林浩

（廈門市政環(huán)境科技股份有限公司，福建 廈門 361009）

0 引言

近年來，隨著我國樹立踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，環(huán)境保護(hù)已成為基本國策，污水處理更是屬于各級環(huán)保督察重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)。因此有必要加強(qiáng)污水處理廠的電氣自控設(shè)備設(shè)置及日常運(yùn)行管理，保障污水處理廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 污水處理廠電氣系統(tǒng)設(shè)置方法

1.1 合理布置配電系統(tǒng)，提高供電可靠性

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-2009）、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 16-2008），目前國內(nèi)污水處理廠供電負(fù)荷為二級負(fù)荷[1-2]。二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。我司下屬各污水處理廠均采用兩根電纜組成電纜線路供電，其每根電纜應(yīng)能承受100%的二級負(fù)荷，供電安全保障能力較強(qiáng)。

筆者對公司現(xiàn)有污水處理廠配電系統(tǒng)進(jìn)行梳理改造，將污水處理廠高低壓供電系統(tǒng)接線型式及運(yùn)行方式通過專項(xiàng)改造項(xiàng)目進(jìn)行了統(tǒng)一。總、分配電室高壓采用雙進(jìn)線供電，總配高壓系統(tǒng)接線型式為單母線分段聯(lián)絡(luò)接線，低壓系統(tǒng)接線型式為單母線分段聯(lián)絡(luò)接線；分配高壓系統(tǒng)接線型式為單母線分段不聯(lián)絡(luò)接線，低壓系統(tǒng)接線型式為單母線分段聯(lián)絡(luò)接線。通過上述形式改造，污水處理廠供電可靠性得以大大提升。

1.2 采取有效措施，提高供電安全性

為保障污水處理廠安全運(yùn)行，我司開展企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)分級管控與隱患排查治理雙機(jī)制建設(shè)，對生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識，其中配電室作為重大危險(xiǎn)源管理，因此非常有必要采取有效的電氣措施及配電室標(biāo)準(zhǔn)化配置措施提高配電系統(tǒng)安全性。

電氣措施一般通過設(shè)置完善的微機(jī)保護(hù)裝置、采取可靠的閉鎖方式等電氣措施保障配電系統(tǒng)安全性：

配電室進(jìn)出線柜采用保護(hù)、測控一體化的微機(jī)裝置，監(jiān)控選用饋線型保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)出線的過流速斷、零序保護(hù)及測控。進(jìn)線PT柜的有關(guān)信號接入本段的臨近饋線柜保護(hù)裝置；遠(yuǎn)方、就地信號應(yīng)一并接入本柜微機(jī)保護(hù)裝置[3]。

閉鎖設(shè)置是配電系統(tǒng)安全保障的核心。高壓開關(guān)柜應(yīng)滿足“五防”閉鎖要求；變壓器門應(yīng)與相應(yīng)10KV出線柜設(shè)電氣閉鎖，同時(shí)加裝電磁鎖，防止誤入帶電間隔；高低壓I回路進(jìn)線開關(guān)、II回路進(jìn)線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)應(yīng)配分勵(lì)、過流、失壓脫扣器，互為聯(lián)鎖，保證它們之間最多只能兩臺同時(shí)處于合閘狀態(tài)，防止任一開關(guān)退至檢修位置時(shí)造成全站或部分失電。

通過完備的閉鎖保護(hù)，保證運(yùn)維人員進(jìn)入配電室操作時(shí)無法接觸到帶電部分發(fā)生危險(xiǎn)，同時(shí)杜絕因誤操作造成配電系統(tǒng)發(fā)生安全事故。

2 污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)置方法

2.1 合理進(jìn)行設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)智慧化運(yùn)行

污水處理廠自控設(shè)計(jì)一般遵循實(shí)用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性的原則。我司根據(jù)這個(gè)原則，形成污水處理廠自控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)污水廠設(shè)備分級控制。

運(yùn)行管理調(diào)度級，即通過廠區(qū)運(yùn)行管理決策系統(tǒng)軟件中預(yù)設(shè)的運(yùn)行控制模式預(yù)案，或根據(jù)歷史運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的運(yùn)行方式給出的調(diào)度運(yùn)行建議，并結(jié)合管理人員人工調(diào)度決策結(jié)論向中央控制級下達(dá)調(diào)度命令，中央監(jiān)控級操作人員根據(jù)調(diào)度命令進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)修改及設(shè)備控制；中央控制級，即通過各廠自控系統(tǒng)中央控制室的中央控制站計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的方式（有些污水廠中控室即調(diào)度室）。其作用在于采集和儲存污水廠自動(dòng)運(yùn)行的所有設(shè)備和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)；現(xiàn)場PLC自動(dòng)控制級，即現(xiàn)場控制站PLC控制方式，設(shè)備的運(yùn)行完全由PLC根據(jù)各儀表、設(shè)備測量參數(shù)以及設(shè)定的運(yùn)行參數(shù)來自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行；現(xiàn)場手動(dòng)（MMI）控制級，即每個(gè)現(xiàn)場控制站就地人機(jī)界面（MMI）如：觸摸屏、現(xiàn)場操作站等，操作人員通過現(xiàn)場人機(jī)界面（MMI）輸入控制指令或修改運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場軟手動(dòng)操作，運(yùn)行數(shù)據(jù)送中央控制站；就地手動(dòng)控制級即通過就地電控（箱）柜上的現(xiàn)場按鈕控制方式[4]。

2.2 著力建立智慧管理平臺，提升運(yùn)營水平

我司于2017年起，對所屬各污水廠進(jìn)行提標(biāo)改造，除了提升污水處理工藝，著重對現(xiàn)有陳舊落后的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行更新改造升級，綜合污水廠處理工藝過程、構(gòu)筑物布局、設(shè)備和檢測儀表分布等相關(guān)因素，新設(shè)一套智慧污水運(yùn)營管理平臺。

我司以三維數(shù)字化模型及工藝建模模型為核心構(gòu)建適合企業(yè)自身需求的污水廠智慧運(yùn)營管理平臺：對每一個(gè)污水處理廠進(jìn)行全廠、工藝段三維數(shù)字模型搭建，采用高空相機(jī)、平面巡視相機(jī)等視角建模，可形象展示具體廠站三維立體空間的結(jié)構(gòu)、工藝段、運(yùn)行實(shí)景的模擬情況，達(dá)到實(shí)景體驗(yàn)、有效監(jiān)管的目標(biāo)。同時(shí)根據(jù)調(diào)控目標(biāo)的不同，設(shè)計(jì)不同的服務(wù)模塊，包括進(jìn)水單元分析模塊、工藝運(yùn)行狀態(tài)分析模塊、投加碳源優(yōu)化模塊、智能曝氣模塊、化學(xué)除磷優(yōu)化模塊、整體能耗分析模塊等。利用生物建模技術(shù)（離線生物建模）和大數(shù)據(jù)建模智能分析技術(shù)（基于歷史數(shù)據(jù)分析建模），提供上述模塊的風(fēng)險(xiǎn)控制參數(shù)表和工藝運(yùn)行優(yōu)化方案，從而將運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降到最低、減少能耗藥耗，實(shí)現(xiàn)污水廠的高效運(yùn)行。

圖1 （污水處理廠深度處理段3D建模效果圖）

我司在公司總部建立總調(diào)度室，并將各廠智慧污水廠運(yùn)管平臺，通過VPN專線，采用接入云計(jì)算服務(wù)中心的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算存儲，實(shí)現(xiàn)更便捷有效的管理方式。

3 加強(qiáng)電氣自控設(shè)備的日常維護(hù)

污水廠因占地面積大、設(shè)備分散的特點(diǎn)，電氣系統(tǒng)一般都設(shè)有一個(gè)總配及數(shù)個(gè)分配，已達(dá)到配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性。從供電便捷和節(jié)約用地角度考慮，配電室一般與工藝處理段構(gòu)筑物合建，如配電室與生化池、鼓風(fēng)機(jī)房、加氯消毒車間合建等等。這就意味著，污水處理過程產(chǎn)生的硫化氫等容易造成設(shè)備嚴(yán)重腐蝕的氣體，可直接影響電氣設(shè)備運(yùn)行。因此非常有必要加強(qiáng)對電氣設(shè)備的巡視維護(hù)。

我司通過智慧污水運(yùn)管平臺的智慧巡養(yǎng)系統(tǒng)，形成一整套規(guī)范化設(shè)備保養(yǎng)管理制度。這里與大家交流電氣自控系統(tǒng)主設(shè)備的一些維護(hù)保養(yǎng)心得。

3.1 高壓設(shè)備的巡視和維護(hù)工作

高低壓柜投入運(yùn)行后，要保證高壓設(shè)備在惡劣的污水處理環(huán)境中穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行，關(guān)鍵在于提高維護(hù)保養(yǎng)頻次和標(biāo)準(zhǔn)。

對于比較常見的故障部位和重要部位，如低壓室、母線室、電纜室等，進(jìn)行重點(diǎn)檢查保養(yǎng)。尤其應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注斷路器室航空插座、活門機(jī)構(gòu)、靜觸頭盒及靜觸頭；電纜室避雷器、接地開關(guān)、靜觸頭盒、下分支母線；母線室上分支母線、壓力釋放板等部位的檢查及保養(yǎng)。

近年我司嚴(yán)格執(zhí)行周期制保養(yǎng)制度，取得了明顯的效果。經(jīng)過常態(tài)化保養(yǎng)，解決了諸多設(shè)備隱性問題，如通過緊固主母線螺栓避免因螺栓松動(dòng)引起的電弧事故；檢查維護(hù) PT 車，有效預(yù)防 PT 絕緣破損及二次錯(cuò)誤導(dǎo)致的事故等等。

這里將一個(gè)梅花觸指狀態(tài)異常的問題作為典型案例與讀者分享。我司同安污水處理廠使用的斷路器為VD4 型真空斷路器共 8 臺，2008 年投入運(yùn)行。一次例行維護(hù)時(shí)，保養(yǎng)人員發(fā)現(xiàn)斷路器操作機(jī)構(gòu)的儲能切換盤可能由于油脂卡澀或異物等原因?qū)е缕渥冃?，該機(jī)構(gòu)變形可引發(fā)斷路器儲能系統(tǒng)故障，無法儲能，致使設(shè)備無法合分閘。此類故障我司操作人員暫時(shí)無能力修復(fù)，經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)工程師對開關(guān)柜進(jìn)一步檢查和維修，解決了存在問題，消除一個(gè)重大安全隱患。

3.2 低壓設(shè)備的巡視和維護(hù)工作

低壓框架開關(guān)是保障設(shè)備安全，供電安全的關(guān)鍵。因此，在眾多低壓設(shè)備的保養(yǎng)項(xiàng)目中，我司將低壓框架斷路器的保養(yǎng)作為重點(diǎn)保養(yǎng)項(xiàng)目[5]。

雖然大多數(shù)用戶會(huì)定期對低壓配電室進(jìn)行檢修、除塵，但是大多數(shù)操作人員旺旺不會(huì)對包含框架開關(guān)在內(nèi)的元器件進(jìn)行細(xì)致的維護(hù)。低壓元器件經(jīng)過多年的運(yùn)行，其中的操作機(jī)構(gòu)、機(jī)械連接方面都可能存在的隱患。比如：絕緣失效、彈簧無法復(fù)位、缺少潤滑、接觸不良、機(jī)構(gòu)卡塞等等，容易引發(fā)操作故障，甚至產(chǎn)生安全事故。

為了防止故障發(fā)生，我司原來常用的檢查手段主要通過低壓設(shè)備年檢，按照常規(guī)的項(xiàng)目要求對開關(guān)柜進(jìn)行測試，來判斷當(dāng)前設(shè)備是否能通過試驗(yàn)。而很多情況下，故障隱患在年檢的過程中不能提早發(fā)現(xiàn)。筆者對此結(jié)合我司實(shí)際情況，制定專項(xiàng)框架斷路器維護(hù)保養(yǎng)制度。

框架斷路器的維護(hù)保養(yǎng)一般可分為：斷路器保養(yǎng)（包括除塵、除銹、加油、潤滑、清潔）、保護(hù)單元檢測、合閘接觸電阻測試、絕緣電阻測試等步驟。具體維護(hù)項(xiàng)目包含斷路器外觀檢查、斷路器滅弧室檢查、斷路器內(nèi)部（機(jī)械）檢查、斷路器絕緣檢查、斷路器觸頭檢查等。

根據(jù)專業(yè)的維護(hù)保養(yǎng)方案，以當(dāng)前實(shí)際工況為依據(jù)，通過嚴(yán)格的現(xiàn)場檢測，識別出故障的早期特征，對開關(guān)的薄弱環(huán)節(jié)及發(fā)展趨勢作出科學(xué)判斷，并提出有效的處理措施，真正的做到防患于未然。

3.3 自控系統(tǒng)及儀表的巡視和維護(hù)工作

目前國內(nèi)污水處理廠基本都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，如果把電氣系統(tǒng)比喻為污水處理廠的心臟，那么自控系統(tǒng)就是污水處理廠的大腦。全廠自控系統(tǒng)主要由軟件（智慧污水廠運(yùn)管平臺、SCADA軟件）、儀表（液位計(jì)、過程儀表、檢測儀表）和PLC站三大部分組成。

軟件因涉及專利權(quán)，在運(yùn)行界面及操作控件滿足使用的前提下，基本沒有需要日常維護(hù)的內(nèi)容。PLC站的CPU、電源模塊、輸入輸出模塊等均為高度集成電子產(chǎn)品，進(jìn)行日常常規(guī)維護(hù)即可，如：檢查接地是否牢靠、以免雷暴擊穿PLC模塊；定期做好PLC柜除塵；隨時(shí)緊固有松動(dòng)的螺釘?shù)取?/p>

污水處理廠各工藝段遍布液位計(jì)、流量計(jì)等過程儀表及檢測儀表，實(shí)時(shí)傳遞工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)。目前污水處理廠使用的儀表采取投入式即電極法檢測的占較大比例，涉及不銹鋼電極、合金電極、鉑金電極等。電極長期浸沒于污水中使用，若不及時(shí)清洗維護(hù)，容易結(jié)垢影響檢測效果及使用壽命。應(yīng)根據(jù)不同的電極采取相應(yīng)的維護(hù)方式。如在氧化溝使用的溶解氧儀、還原氧儀，建議每周將電極拉起用清水清潔一次；而在深度處理段使用的硝氮儀，建議每三天用5%稀鹽酸清洗一次電極。

自控儀表及PLC均為精密儀器設(shè)備，要求維護(hù)人員理解和掌握設(shè)備的構(gòu)造和工作原理，針對運(yùn)維過程中發(fā)現(xiàn)的故障情況進(jìn)行深入分析，方能找到解決問題的正確方法。我司某污水處理廠反硝化工藝段進(jìn)水硝氮檢測儀為電極法檢測儀表，操作人員嚴(yán)格遵守維護(hù)手冊規(guī)定，每三天用5%稀鹽酸對電極進(jìn)行清洗，但是僅過幾個(gè)小時(shí)，檢測數(shù)據(jù)就出現(xiàn)波動(dòng)。為解決該問題，操作人員加大清洗頻次，改為每天清洗一次，問題依然存在。經(jīng)查閱儀表使用說明，結(jié)合安裝現(xiàn)場實(shí)際情況，班組組織研究討論，初步判斷問題原因?yàn)榘惭b位置不正確：現(xiàn)狀安裝位置在水流平緩段，水中雜質(zhì)容易在電極上聚集結(jié)垢，影響電極檢測。操作人員將儀表調(diào)整至上一工藝段出水處安裝，該位置水流流速大，雜質(zhì)無法聚集于電極表面。調(diào)整安裝后，問題迎刃而解，儀表正常工作。

4 結(jié)語

近年來，中央環(huán)保部門對生態(tài)環(huán)境整理督察力度不斷加大，國內(nèi)各污水處理廠逐步規(guī)范運(yùn)行維護(hù)工作，保證污水處理廠安全穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放，提高污水處理廠運(yùn)行效率和管理水平，全面提升污水處理能力。因此必須采取有效措施，強(qiáng)化污水處理廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前許多污水處理廠注重污水處理工藝及設(shè)備，積極探索新工藝、嘗試使用新設(shè)備，但對于污水處理廠“心臟”和“大腦”卻不重視，認(rèn)為每年進(jìn)行電氣設(shè)備年檢就足夠了。污水處理廠應(yīng)具備強(qiáng)有力的電氣系統(tǒng)以及先進(jìn)的自控系統(tǒng)，以便保障污水處理廠穩(wěn)定高效運(yùn)行、增強(qiáng)企業(yè)效益。我司根據(jù)自身運(yùn)行實(shí)際情況，制定了完善的電氣自控設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度和管理辦法，采取一系列措施，取得了一定成效，今后將繼續(xù)積極探索總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。