黃源

摘要：以國(guó)家規(guī)范規(guī)定為基礎(chǔ)，結(jié)合多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從供配系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主要設(shè)備選擇、監(jiān)控系統(tǒng)選用等方面，探討中小型污水提升泵站電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為確保中小型污水提升泵站的安全性提供借鑒。

關(guān)鍵詞：污水提升泵站；電氣設(shè)備；設(shè)計(jì)；變壓器

中圖分類(lèi)號(hào)：TM02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2018）01-0050-02

隨著城市配套工程的不斷完善，污水處理系統(tǒng)作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，在很大程度影響城市整體環(huán)境。目前，水利部門(mén)加大黑臭河涌治理力度，截污納管，雨污分流，收集污水并通過(guò)市政管網(wǎng)輸送到污水處理廠。長(zhǎng)距離輸送中，通常利用污水提升泵站提升污水高程，提高污水處理系統(tǒng)效率。在污水提升泵站設(shè)計(jì)中，電氣設(shè)計(jì)直接影響泵站的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為此，根據(jù)國(guó)家規(guī)范規(guī)定，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探討中小型污水提升泵站的電氣設(shè)計(jì)，為確保中小型污水提升泵站的安全性提供借鑒。

1 供配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 供電方式

污水提升泵站應(yīng)根據(jù)泵站規(guī)模、地理位置及其重要性定義負(fù)荷等級(jí)。中小型污水提升泵站應(yīng)為二級(jí)負(fù)荷，小容量或非重要的可適當(dāng)降低要求。為保證供電可靠性，二級(jí)負(fù)荷的污水提升泵站可采用10 kV（或20 kV）雙電源供電。小裝機(jī)容量泵站可從電力系統(tǒng)接入0.38 kV電源作為主供電源，以柴油發(fā)電機(jī)為備用電源，其中柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)能承擔(dān)泵站全部二級(jí)負(fù)荷正常工作。

1.2 電氣主接線(xiàn)

主接線(xiàn)選擇要遵循可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。泵站主接線(xiàn)應(yīng)根據(jù)泵站規(guī)模、負(fù)荷等級(jí)、水泵機(jī)組運(yùn)行方式等實(shí)際工況確定。當(dāng)采用雙電源供電時(shí)，主供電源和備用電源應(yīng)設(shè)置機(jī)械（或電氣）聯(lián)鎖裝置。中小型污水提升泵站主接線(xiàn)一般采用單母接線(xiàn)，當(dāng)裝機(jī)臺(tái)數(shù)較多或采用多臺(tái)變壓器時(shí)，也可采用單母分段接線(xiàn)。變壓器一般不宜超過(guò)2臺(tái)。當(dāng)采用2臺(tái)及以上變壓器時(shí)，需考慮變壓器是否并列運(yùn)行。并列運(yùn)行變壓器的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)相同，包括容量、接線(xiàn)組別和短路電壓。

2 主要設(shè)備的選擇及設(shè)計(jì)

2.1 變壓器的選擇

泵站變壓器應(yīng)選用高效節(jié)能型，其容量根據(jù)泵站總計(jì)算負(fù)荷、水泵機(jī)組起動(dòng)方式、運(yùn)行方式確定。從節(jié)能角度考慮，變壓器負(fù)荷率宜控制在0.6～0.7?，F(xiàn)多采用S11和S13系列干式節(jié)能變壓器。

2.2 高壓開(kāi)關(guān)柜的選擇

當(dāng)泵站變壓器總?cè)萘俊?30 kVA，選用XGN型固定式金屬封閉環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜，以及負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器組合開(kāi)關(guān)。當(dāng)泵站變壓器總?cè)萘?gt;630 kVA，選用KYN型鎧裝移開(kāi)式交流金屬封閉開(kāi)關(guān)柜，柜內(nèi)配裝手車(chē)型真空斷路器，操作機(jī)構(gòu)采用彈簧，操作電源為220 V直流電源。

2.3 低壓開(kāi)關(guān)柜的選擇

開(kāi)關(guān)柜選用GCL型或GCK型。進(jìn)線(xiàn)端及各饋線(xiàn)回路開(kāi)關(guān)應(yīng)采用框架斷路器或塑殼斷路器。

2.4 電動(dòng)機(jī)的選擇

選用高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)，一般選用Y系列高效率電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)的確定，應(yīng)以單機(jī)容量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性為標(biāo)準(zhǔn)，一般以200～300 kW為界。單機(jī)容量低于200kW時(shí)，選用低壓電動(dòng)機(jī)；單機(jī)容量高于300 kW時(shí)，選用高壓電動(dòng)機(jī)；單機(jī)容量在200～300 kW之間時(shí)，通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較確定選擇低壓還是高壓電機(jī)。小型污水提升泵站的單機(jī)裝機(jī)容量不大，因此鼠籠式電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)大于繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)。

2.5 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式的設(shè)計(jì)

中小型污水提升泵站一般選用低壓鼠籠式電動(dòng)機(jī)，其起動(dòng)方式分為全壓起動(dòng)和減壓起動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)優(yōu)先選用全壓起動(dòng)。若母線(xiàn)電壓無(wú)法滿(mǎn)足要求，應(yīng)采用降壓起動(dòng)。降壓起動(dòng)有自耦變壓器降壓起動(dòng)、星三角降壓起動(dòng)、軟起動(dòng)器降壓起動(dòng)等。隨著科技的不斷進(jìn)步，軟起動(dòng)器起動(dòng)方式的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，加之軟起動(dòng)器有體積小、轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)、起動(dòng)平穩(wěn)、控制簡(jiǎn)單、沖擊小并具備軟停機(jī)功能等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。需要調(diào)節(jié)流速的泵站，可采用變頻器方式。

2.6 無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)

無(wú)功功率補(bǔ)償應(yīng)滿(mǎn)足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)要求。根據(jù)用電設(shè)備合理確定補(bǔ)償方式，才能有效提高功率因數(shù)和電網(wǎng)電壓質(zhì)量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。電網(wǎng)補(bǔ)償后，功率因數(shù)不低于0.9。一般小型泵站采用變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償。高壓電機(jī)和單機(jī)容量較大、負(fù)荷平穩(wěn)、經(jīng)常使用的低壓水泵電機(jī)，采用單獨(dú)就地?zé)o功補(bǔ)償。

無(wú)功補(bǔ)償功率根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)確定，計(jì)算公式為：

Q=P×（tanφ1-tanφ2） （1）

式中：Q為單泵所需補(bǔ)償容量，kVar；P為單泵的裝機(jī)容量，kW；φ1為補(bǔ)償前的功率因數(shù)角；φ2為補(bǔ)償后的功率因數(shù)角。

在實(shí)際工作中，電容器輸出容量還受額定電壓、平均運(yùn)行電壓、串聯(lián)電抗器的影響，其計(jì)算公式為：

Qc=QN■■（1-K） （2）

式中：Qc為電容器的實(shí)際輸出容量，kVar；QN為電容器的額定容量，kVar；UC為電容器的平均運(yùn)行電壓，kV；UN為電容器的額定電壓，kV；K為串聯(lián)電抗器的電抗率。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 泵站監(jiān)控系統(tǒng)

結(jié)合泵站規(guī)模、地理位置等條件，選擇合適的污水提升泵站監(jiān)控系統(tǒng)。中小型污水提升泵站可采用集中監(jiān)控和現(xiàn)地監(jiān)控相結(jié)合的方式，小型污水提升泵站可用現(xiàn)地監(jiān)控方式。

集中監(jiān)控設(shè)備布置在中控室，采用100 Mbps快速以太網(wǎng)技術(shù)，利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)采集控制及各儀表信息，并通過(guò)雙絞線(xiàn)或光纖傳輸?shù)街锌厥疑衔粰C(jī)。現(xiàn)地監(jiān)控以高性能PLC為核心，通過(guò)太網(wǎng)網(wǎng)口與集中監(jiān)控的上位機(jī)進(jìn)行通信。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備數(shù)量，確定采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)形式與水泵保護(hù)裝置、其他智能設(shè)備通訊。

現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備布置在水泵機(jī)組附近。現(xiàn)地控制可分為現(xiàn)地手控控制和現(xiàn)地自動(dòng)控制?，F(xiàn)地手動(dòng)控制一般在檢修、試運(yùn)行或應(yīng)急等情況使用?，F(xiàn)地自動(dòng)控制PLC通過(guò)采集進(jìn)出水池水位、水泵狀態(tài)等參數(shù)，根據(jù)水位情況智能控制水泵起動(dòng)或停止。液位采集由投入式壓力變送器或超聲波液位變送器實(shí)現(xiàn)。變送器把傳感器采集的水位非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化成4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，傳送給PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，多臺(tái)水泵啟停水位可由PLC編程設(shè)置。小型泵站現(xiàn)地自動(dòng)控制也可通過(guò)浮球式液位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。浮球開(kāi)關(guān)通過(guò)液位浮球內(nèi)部微動(dòng)開(kāi)關(guān)的通斷自動(dòng)控制。這種浮球開(kāi)關(guān)安裝簡(jiǎn)單、價(jià)格廉價(jià)。但每個(gè)液位點(diǎn)需要一個(gè)浮球開(kāi)關(guān)，且一旦安裝后，高度調(diào)整不方便。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

中小型污水提升泵站通過(guò)中控室集中監(jiān)控時(shí)，泵站還應(yīng)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，保證現(xiàn)場(chǎng)安全。泵站運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)視泵站運(yùn)行情況。在泵站前池、泵室、管理區(qū)內(nèi)設(shè)置若干攝像頭，通過(guò)雙絞線(xiàn)或光纖傳輸至中控室，供管理人員全面監(jiān)控泵站及周邊情況。

4 結(jié)語(yǔ)

在電氣設(shè)計(jì)中，在滿(mǎn)足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的情況下，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況提升泵站設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)有的高新技術(shù)，設(shè)計(jì)完善安全、節(jié)能、高效、智能的中小型污水提升泵站。

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