与水厂的生产管理网连接，该网通讯速率100Mbps；现场工业控制，通过PLC系统通讯接口，采用铜缆或光缆连接，该网将现场控制站及上位监控计算机连接起来，以完成工业生产过程监控所必须的数据共享，并将具有通讯能力的智能测量仪表的数据传送到相应的现场控制站。
通讯系统通讯方式的比较：
目前比较成熟的通讯系统按传输介质分为有线传输和无线传输。
有线传输系统特点，系统传输速率高，系统工作稳定可靠。
但有线传输系统需要在各通讯节点之间敷设传输线缆，施工维护工作量大，并易受到机械外力的破坏。
无线传输系统的特点与有线传输系统正相反，系统传输速率相对较低，系统工作可靠性不如有线传输系统。
但无线传输系统不需要在各通讯节点之间敷设传输线缆。
通过对有线网络和无线网络通讯系统的比较，结合安全防范系统同样需要使用无线通讯网络，传输安防系统报警信号。
我们建议选用无线通讯系统作为本项目的通讯方式。
在水源井泵房、加压泵房分别设RTU，用于采集深井泵、送水泵的运行、故障状态和泵房出水流量、泵房水位、加压泵房送水管压力。
使用Prosoft工业级2.4G无线电台将各RTU与水厂中控室的监控系统主机，通过GPRS无线网络进行无线通讯。
将水泵运行、故障状态传送至水厂中控室的控制主站。
同时水厂控制站根据水厂水量的变化控制各深井泵房深井泵的启停，实现远程监控。
9.5软件系统
计算机监控系统包含的软件有：
操作系统及基础软件；服务器数据库管理软件；监控系统组态软件；监控系统应用软件；PLC控制器编程软件和PLC控制器应用软件。
9.6过程检测仪表系统
为了掌握工艺运行情况，控制水质指标以及生产管理的需要，根据工艺流程设置必要的过程检测仪表，仪表的选型原则以满足工艺控制需要。
在净水处理工艺流程中将设有下列在线过程检测仪表：
室外安装的仪表均采用仪表防护箱加以保护。
各工艺区域的仪表设置如下：
（1）进水管：
设电磁流量计检测水厂进水流量。
（2）清水池：
设置超声波液位计用于水位监视。
（3）出水管：
设电磁流量计用于水厂出水流量计量，设置浊度仪、pH、余氯检测仪用于出厂水浊度、pH、余氯检测。
出水管设压力变送器检测出水管压力。
（4）消毒间：
设次氯酸钠漏氯报警仪，用于漏氯报警。
（5）深井泵房：
设置投入式液位计用于深井水位监视及深井泵低液位保护；设电磁流量计用于深井出水流量计量。
（6）加压泵站：
设置压力变送器检测送水管压力。
所有仪表的输出信号均采用4-20mA标准信号，以便自控系统的数据采集和处理。
9.7工业电视监视系统
为确保居民饮用水安全和水厂生产的正常运行，结合现场的实际情况，采用一套以多媒体计算机为管理核心的智能化安全技术防范系统设计方案。
根据工艺专业要求，在水厂变电所、进、出水泵房、加药间、厂区主要出入口、和综合楼周边，共安装10套彩色半球式摄像机。
在中控室设置工业电视监视系统主机，用于现场图像的显示、控制和记录。
9.8弱电系统
9.8.1通信系统
厂内行政通讯系统选用50门程控电话交换，总机设在综合办公用房内，总机的中继线为8路，设5部直通电话。
9.8.2安全防范系统
为确保水源安全和水厂生产的正常运行，结合现场的实际情况，在水源井及泵房、水厂、加压泵站和附属构筑物等处，安全防范系统由安装在现场的门磁和红外线探测器组成的报警系统与门禁系统控制设备组成。
当XX人进入上述控制区域时，安全防范系统通过安装在相应区域的报警器，使用无线电台将报警信号传至水厂中控室。
9.8.3有线电视系统
有线电视信号通过光纤电缆，取自当地有线电视网络。
并在综合楼内设置一台闭路电视光接收设备，即光端箱。
综合楼内的部分房间设置闭路电视终端插座。
有线电视信号通过分配网络，将有线电视信号传输至终端插座。
表13.3主要电气设备表
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
中压开关柜
10kV中置式
面
10
2
变压器
500kVA,干式，
台
2
10kV/0.4kV
3
低压开关柜
抽出式
面
14
4
动力配电柜
GGD
面
13
5
动力配电箱
台
3
6
照明配电箱
台
5
7
水源井变频控制柜
厂家配套
台
15
8
水泵变频控制柜
厂家配套
套
2
9
加压泵变频控制柜
厂家配套
套
3
10
水源井PLC控制箱
台
15
11
水泵PLC控制柜
套
2
12
加压泵PLC控制柜
套
3
13
加药控制柜
厂家配套
套
1
14
就地按钮箱
台
24
15
公用电视天线系统
套
1
16
程控电话交换机
50门
套
1
17
路灯灯杆
高6米
根
25
18
庭院灯
高3米
根
10
表13.4主要自控、监控设备表
序号
名称
规格
单位
数量
备注
A
生产管理系统
1
管理服务器
个人计算机P4，20”LCD
套
2
双热备
2
打印机
喷墨打印机,A4
台
2
3
不间断电源
1kVA，在线式
台
2
4
生产管理网络
速率:
100Mbps，约200米
套
1
B
监控系统
1
数据服务器
套
1
2
打印机
黑白网络激光
套
1
报表
3
监控计算机
个人计算机P4,20"LCD
2
键盘,鼠标器
套
2
双热备
4
打印机
彩色喷墨
套
1
图形
5
打印机
黑白点阵
套
1
报警
6
高亮度投影系统
3000ANSI，3×2电动屏幕
套
1
7
不间断电源
2kVA,30分钟
套
1
8
生产监控网络
速率：
100Mbps，约20米
套
1
9
通信网络
速率:
100Mbps,光纤，
约800米
套
1
工业以太网
10
软件
基础软件,组态软件,应用软件
套
1
11
便携式编程器
P4，14.1TFT,软件,连接电缆
套
1
C
工业电视监视系统
1
现场摄像头
1/3”CCD，彩色变焦
套
10
2
工业电视控制系统
套
1
3
工业电视记录系统
套
1
4
工业电视显示系统
套
1
5
工业电视信号传输系统
含全部视频及控制系统
套
1
光纤
表13.5主要仪表一览表
序号
仪表名称
测量范围和安装地点
单位
数量
备注
一
水源井
1
电磁流量计
DN150，PN=1.0MPa
只
1
2
电磁流量计
DN200，PN=1.0MPa
只
9
3
压力变送器
0~1.0MPa
只
10
4
液位计
0~160m
只
10
二
水厂
1
电磁流量计
DN600，PN=1.0MPa
只
1
2
电磁流量计
DN400，PN=1.0MPa
只
1
向东部供水分区供水
3
压力变送器
0~1.0MPa
只
6
4
液位计
0~6m
只
2
5
便携式仪表
pH、余氯浓度
6
取样器（24×0.5升）
套
1
各1台
7
无线电台
Prosoft工业级2.4G
套
19
三
加压泵站
1
电磁流量计
DN600，PN=1.0MPa
只
1
2
电磁流量计
DN300，PN=1.0MPa
只
1
3
电磁流量计
DN200，PN=1.0MPa
只
1
4
压力变送器
0~1.0MPa
只
12
四
配水管网
1
电磁流量计
DN200，PN=1.0MPa
只
1
2
电磁流量计
DN150，PN=1.0MPa
只
4
3
压力变送器
0~1.0MPa
只
5
升级会员 