林生源

（廈門市市政工程設(shè)計院有限公司， 福建 廈門 361000）

0 引言

隨著城市化進程的加快和氣候的變化，近年來，許多城市面臨著大量雨水資源流失、內(nèi)澇頻發(fā)和徑流雨水污染等一系列環(huán)境問題，嚴重影響人們的生活質(zhì)量和城市環(huán)境。因此，通過調(diào)蓄池減少面源污染越來越受到關(guān)注，而調(diào)蓄池電氣設(shè)計的好壞優(yōu)劣直接關(guān)系到調(diào)蓄池以后的調(diào)度運行，起著至關(guān)重要的作用。本文以海滄區(qū)新垵村莊截污調(diào)蓄池站為例，從電氣設(shè)計角度,通過對供配電系統(tǒng)的布局、儀表自動控制2個方面詳細闡述如何對調(diào)蓄池自動化遠程控制，實現(xiàn)對初期雨水收集、調(diào)蓄，從而有效改進新垵村莊的環(huán)境質(zhì)量。

1 供電系統(tǒng)設(shè)計

1.1 供電電源

截污調(diào)蓄池站屬于市政項目，但停電對調(diào)蓄池站及系統(tǒng)的影響較小，故截污調(diào)蓄站采用三級用電負荷。本工程的兩個截污調(diào)蓄池供電電源從地區(qū)電網(wǎng)就近引一回10kV線路供電，配電電壓等級為380/220V。

各水渠截流井的下開式堰門涉及到排洪安全，按二級負荷考慮，本次就近引一路0.4kV電源，并設(shè)置一臺EPS應(yīng)急電源。

1.2 負荷計算

截污調(diào)蓄池站主要用電負荷為：自清洗水平格柵、液動旋轉(zhuǎn)堰門、智能噴射器、閘門以及控制系統(tǒng)等。截污調(diào)蓄池站工藝設(shè)備動力負荷按利用系數(shù)法計算，結(jié)果如下：

新垵村截污調(diào)蓄池全站設(shè)備裝機容量為225kW：

Pjs=156.80kW；Qjs=75.94kVar；Sjs=174.22kVA；COS?=0.9

考慮到截污調(diào)蓄站主要為地下構(gòu)建物，項目用電負荷較大，供電系統(tǒng)設(shè)置一臺預(yù)裝式變電站，包括變壓器、高壓環(huán)網(wǎng)柜、低壓柜。由市電引一回路10kV電源至截污調(diào)蓄站的預(yù)裝式變電站，變電站設(shè)置在截污調(diào)蓄站的旁邊綠化用地內(nèi)。預(yù)裝式變電站內(nèi)變壓器選用SC11-250kVA/10/0.4，變壓器負荷率為69.69%。高壓柜選用SAFE型環(huán)網(wǎng)柜，SAFE型環(huán)網(wǎng)柜具有體積小，運行安全可靠的特點。低壓柜選用GGD固定式開關(guān)柜，經(jīng)濟、體積小，運行安全可靠。

1.3 電動機啟動控制方式

需變速設(shè)備電機采用變頻器運行，功率較大的低壓電動機采用軟啟器啟動，其它小功率低壓電動機可采用直接啟動方式。對于本工程15kW及以上（潛水泵及智能沖洗裝置）低壓電動機采用軟啟器啟動，其余電動機采用直接啟動方式。

所有工藝設(shè)備電氣控制原則上設(shè)計為三處操作：

（1） 直接在控制屏或開關(guān)柜上操作；

（2） 機旁控制箱或機旁按鈕箱上操作；

（3） 遠程控制操作。

1.4 計量、功率因素補償

（1）計量

截污調(diào)蓄站的計量采用高供高計，在箱變進線設(shè)計量柜進行計量。供電回路設(shè)電流測量，電壓測量。主要計量值可通過電量變送器傳輸至控制中心管理系統(tǒng)。

（2）功率因素補償

無功功率補償采用集中方式，在低壓0.4kV母線側(cè)集中進行電容無功功率補償，補償后的功率因數(shù)可達到0.9以上。

1.5 照明及防雷接地

（1）照明

調(diào)蓄池主要為地下構(gòu)建物，故池內(nèi)不設(shè)置照明。在調(diào)蓄站的區(qū)域設(shè)置路燈照明，光源選用LED燈。預(yù)裝式變電站內(nèi)設(shè)LED燈照明。

（2）接地

1）防雷接地

預(yù)裝式變電站設(shè)置避雷針防直擊雷，在預(yù)裝式變電站周圍設(shè)置接地網(wǎng)，并與基礎(chǔ)鋼筋及柱內(nèi)主鋼筋可靠連通，作防雷接地裝置。調(diào)蓄池為地下構(gòu)建物，不設(shè)置防直擊雷裝置。

2）工作及保護接地

電氣系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，站區(qū)的工作、防雷及保護接地共用一套接地裝置，變壓器的中性點直接接地。全站的接地電阻不大于1歐姆。

1.6 電纜敷設(shè)

截污調(diào)蓄站的動力電纜、控制電纜采用穿鋼管直埋敷設(shè)。

2 儀表自動控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計要求

為了調(diào)蓄站能夠安全可靠的運行以及操作人員簡捷準確的操作整個設(shè)備，根據(jù)截污調(diào)蓄站工藝要求，在站區(qū)現(xiàn)場配置必要的檢測儀表、可編程序控制器(PLC)和通信系統(tǒng)，在控制中心設(shè)管理計算機構(gòu)成自動控制管理系統(tǒng)。設(shè)計儀表及測控系統(tǒng)時應(yīng)滿足下列要求：

（1） 高可靠性，盡量簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并保證系統(tǒng)的高穩(wěn)定性。

（2） 高先進性，應(yīng)選擇技術(shù)先進、性能價格高、有潛力的控制系統(tǒng)。

（3） 高容量，合適的精度和數(shù)據(jù)傳輸速率，可容納各種輸入信號。

（4） 系統(tǒng)應(yīng)具有靈活的擴展性，以便后期擴建。

2.2 設(shè)計內(nèi)容

本系統(tǒng)由現(xiàn)場測控終端和控制中心的SCADA智能系統(tǒng)兩部分組成。

（1）現(xiàn)場測控終端

現(xiàn)場測控終端接受在線檢測儀表傳輸來的信號，以及電動機、電動閥門等設(shè)備在運行狀態(tài)信號，對各類信號進行運算和產(chǎn)生程序控制，自動調(diào)節(jié)，并把主要信息通過無線GPRS方式向控制中心的SCADA智能系統(tǒng)傳輸，或接收控制中心SCADA智能系統(tǒng)的指令，進行相應(yīng)操作。

現(xiàn)場測控終端以PLC為核心控制器，自動控制時，對現(xiàn)場設(shè)備進行控制信號輸出，同時采集設(shè)備狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)，形成穩(wěn)定可靠的閉環(huán)控制。

圖1 設(shè)備控制示意圖

現(xiàn)場測控終端可以實現(xiàn)各設(shè)備的自動控制：

a、實現(xiàn)水平格柵的自動控制

當傳感器檢測到水位超過設(shè)定的高度時，油缸開始動作，驅(qū)動耙齒左右移動清理格柵中的固體物質(zhì)，清理的固體物質(zhì)留在污水側(cè)。

b、智能噴射器的自動控制

沖洗過程為：調(diào)蓄池底部的潛污泵對調(diào)蓄池開始排水，當智能噴射器感應(yīng)到調(diào)蓄池水位開始下降時，設(shè)備自動開啟，水泵開始抽水并進行攪拌，水中沉積物處于懸浮狀態(tài)，噴出的水氣混合物對調(diào)蓄池進行同一方向的沖洗，此時設(shè)備不旋轉(zhuǎn)。當調(diào)蓄池內(nèi)水位下降到一半時，設(shè)備開始260°旋轉(zhuǎn)，對調(diào)蓄池進行全方位沖洗。當調(diào)蓄池內(nèi)的水快要排空時，設(shè)備可以利用調(diào)蓄池底部存水區(qū)內(nèi)的水對調(diào)蓄池進行強力沖洗，也可進行定點沖洗，沖洗后的污水經(jīng)過調(diào)蓄池底部的潛污泵排出調(diào)蓄池外。

c、最大流量控制閘門的自動控制

控制系統(tǒng)通過電磁流量計對出口流量位進行檢測，同時采集電控閘門的開度位置信號進行計算后，發(fā)出控制指令，調(diào)控電動閥門的開度，使排水量達到預(yù)設(shè)值，實現(xiàn)精確的維持恒定流量。

d、液動旋轉(zhuǎn)堰門的自動控制

控制系統(tǒng)通過超聲波液位傳感器對調(diào)蓄池水位進行檢測，當調(diào)蓄池達到最高水位時，控制系統(tǒng)自動控制液動旋轉(zhuǎn)堰門關(guān)閉，從而防止調(diào)蓄池繼續(xù)進水。

（2）SCADA智能控制系統(tǒng)

調(diào)蓄池在控制中心設(shè)有SCADA智能控制系統(tǒng)。SCADA智能控制系統(tǒng)通過無線GPRS通信方式將現(xiàn)場測控終端傳送的各類實時數(shù)據(jù)和信號，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、動態(tài)畫面顯示、故障報警、趨勢曲線繪制、各類報表打印等過程監(jiān)測及管理功能。

具體來說，SCADA智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：

a.可以實時監(jiān)測緩沖池、調(diào)蓄池的水位；

b.可以實時查看水平格柵、最大流量控制、水泵、噴射器、液動旋轉(zhuǎn)堰門等各設(shè)備的運行狀態(tài)；

c.如果需要，可以遠程控制各設(shè)備的運行;

現(xiàn)場監(jiān)測到的數(shù)據(jù)（水質(zhì)、水位等）可通過現(xiàn)場測控終端進行傳輸和分析，從而控制調(diào)蓄池各設(shè)備的運行。

（3）調(diào)蓄池自動控制過程

a.流程初始化，液動旋轉(zhuǎn)堰門處于關(guān)閉狀態(tài)。最大流量控制閘門處在設(shè)定的流量控制值內(nèi)，即污水處理廠最大處理流量。智能噴射器旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的初始位置，其他電機設(shè)備處于停止狀態(tài)。

b.降雨發(fā)生時，當液位傳感器感應(yīng)到雨水達到設(shè)定值時，反饋到PLC，根據(jù)工藝需求和污水處理廠實際處理污水能力控制最大流量控制閘門的電機驅(qū)動正反轉(zhuǎn)來控制閘門的開度。當出水管達到最大設(shè)計排水流量時，一部分混合污水（初期雨水+污水）進入污水處理廠進行處理，剩余的污水會在緩沖池中蓄積，當液位傳感器感應(yīng)到雨水達到水平格柵的進水高度時，液位感應(yīng)器感應(yīng)到的水位輸入到PLC，然后驅(qū)動液壓站的液壓泵和控制液動旋轉(zhuǎn)堰門打開電磁閥，控制液動旋轉(zhuǎn)堰門打開，初期雨水進入調(diào)蓄池。當安裝在液動旋轉(zhuǎn)堰門開到位的行程開關(guān)感應(yīng)到液動旋轉(zhuǎn)堰門打開了，會把一個開關(guān)量輸入給PLC，停止液壓泵和液壓電磁閥的運行，同時驅(qū)動格柵水平耙齒的液壓電磁閥，水平耙齒的左右兩個極限位置，均有行程感應(yīng)開關(guān)，當左邊行程開關(guān)感應(yīng)到輸入到PLC機會自動驅(qū)動向右移動的電磁閥，即當液位傳感器檢測到水位達到水平格柵的進水高度時，油缸開始動作，驅(qū)動耙齒左右移動清理格柵中的固體物質(zhì)，清理的固體物質(zhì)留在污水側(cè)。

c.當調(diào)蓄池蓄滿水后，調(diào)蓄池內(nèi)的液位傳感器將水位信號輸入到PLC，驅(qū)動液壓泵使液動旋轉(zhuǎn)堰門關(guān)閉，直到感應(yīng)到液動旋轉(zhuǎn)堰門關(guān)到位的行程開關(guān)的信號。

當降雨繼續(xù)進行，調(diào)蓄池蓄滿，緩沖池的水位會繼續(xù)上升，當排放口的水位高于自然水體的水位時，溢流井內(nèi)的閘門自動打開，排放口的后期雨水通過截流井直接排入自然水體，達到不影響泄洪效果。此時的雷達感應(yīng)器感應(yīng)到的水位輸入到PLC，驅(qū)動溢流井的液動下開式閘門打開。

d.當降雨停止時，緩沖廊道內(nèi)的液位傳感器反饋的液位降低到設(shè)定值時，調(diào)蓄池的潛污泵開始運行，將調(diào)蓄池雨水抽入緩沖池。如果調(diào)蓄池的液位傳感器感應(yīng)到水位低于設(shè)定值時，智能噴射器的潛水泵開始運行，主要是將水向一個方向沖刷，智能噴射器不旋轉(zhuǎn)。水位繼續(xù)降低，當池中的水位下降約到一半時，液位傳感器將感應(yīng)到水位，將信號輸入到PLC，控制智能噴射器左右擺動，驅(qū)動電機開始由正到反不停旋轉(zhuǎn)，智能噴射器內(nèi)的水氣混合體對調(diào)蓄池內(nèi)的沉積物進行沖刷。沖洗后的污水通過潛污泵抽到緩沖池，最后排入污水處理廠。

2.3 儀表配線和電纜敷設(shè)

儀表配線應(yīng)用抗干擾性能較好的屏蔽電纜，并應(yīng)盡可能避開強電系統(tǒng)敷設(shè)。儀表電纜均穿鋼管埋地敷設(shè)。

2.4 儀表安裝布置

電量變送器布置在現(xiàn)場電控柜內(nèi)，工藝檢測儀表布置于現(xiàn)場，儀表變送部分放在儀表箱內(nèi)，儀表箱在露天應(yīng)選用防水型。