电气与照明专业委员会

【摘 要】城镇是污水的主要来源，需要做好污水处理工作，提高污水处理效率。 电气设计同时也是污水厂的基础配套设施，基于此，本文以白诸镇镇级水质净化中心作为研究对象，从供配电系统、继电保护、仪表系统、监控系统等方面对改扩建工程的电气设计部分进行分析，提高电气设计的有效性，使污水处理具有良好的效率和安全性，保障污水处理过程能够顺利进行。

【关键词】城镇；污水处理厂；改扩建工程；电气设计

0 引言

污水对城市具有严重的影响，是城市污染的主要来源之 一，为了提高城市污水的处理效率与能力，满足城镇居民生活 需要，需要新建污水厂或对现有污水处理厂实施改扩建，防止城镇污水对城镇本身及周边地表水进行污染。电气设计是改扩建工程的重要组成部分，需要保障设计的合理性，提高污水处理厂的自动化程度并实现远程监测或控制，使污水能够得到有效、迅速的净化，使城镇具有较好的生态环境和居住条件。

1 工程概况

本工程为白诸镇污水处理厂改扩建项目，目的为提高城镇污水的处理效率，降低城镇污染问题。白诸镇现状排水设施在污水收集和处理能力上都比较差，部分街道污水横流，现有水体污染严重，居民排水较随意没有系统规划，污水难以进行统一处理，容易引发水体污染，进而影响城镇整体的环境质量。为此，需要做好城镇污水处理工作，提高污水处理厂对污水的处理效率，使城镇污水得到有效处理，合规排放。污水处理厂及管网建成后，可以实现污水的集中处理，集中处理效率可以达到 75%，对污水具有良好的处理效果。本文以白诸镇镇级水质净化中心为例，针对电气设计部分进行研究，使电气设计部分更加合理，提高污水处理的自动化水平。

2 电气设计的系统分析

2.1 供配电系统

本工程项目以 10 kV 电源作为主供电源，全厂设备装机容量为 371.14 kW，工作容量为 261.97 kW，主要负荷情况如下：PJS=298.95 kW，QJS=206.47 kvar，SJS=363.32 kVA。变电所配置有 1 台变压器及 500 kW 柴油发电机组，通过这种方式，当 10 kV 回路发生停电故障后，可由备用发电机组进行供电，防止污水处理过程受到阻碍。在低压配电部分，采用放射方式进行供电，电容柜采用功率自动补偿设计，配电柜采用GGD型动力配电柜，具有良的配电效果和安全性，进而实现稳定地工作[1] 。

2.2 继电保护 

为了提高系统对故障的应急处理能力，需要对线路进行继电保护设计，在线路中增设保护装置，使故障线路得到及时切断，保障整个污水处理电气系统的安全性。继电保护装置在选择时，一方面，需要保证装置的速动性，使故障线路能够迅速切断，线路切断时间通常在 0.04～0.08 s 之间。另一方面，需要保证装置的可靠性，避免发生误动作现象，对污水的处理过程造成不利影响。在本工程中，变压器高压进线处设有户外跌落式保险开关，可以对变压器的过负载及短路情况进行保护，保障线路整体的安全性。在低压设备处设有速断保护开关，可起到对后续设备及线路保护的作用。

2.3 电动机启动控制

在污水处理系统中，需要做好电动机的启动控制工作，使各个子系统能够按顺序工作，提高污水处理效率。如脱水系统、紫外消毒系统等，需要由电动机进行启动，在启动控制方

法上，分为手动和自动两种。对于手动控制方法，按现场需求配置就地操作箱，一般用于设备的调试、维修中，便于对系统的运行状态进行分析，及时发现系统的运行问题，提高系统故障处理的效率。

至于自动控制，是实现污水处理系统自动控制的关键，一般选择 PLC 作为控制器，对电动机的启动顺序进行控制，使电机能够自动运行。另外，还可以采用远程控制方式，使控制方

法更加多样化。

2.4 避雷

为了保障污水处理装置的安全性，需要做好装置接地工作，使其具有加强的防雷效果，防止装置发生雷击事件。本工程建筑为第三类防雷建筑，可以将基础钢筋作为接地干线，再设计地网及接地极，建筑或水池外侧预留接地测试段子或裸露钢板便于测试，将接地电阻控制在 1 Ω 以内，保障接地装置负荷要求。高压进线处是发生雷击的常见区域，需要在进线柜附近安装避雷器，提高对污水处理系统的防雷保护效果。在低压柜进线处，设有 SPD 保护器，可以降低雷击对线路的干扰，形成良好的防雷作用。需要注意的是，若接地电阻无法满足要求，需要采用加装人工电极的方式，并对接地电阻进行调控，直到满足设计要求为止。

2.5 照明

在污水处理过程中，需要对设备配电、检修配电、照明系统进行设计，便于污水处理在线监控的进行。照明系统设计时，需要保障光线良好，便于值班室在线监测过程的进行。室内照明采用 LED 灯管、吸顶灯等，并配备应急照明设施，供故障停电时使用。照明灯具电压为 220 V，由独立照明供电箱实现电源供给，具有良好的照明控制效果、对厂区路灯段，采用时控节能方式，降低路灯对电能的消耗。

2.6 仪表系统

仪表系统是实现污水处理的关键，能够对污水处理状态进行监测，获取污水处理系统的运行数据。本工程设仪表 18 套（台），具体数量见表 1。为了使仪表便于管理，仪表的输出信号均为 4~20 mA，可以将信号值转化为实际量化数值，并且显示在监测界面中，使监测系统能够稳定运行。环境温度在0~50 ℃之间，相对湿度在 0%~95%之间，仪表需要满足上述环境条件，保障仪表能够稳定地工作。水下仪表等级需要满足IP68，保证仪表能够正常工作[2] 。

2.7 自控系统

（1）中央控制系统。在本工程中，建设水厂数量较多，中央控制系统采用云处理方式，数据采集网关需要配置，使软硬件之间能够建立有效连接，使数据稳定的传递。通信系统采用 4G 网络实现通信，可以实现数据的远程传递，对污水处理数据进行汇总。运营控制中心能够对汇总的数据进行处理，将城镇处理设施传来的数据进行存储，将其存储在数据库中。再由中央控制系统对数据进行分析，生成趋势曲线、报表等，及时对污水处理效果进行了解。在值班室中配备有显示屏，可以对数据分析结果进行显示，保障设备具有良好的运行状态，进而达成运营控制中心监控所有水厂的目的。

（2）厂区控制系统。本工程中设有现场控制站，可以实现污水处理的自动控制功能，提高系统控制的效率。厂区控制站由 PLC 进行控制，PLC 可与控制屏进行连接，可以对系统运行数据进行显示，并且对运行参数进行配置，使系统具有良好的工作状态。PLC 具有良好的工作性能，适用于要求较为严格的工业环境，控制起来较为方便。

（3）网络系统。网络系统是实现数据传输的关键，需要合理地进行设计，保障数据传输的速度。在本工程中，控制主站网络系统采用 10/100 Mbps 以太网，以双绞线作为传输介质，既可以保障传递效率，又能够降低干扰地网络的影响，防止信号中断的情况出现。现场控制站与多功能仪表采用 Modbus 总线连接，具有良好的通信控制效果，保证系统能够稳定地工作。运行状态数据采用光纤或 4G 网络进行传输，并且与云数据中心建立连接，保证数据能够传递到生产调度中心。

2.8 监控系统

本工程具有视频监控系统，设有 1 个室外视频监控点，视频监控所用电源为 220 V、50 Hz 单相交流电源。为了保障视频信号的质量，需要做好信号线路的铺设工作，采用穿热镀锌钢管作为铺设材料，可以对管线形成有效地保护，使视频信号能够稳定地传输。视频监控系统同样需要采取防雷措施，防止雷电沿着管线进入监控中心，对监控系统造成破坏。为此，需要安装线路防雷装置，如接闪器、避雷针等，对室外的监控系统进行保护[3] 。

2.9 节能设计

污水处理过程中需要消耗大量的电能，本工程采用节能设计方式，能够有效降低能耗。供配电系统节能设计方法如下：①提高系统功率因数。系统运行过程中会产生无功电流，导致线路出现线损问题。为此，需要降低用电设备的无功损耗，提高设备对电能的利用率。同时，需要采取无功补偿措施，对无功电流进行抵消，进而降低电能的损耗；

②对电动机采取节能设计，使其具有良好的工作效率。为此，需要采用变频调速方式，调节电动机的转速，对电动机的负载变化进行控制，进而实现节能效果；

③采取照明节能设计，具体节能措施如 下：一方面，需要提高对自然光的利用率，使污水处理设备能够得到日光照射，保障光线的充足。另一方面，需要控制灯具单位安装面积，对灯具的数量进行限制，使灯具能够对设备形成充分照射，使灯具的照度符合标准。

3 结论

综上所述，城镇污水处理改扩建工程较为复杂，更需要良好的照电气设计进行改造，使污水处理设备能够稳定地工作，保障污水处理方法的有效性。在改扩建过程中，需要结合污水处理实际进行分析，使设施、设备能够有效运用，提高污水的自动处理能力。另外，需要采用节能设计方法，降低污水处理过程中电能的消耗，提高污水处理厂的经济效益。

参考文献

[1] 杜斌，牛迎丽.污水处理厂电气设计和节能措施研究[J].中国设备工程，2020（13）：118-119.

[2] 杨坤.污水处理厂提标改造工程电气自控设计要点探讨[J].智能建筑电气技术，2019，13（4）：49-51.

[3] 朱瑞亭.城镇污水处理厂改扩建工程的电气设计研究[J].产业科技创新，2019，1（13）：41-42.

作者：徐世良 （广州市市政集团设计院有限公司）