孫正且

（南京市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210008）

1 可研階段的電氣設(shè)計目標(biāo)

污水處理廠可研階段電氣文件編制的主要目標(biāo)為確定污水處理廠用電負(fù)荷等級、估算全廠用電負(fù)荷、確定變壓器容量、確定外部供電電源和電氣系統(tǒng)主接線方式等。

2 可研階段的互提條件

可研階段電氣專業(yè)需要的其他專業(yè)條件：各單體工藝用電設(shè)備功率、綜合辦公樓建筑面積、總圖布置方案。

可研階段電氣專業(yè)向建筑專業(yè)提供的條件：變電所及配電間位置及尺寸。

可研階段電氣專業(yè)向概算專業(yè)提供的條件：計算負(fù)荷、變壓器容量、主要電氣設(shè)備材料表。

3 可研階段的電氣文本內(nèi)容

污水處理廠可研階段電氣專業(yè)文本應(yīng)包括以下內(nèi)容：供電電源、用電負(fù)荷、負(fù)荷性質(zhì)、供配電系統(tǒng)、計量及測量、功率因數(shù)補(bǔ)償、操作電源、繼電保護(hù)設(shè)置、主要用電設(shè)備及啟動方式、電氣設(shè)備選型、新技術(shù)應(yīng)用、變配電設(shè)置及布置、電纜敷設(shè)方式、照明設(shè)計原則、防雷與接地、火災(zāi)報警等[1]。

3.1 供電電源

農(nóng)村污水處理廠可以采用一路電源供電，城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)采用兩路電源供電。當(dāng)只有一路電源時，應(yīng)自備柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組宜隨廠配備、固定安裝。

污水處理廠的供電電源電壓等級應(yīng)根據(jù)其用電容量和當(dāng)?shù)毓╇娋W(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀確定，一般選擇為10kV 或20kV。當(dāng)設(shè)備容量較小且有條件接入0.4kV 低壓電源時，可以采用0.4kV低壓電源供電[3]。

3.2 用電負(fù)荷

中小規(guī)模污水處理廠內(nèi)的用電設(shè)備電壓均為AC220/380V，較大規(guī)模污水處理廠內(nèi)可能存在6kV 或10kV高壓鼓風(fēng)機(jī)或水泵?？裳须A段需要根據(jù)工藝專業(yè)所提設(shè)備用電條件，采用需要系數(shù)法估算出全廠計算負(fù)荷和二級負(fù)荷容量。

3.3 負(fù)荷性質(zhì)

城鎮(zhèn)污水處理廠的供電系統(tǒng)應(yīng)按二級負(fù)荷設(shè)計，重要的污水處理廠內(nèi)的重要部位應(yīng)按一級負(fù)荷設(shè)計[2]。

農(nóng)村污水處理設(shè)施供電可按三級負(fù)荷等級設(shè)計，重要地區(qū)的污水處理設(shè)施宜按二級負(fù)荷等級設(shè)計[4]。

3.4 供配電系統(tǒng)

污水處理廠應(yīng)根據(jù)供電電源、變壓器容量和數(shù)量確定電氣系統(tǒng)主接線的接線方式。當(dāng)一路10kV 電源供電時，10kV系統(tǒng)采用線路變壓器組接線。當(dāng)兩路10kV 電源供電時，常用的系統(tǒng)主接線包括線路變壓器組接線、單母線接線和單母線分段接線三種。

圖1 為污水處理廠中常用的兩種線路變壓器組典型接線，其中接線一適用于變壓器容量315kVA 以下的總變電所、使用油浸變壓器且容量不超過630kVA 的分變電所、使用干式變壓器且容量不超過1250kVA 的分變電所。接線二適用于變壓器容量315kVA～630kVA 的總變電所、使用干式變壓器且容量不大于1250kVA 的總變電所。

圖1 線路變壓器組典型接線

3.5 計量及測量

對線路變壓器組接線，變壓器容量在315kVA 以下時，采用高供低計方式；變壓器容量在315kVA～500kVA 時，宜采用高供高計方式；變壓器容量在630kVA 及以上時，應(yīng)采用高供高計方式；對單母線和單母線分段接線帶多臺變壓器情況，均應(yīng)采用高供高計方式[5]。

電測量儀表的安裝：變壓器低壓側(cè)總進(jìn)線柜安裝三相綜合電能監(jiān)控儀，各配電房低壓進(jìn)線柜安裝三相智能型電力儀表，各配電柜不小于63A 的出線回路安裝三相數(shù)字式電能表，無功補(bǔ)償柜及母聯(lián)柜安裝三相智能型電流表。

3.6 功率因數(shù)補(bǔ)償

污水處理廠一般應(yīng)在變電所0.4kV低壓側(cè)設(shè)靜電電容器進(jìn)行集中動態(tài)無功補(bǔ)償，補(bǔ)償后低壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)達(dá)0.95以上。當(dāng)存在高壓電動機(jī)時，高壓電動機(jī)宜采取就地?zé)o功補(bǔ)償，補(bǔ)償后功率因數(shù)不低于0.9。所有無功補(bǔ)償裝置宜采用成套裝置，0.4kV 無功補(bǔ)償裝置應(yīng)具有過零自動投切功能[5]。

3.7 操作電源

采用中置柜時，高壓斷路器采用真空開關(guān)、彈簧操作機(jī)構(gòu)，其操作電源采用220V 或110V 直流操作電源，直流電源采用全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池成套裝置。

采用環(huán)網(wǎng)柜時，高壓負(fù)荷開關(guān)采用手動操作開關(guān)柜的方式，使用免維護(hù)、永久潤滑的彈簧儲能操作機(jī)構(gòu)，具備擴(kuò)展電動模塊的功能，操作電源就地采用交流220V 電源。

3.8 繼電保護(hù)設(shè)置

以10kV 系統(tǒng)為例，污水處理廠的高壓側(cè)繼電保護(hù)一般設(shè)置如下：1）采用環(huán)網(wǎng)柜時，利用高壓限流熔斷器作為保護(hù)電器。2）進(jìn)線斷路器的作用是延時電流速斷、過電流及延時失壓保護(hù)。3）母聯(lián)斷路器的作用是充電保護(hù)。4）出線斷路器的作用是電流速斷、過電流及單相接地保護(hù)。5）變壓器斷路器的作用是電流速斷、過電流、過負(fù)荷及單相接地保護(hù)。當(dāng)為干式變壓器時，增加溫度保護(hù)；當(dāng)為油浸變壓器時，增加瓦斯保護(hù)和壓力釋放保護(hù)。

3.9 主要用電設(shè)備及啟動方式

污水處理廠的主要用電設(shè)備有水泵、風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、推流器、污泥泵、加藥泵、脫水機(jī)、格柵、輸送機(jī)、電動調(diào)節(jié)堰門、刮泥機(jī)、吸泥機(jī)、電動閥門、電動閘門、電動葫蘆、起重機(jī)等，其中功率較大的設(shè)備通常只有水泵和風(fēng)機(jī)。

除工藝要求變頻外，對功率在變壓器容量15%及以上的電動機(jī)要進(jìn)行啟動壓降計算，不滿足時采取軟啟動方式。對功率低于變壓器容量15%的電動機(jī)一般采取全壓啟動，但考慮“水錘”影響，建議對45kW 及以上的水泵采取具有軟停止功能的軟啟動方式。

圖2 單母線典型接線

3.10 電氣設(shè)備選型

污水處理廠內(nèi)的主要電氣設(shè)備一般按以下選型。1）高壓中置柜：采用金屬鎧裝全密封中置移開式開關(guān)柜，斷路器采用彈簧操作機(jī)構(gòu)的固封式真空斷路器；2）高壓環(huán)網(wǎng)柜：間隔式金屬封閉GIS 開關(guān)設(shè)備，采用負(fù)荷開關(guān)—熔斷器組合電器時，嚴(yán)禁采用不帶撞擊器的組合電器；3）變壓器：S12-M全密封油浸變壓器或SCB12 箔繞組低損耗干式變壓器；4）低壓開關(guān)柜：MNS 抽屜式或GGD 固定低壓開關(guān)柜。

3.11 新技術(shù)應(yīng)用

污水處理廠是重大民生項目，電氣設(shè)計應(yīng)以安全可靠為前提，不采用未經(jīng)證明的新技術(shù)。因此在以往的污水處理廠電氣設(shè)計中，更多的是對環(huán)保節(jié)能新設(shè)備的應(yīng)用，如更低損耗的新型變壓器、更節(jié)能的LED 光源以及更環(huán)保的GIS 開關(guān)柜等。但隨著國家對智慧城市、智慧水務(wù)的要求不斷提高，污水處理廠的智能配電也必將成為趨勢，我們應(yīng)在以后的污水處理廠的電氣設(shè)計中更多的利用智能配電設(shè)備、配電云監(jiān)控等新技術(shù)，使污水處理廠更加智慧化。

3.12 變配電設(shè)置及布置

污水處理廠的變電所應(yīng)在負(fù)荷的中心位置，一般與鼓風(fēng)機(jī)房貼鄰布置；采用就地表面曝氣方式的污水廠變電所可單獨(dú)布置，并應(yīng)靠近曝氣設(shè)備。當(dāng)需要設(shè)有2 個及以上的變電所時，主變電所按以上方式布置，負(fù)責(zé)一級處理部分的用電；分變電所布置在脫水機(jī)房或尾水泵房，負(fù)責(zé)深度處理和污泥部分的用電。分期實施的項目，當(dāng)二期容量較大時，應(yīng)考慮分期實施分變電所。

3.13 電纜敷設(shè)方式

室內(nèi)照明線路采用銅芯塑料線穿難燃PVC 管或鋼管暗敷，室外池上照明線路采用電纜穿鋼管沿走道板暗敷，室外道路照明線路采用電纜穿管埋地敷設(shè)。

室內(nèi)電力線路采用電纜沿電纜溝支架或電纜橋架明敷，出電纜溝和電纜橋架后穿鋼管沿墻或地暗敷。室外電力線路采用電纜沿室外電纜溝支架、電纜排管敷設(shè)，直埋電纜過路或與其他管線交叉時應(yīng)穿鋼管保護(hù)。

3.14 照明設(shè)計原則

對污水處理廠內(nèi)的一般性廠房和相關(guān)輔助場所，均應(yīng)設(shè)置正常照明。設(shè)置備用照明，確保工作的場所停電后，依然可以正常運(yùn)行。設(shè)置安全照明，確保處于潛在危險中的人員所處的安全場所正常運(yùn)行。設(shè)置疏散照明和疏散指示，確保人員安全疏散的出口和通道正常運(yùn)行。污水處理廠內(nèi)各建筑物內(nèi)部照明的照度、功率密度及燈具效率等應(yīng)滿足相應(yīng)國家規(guī)范的要求。特別潮濕的場所，應(yīng)采用相應(yīng)防護(hù)措施的燈具；有腐蝕性氣體或蒸汽的場所，應(yīng)采用相應(yīng)防腐要求的燈具；多塵埃的場所，應(yīng)采用防護(hù)等級不低于IP5X 的燈具；室外場所，應(yīng)采用防護(hù)等級不低于IP54 的燈具；爆炸或火災(zāi)危險的場所，應(yīng)采用相應(yīng)防爆要求的燈具。

3.15 防雷與接地

對污水處理廠內(nèi)具有2 區(qū)或22 區(qū)爆炸危險場所的建筑物，應(yīng)按第二類防雷建筑物設(shè)計防雷措施。

對污水處理廠內(nèi)的一般建構(gòu)筑物均按預(yù)計年雷擊次數(shù)確定其防雷等級，但綜合辦公樓及變配電所等含重要信息電子設(shè)備的建筑物一般至少按第三類防雷建筑物設(shè)置防雷措施。

防雷建筑一般利用設(shè)在屋面的Ф10 熱鍍鋅圓鋼作為接閃帶，第二類防雷要求組成不大于10m×10m 或12m×8m 的網(wǎng)格，第三類防雷要求組成不大于20m×20m 或24m×16m的網(wǎng)格；防雷構(gòu)筑物一般利用池頂金屬欄桿作為接閃器，欄桿鋼管壁厚應(yīng)不小于0.5mm。建筑物宜將鋼筋混凝土屋面、梁、柱、基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為引下線和接地裝置。一般情況下應(yīng)設(shè)不少于2 根專設(shè)引下線，當(dāng)利用全部結(jié)構(gòu)柱內(nèi)鋼筋作為自然引下線時，可不設(shè)專設(shè)引下線。

污水處理廠內(nèi)的10kV 配電裝置采用接地保護(hù)，0.4kV 系統(tǒng)接地型式采用TN-S 系統(tǒng)，接地電阻要求不大于4Ω，當(dāng)信息系統(tǒng)接地與防雷接地共用一接地裝置時，接地電阻應(yīng)不大于1Ω。所有建筑物須做總等電位聯(lián)結(jié)，室外構(gòu)筑物須做局部等電位聯(lián)結(jié)，采用不小于40mm×4mm 的熱鍍鋅扁鋼或走道板頂板鋼筋作為等電位連接線。

3.16 火災(zāi)報警

一般污水處理廠不涉及火災(zāi)報警系統(tǒng)，只有當(dāng)綜合辦公樓面積較大、層數(shù)較高或采用全地下式廠房時，才應(yīng)設(shè)計火災(zāi)報警?？裳须A段火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容一般包括確定保護(hù)等級及系統(tǒng)組成、確定消防控制室位置、確定消防主電源和備用電源的供給等。

4 可研階段的電氣圖紙內(nèi)容

可研階段沒有要求編制電氣圖紙。當(dāng)由10kV 及以上電源供電時，建議參考圖1～圖3 編制一張全廠電氣系統(tǒng)主接線圖，主要目的是以圖紙方式明確供電系統(tǒng)方案和變壓器容量等重要內(nèi)容。

圖3 單母線分段典型接線

5 結(jié)語

可研階段是項目的初始階段，主要圍繞項目的可行性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面進(jìn)行研究，對后續(xù)項目設(shè)計和建設(shè)具有重大指導(dǎo)意義。作為設(shè)計專業(yè)之一，電氣專業(yè)在污水處理廠的可研階段應(yīng)該積極配合，充分熟悉和理解相關(guān)資料和條件，堅決貫徹國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，通過仔細(xì)計算做出最合理的電氣方案。