魏國文， 丁查明， 王振宇

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381）

隨著污水處理工藝的升級，大型污水處理廠提標(biāo)改造中新增的電氣負(fù)荷相應(yīng)大幅增加，電力系統(tǒng)增容是常見的供電要求；同時污水處理廠在提標(biāo)改造過程中有不停產(chǎn)的要求，給供配電系統(tǒng)方案選擇增加了難度。供電方案選擇不當(dāng)不但會對污水處理廠運(yùn)行造成嚴(yán)重的安全隱患，還會伴隨出現(xiàn)過度投資、系統(tǒng)繁雜、實(shí)施困難等次生問題；如何選定優(yōu)化合理的供電方案是大型污水處理廠提標(biāo)改造工程供配電系統(tǒng)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本文以某城市大型污水處理廠提標(biāo)改造工程供電方案為例，選擇對原廠高壓系統(tǒng)升級改造方案，貫徹執(zhí)行了國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到保障人身安全、供電可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理[1]。

1 工程概況

污水處理廠原老廠建設(shè)規(guī)模為26×104m3/d；完成擴(kuò)建工程一、二期后建設(shè)規(guī)模為64×104m3/d，處理水質(zhì)為二級標(biāo)準(zhǔn)排放；現(xiàn)污水處理廠提標(biāo)改造工程要求設(shè)計(jì)規(guī)模為67×104m3/d，處理水質(zhì)達(dá)到一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。 廠內(nèi)建有一座35 kV 變電站，內(nèi)設(shè)35 kV 高壓系統(tǒng)、35 kV/10 kV/8 000 kVA 主變壓器2 臺及10 kV 高壓系統(tǒng)，2 臺主變壓器同時運(yùn)行。10 kV 系統(tǒng)饋出線為：原老廠區(qū)8路、擴(kuò)建工程一期4路、擴(kuò)建工程二期4路，共16 路。35 kV 電源外線由110 kV 上新河變電站的污水站線及上江線提供2 路電源，電纜通過過江隧道至污水處理廠35 kV變電站。見圖1。

圖1 現(xiàn)狀廠區(qū)35 kV高壓系統(tǒng)結(jié)線

2 工程難點(diǎn)分析

高壓配電裝置的設(shè)計(jì)需做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、便于檢修和維護(hù)[2]。方案選擇的第一個難點(diǎn)是供配電系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟(jì)性的矛盾，在供電系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)上同時滿足工程造價的合理性是供電方案選擇的關(guān)鍵；第二個難點(diǎn)是電氣系統(tǒng)要求簡潔高效、具備可實(shí)施性。

3 供配電方案選擇

3.1 負(fù)荷等級的確定

大型污水處理廠的負(fù)荷等級應(yīng)為二級[3]，原污水處理廠已確定為二級負(fù)荷，改造工程負(fù)荷性質(zhì)不變。根據(jù)該項(xiàng)工程負(fù)荷等級的用電要求，需要兩回路電源供電，一用一備，當(dāng)有一回路中斷供電時，另一回路應(yīng)能滿足全部二級負(fù)荷[4～5]。

3.2 供配電負(fù)荷

在原廠8 座10 kV 分變配電間基礎(chǔ)上新增提標(biāo)擴(kuò)建工程的2 座10 kV 分變配電間，共10 座分10 kV 變配電間。原有的8 座10 kV 分變配電間電氣負(fù)荷按照工藝專業(yè)提出的工藝用電負(fù)荷重新計(jì)算，計(jì)算負(fù)荷、變壓器配置及工況均有重新調(diào)整變化；提標(biāo)擴(kuò)建工程的2 座10 kV 分變配電間用電負(fù)荷為新增負(fù)荷。見表1和圖2。

表1 各10 kV分變配電間負(fù)荷計(jì)算

圖2 污水處理廠提標(biāo)改造工程廠區(qū)供電負(fù)荷分布

3.3 供配電系統(tǒng)方案

以供電安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、高效簡潔、可實(shí)施為原則，結(jié)合污水廠內(nèi)部運(yùn)行管理要求、外部供電允許條件綜合確定供電方案。

3.3.1 方案一

原廠區(qū)35 kV 變電站維持現(xiàn)狀不變，提標(biāo)擴(kuò)建新廠區(qū)部分由供電單位110 kV變電站直接新引入10 kV電源。35 kV 變電站無需增容，現(xiàn)狀2 臺8 000 kVA 主變壓器同時工作方式不變，35 kV系統(tǒng)仍保留由江邊泵站110 kV 變電站引來兩路35 kV 外線電源工作方式。擴(kuò)建的新廠區(qū)新建一座10 kV變電站，由供電單位110 kV變電站直接就近新引入2路10 kV電源。見圖3。

圖3 供電方案一

原35 kV 系統(tǒng)中10 kV 饋出線擬調(diào)整為：原老廠區(qū)6 路，擴(kuò)建工程一期4 路、擴(kuò)建工程二期4 路，利用排放泵房停用的兩路出線新增2 路綜合控制化驗(yàn)中心出線。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是原35 kV變電站基本無電氣設(shè)備改造內(nèi)容，只涉及個別饋出線調(diào)整及繼電保護(hù)定值調(diào)整，能滿足污水廠提標(biāo)改造期間平穩(wěn)生產(chǎn)運(yùn)行要求，安全性較高；另一方面，新廠獨(dú)立新建10 kV高壓配電系統(tǒng)，時效性較好，較容易實(shí)施。

該方案的缺點(diǎn)是原廠高壓系統(tǒng)電氣設(shè)備老化的安全隱患沒有解決；建成后廠內(nèi)有4 路外線電源，存在原35 kV 及新建10 kV 兩個變電站，不利于運(yùn)行管理；老廠2路35 kV、新廠2路10 kV，存在多處計(jì)量點(diǎn)；另一方面新引來2路10 kV電源，新增外線費(fèi)用較高。

3.3.2 方案二

將原35 kV 變電站改造為10 kV 變電站，全廠只設(shè)置一個10 kV 主變壓器配電系統(tǒng)。即原35 kV 系統(tǒng)及主變壓器停用，原由110 kV變電站經(jīng)過江隧道引來的35 kV 外線停用，35 kV2 臺8 000 kVA 主變壓器報(bào)停；對10 kV 系統(tǒng)重新升級改造，由供電單位110 kV變電站直接引入2 路10 kV 電源滿足全廠新老負(fù)荷。見圖4。

圖4 方案二

該方案的優(yōu)點(diǎn)是只設(shè)一個新建的總10 kV 變電站，變配電系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，方便用電管理，安全性高。

該方案的缺點(diǎn)一是原35 kV 變電站報(bào)停，造成原有供電資源嚴(yán)重浪費(fèi)；另一方面，需要供電部門提供的10 kV出線間隔供電容量較大且供電外線實(shí)施費(fèi)用偏高。

3.3.3 供電方案三

將原35 kV 變電站改造增容，新老廠區(qū)供電均由改造增容后的35 kV 變電站供電。原變電站35 kV 主變壓器由8 000 kVA增容至12 500 kVA。見圖5。

圖5 供電方案三

該方案的優(yōu)點(diǎn)是只設(shè)一個35 kV 變電站，方便用電管理，安全性高；只涉及上級變電站一個供電部門，外線電源供電間隔容量及線路仍可滿足本工程要求，外線增容的費(fèi)用因無配電貼費(fèi)而大大降低。

該方案的缺點(diǎn)是原35 kV 變電站內(nèi)改造工程較為復(fù)雜，需做好2 套主變供配電系統(tǒng)改造不停電實(shí)施預(yù)案。

3.4 供電方案的確定

結(jié)合供電部門外部條件及污水處理廠內(nèi)部管理要求，供電方案的確定需考慮以下因素：

1）原35 kV 變電站增容改造具備外部條件，供電的35 kV 電源外線即110 kV 上新河變電站的污水站線及上江線兩路電源供電間隔容量及線路仍可滿足本工程要求，外線增容無配電貼費(fèi)，其費(fèi)用大大降低，相比較方案三經(jīng)濟(jì)性更加合理；

2）污水處理廠經(jīng)過近十幾年滿負(fù)荷運(yùn)行，存在電氣設(shè)備老化、已到使用壽命和部分配件采購不到等問題，給安全運(yùn)行帶來很大隱患；因此原廠區(qū)整體，特別是35 kV 變電站的電氣設(shè)備需要全部更換，方案三可以滿足內(nèi)部運(yùn)行管理的要求；

3）就近提供2 路滿足二級負(fù)荷要求的10 kV 間隔不具備條件，方案一、方案二報(bào)請供電部門外線增容外線費(fèi)用過高。

最終確定方案三為本工程供電方案。

4 結(jié)語

大型污水處理廠提標(biāo)改造工程的供電方案，一定要在供電系統(tǒng)的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)合理上找到平衡點(diǎn)，綜合考慮外部供電條件及污水廠運(yùn)行管理合理等多方面因素確定。本工程在合理兼顧供配電系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性，同時滿足電氣系統(tǒng)高效簡潔、可實(shí)施性的條件下，完成了供配電系統(tǒng)升級改造。