邢衛(wèi)東

摘 要：文章對城市的配套工程——生活污水處理廠的電氣設(shè)計中如何做到節(jié)能增效展開分析。由于污水處理廠是能耗密集型的項目，然后在環(huán)境的污染治理和減少方面，進(jìn)行生活污水的處理又是必須要做的事業(yè)，做好節(jié)能減排工作是事業(yè)發(fā)展的需要。污水處理廠的電氣設(shè)計，需要從布局、電氣的設(shè)計、運(yùn)行管理控制等多方面加以考慮。具體說來，包括供、配電的布局、變壓器功率因數(shù)的提高，諧波電流、電氣照明的管控等等。

關(guān)鍵詞：城市生活污水處理；電氣系統(tǒng)；節(jié)能減排

中圖分類號：U664.9+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）33-0089-02

資源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾，讓環(huán)境污染問題逐漸地增多，引發(fā)人們的關(guān)注。關(guān)于節(jié)約能源，降低能耗的呼聲越來越強(qiáng)烈，污水處理廠雖然為環(huán)境保護(hù)做了很多貢獻(xiàn)，但其自身的節(jié)能減排、降耗技術(shù)也一直是眾多研究項目的首要內(nèi)容。

1 污水處理廠電氣設(shè)計節(jié)能減排技術(shù)內(nèi)涵

污水處理廠的電氣設(shè)計中，節(jié)能減排工作是從兩個技術(shù)領(lǐng)域加以闡釋的。一個是節(jié)能技術(shù)，一個是減排技術(shù)。二者有聯(lián)系，也有區(qū)別。節(jié)能減排相互之間是相輔相成的。要進(jìn)行減排，就要以節(jié)能技術(shù)作為鋪墊，要達(dá)到節(jié)能的目的，減排是必然要做的工作。如果只注重節(jié)能而忽略減排，則會導(dǎo)致能耗激增，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。只有對節(jié)能和減排技術(shù)都加以均衡發(fā)展，才能得到社會效益和環(huán)境效益的均衡發(fā)展。隨著國內(nèi)城鎮(zhèn)化的提高，城市生活污水處理廠的發(fā)展高速前行，因此污水處理廠的節(jié)能減排工作意義重大[1]。

進(jìn)行污水處理節(jié)能和減排技術(shù)的設(shè)計，首要的是對電氣系統(tǒng)的節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃和布局。主要集中在變壓器的損耗、無功及諧波電流損耗、照明損耗、設(shè)置不當(dāng)帶來的空載損耗等問題上。

2 合理布局、減少線損、綜合考慮

污水處理廠中有不同類型的單體，少則幾臺，多達(dá)幾十上百臺的用電設(shè)備的運(yùn)行，都需要配電線路的設(shè)計等規(guī)劃工作的完善，以減少線損。每個污水處理廠，用電設(shè)備眾多，每個設(shè)備都要有配電線路，總的線路的數(shù)量可以達(dá)到數(shù)萬米之多。而且配電線路還含有電阻。電流通過的時候，會發(fā)生功率損耗。泵站的線路損耗，經(jīng)過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，可以達(dá)到年用電量的1%。而污水處理廠的線路損耗的總數(shù)量更加驚人[2]。

進(jìn)行三相輸電線路的功率損耗，可以采用線路相電阻和電流進(jìn)行計算，經(jīng)過計算的結(jié)果顯示，要達(dá)到配電線路損耗的減少，可以使用減少配電線路電阻的方法，電阻的計算公式是使用電阻率和線路長度的積除以線路的截面積。這一公式的計算充分說明，電阻率和線路長度與電阻是有著直接的關(guān)系，而線路截面積則與電阻呈反比。因此，要達(dá)到電阻的減少，方法可以將配電線路材質(zhì)加以選擇。例如銅電纜和鋁電纜，前者的電阻率低于鋁，后者的性能不如銅電纜。因此，銅電纜目前是配電線路的材質(zhì)首選。

在對配電線路材質(zhì)進(jìn)行決定之后，保證電流I不變的前提下，增加線路的截面積，就會減少電阻R。截面積的截流量取決于線路。增加截面積，電阻將降低，但是投資也會相應(yīng)增大。因此，為了減少電壓，在供電距離較長或者小功率設(shè)備電流較弱的情況下，增加一級截面積是比較好的方法。

減少電阻的方式，還有減少配電線路的長度，最為主要的且有效的方法，在污水處理廠的線路設(shè)置的過程中，考慮到負(fù)荷相對集中的情況，可以將變電所放置在負(fù)荷中心的位置，采用放射式和樹干式結(jié)合的方法進(jìn)行配電，在配電中，盡量將線路進(jìn)行直線配置，少繞彎路，同時不走回頭路，減少配電線路的長度。

減少線路損耗的方法，還有在提供給設(shè)備功率不變的情況下，減少電流I，提高電壓等級。通常污水處理廠使用到的電壓等級包括380和220V，減少電流I的方式適合用在220KW以上的大功率電動機(jī)上。根據(jù)污水處理廠的多個負(fù)荷中心的情況，設(shè)置多個變電所[3]。

3 對變壓器損耗進(jìn)行降低，采用靈活配置的方法，對負(fù)載進(jìn)行核算

3.1 變壓器的損耗包括空載和額定負(fù)載傳輸損耗兩種類型

前者被稱為鐵損，是由鐵芯渦流損耗和漏磁損耗組成，制造工藝與鐵芯材料有很大關(guān)系，與負(fù)荷大小沒有關(guān)系。后者被稱為變壓器線損，由變壓器繞組的電阻以及流過繞組電流的大小成正比，在變壓器負(fù)載率達(dá)到50%的時候，這個時候變壓器的線損較小，變壓器的能耗最小，但是不會減少變壓器的鐵損，而且變壓器的負(fù)載率過低，空載的損耗較大，功率因數(shù)也較低，容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)的出裝費(fèi)用增大，損耗也增大。因此，要達(dá)到變壓器的經(jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行，應(yīng)該將初裝費(fèi)、高低壓柜、土建投資以及運(yùn)行費(fèi)用等綜合加以考慮，為了保證變壓器的余量的使用和運(yùn)行的穩(wěn)定而進(jìn)行變壓器負(fù)載率的控制。

3.2 對污水處理廠的負(fù)荷采用系數(shù)法進(jìn)行計算

在進(jìn)行負(fù)荷計算的時候，除了對設(shè)備使用的常規(guī)情況加以考慮，還要對需用系數(shù)的取值進(jìn)行核算，得到設(shè)備的使用情況的具體數(shù)值。例如某污水處理廠，在進(jìn)行改造工程的設(shè)計中，由于該廠的尾水的排放，位于河涌中，而且出水的水位比河涌的常規(guī)水位要高。因此，需要建設(shè)退稅泵房。在洪水位的位置將尾水排放出去。根據(jù)資料記載，河涌每年的洪水位超出的情況不下10次，每次不超過1天。退稅泵房在設(shè)計的時候，要對這一加載進(jìn)行考慮，在變壓器總負(fù)載高于用電負(fù)荷的前提下，充分考慮工程負(fù)荷，使得用電負(fù)荷滿足變壓器總負(fù)載的60%。這樣就能保證經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi)負(fù)荷運(yùn)行的合理性。三相配電變壓器的能效限定值以及能效等級在變壓器的選型過程中，就在空載損耗值和負(fù)載損耗值等方面做了嚴(yán)格的規(guī)定。例如干式變壓器如果不能滿足要求，可以配備節(jié)能型變壓器予以補(bǔ)充[4]。

4 對諧波電流進(jìn)行抑制，提供功率因數(shù)

在污水處理廠供配電系統(tǒng)中，變壓器和發(fā)動機(jī)的設(shè)備以感性的設(shè)備比重較大，整個廠區(qū)的功率因數(shù)保持在0.8%左右，電氣系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償應(yīng)將因數(shù)提高到0.9，這樣，不僅可以減少配電線路的截面積和變壓器的容量，也能夠降低供配電的無功功率損耗。endprint

污水處理廠的變頻調(diào)速設(shè)備中，非線性線路負(fù)載較多，因此諧波電流的含量也隨之增加。采用無功補(bǔ)償?shù)姆绞奖姸?，包含有集中補(bǔ)償、就地補(bǔ)償?shù)取＜醒a(bǔ)償和就地補(bǔ)償互為補(bǔ)充。例如在變電所地壓側(cè)設(shè)置了無功自動補(bǔ)償裝置，能夠大大提高功率因素，紫外線消毒設(shè)備等功率因數(shù)較低的設(shè)備也應(yīng)采用就地補(bǔ)償方式。

諧波使得電能的利用、傳輸和生產(chǎn)的效率得到降低，但是容易導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生震動、噪聲、過熱等現(xiàn)象。在進(jìn)行污水處理廠中變頻調(diào)速設(shè)備的非線性負(fù)載調(diào)試的時候，隨著非線性負(fù)載的增加，諧波的危害也會增大，造成使用壽命縮短，絕緣老化導(dǎo)致的事故等。諧波可能引起電力系統(tǒng)的串聯(lián)諧振和局部并聯(lián)諧振。燒毀電容器，引起繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，擾亂電能計量，等等，因此，為了對抗諧波對通信設(shè)備和電子設(shè)備產(chǎn)生的嚴(yán)重干擾，應(yīng)該采用抑制的手段，常用的方法包括：采用接線方法對變壓器的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行連接、采用并聯(lián)電容器組補(bǔ)償裝置進(jìn)行帶消諧電抗器、使用無源濾波器或者有源濾波器。

5 合理布置等級，減少照明損耗

污水處理廠的照明區(qū)域十分廣泛，分布在單體內(nèi)外部以及廠區(qū)道路上。道路照明分為人工、光控、聲控等多種控制方法，這樣不僅能夠及時在天黑開燈，也適合防止人為損害的控制方式。

單體外部的照明設(shè)施的布設(shè)，是為了給工作人員夜間巡查提供方便。單體內(nèi)部的照明，采用的是多區(qū)域控制。照明燈的燈具，包含了熒光燈（T5、T8）、緊湊型熒光燈、LED燈、金屬鹵化物、高壓鈉燈等，燈具的附件采用的都是帶有節(jié)能功能的裝備。

6 強(qiáng)化自動化控制，實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理

污水處理廠的運(yùn)行，如果實(shí)際工藝設(shè)定達(dá)不到最大負(fù)載的要求，則運(yùn)行時間段和用水量需要加以控制。例如進(jìn)水泵采用組合的方法，進(jìn)水量是線性變化，進(jìn)水泵的功率是固定的，調(diào)整自動化運(yùn)行系統(tǒng)的速率，就能夠最大幅度地節(jié)約能耗，達(dá)到明顯的節(jié)能效果。

7 結(jié)束語

污水處理廠在減少污水排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面，發(fā)揮的作用巨大。在保護(hù)環(huán)境的同時，通過節(jié)能措施的的采取，降低水處理損耗值。對于保護(hù)環(huán)境，緩解社會壓力，促進(jìn)設(shè)備平穩(wěn)發(fā)展，具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]顏圭鵬.污水處理廠電氣優(yōu)化設(shè)計[J].科技與創(chuàng)新，2017（9）：

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