方呈林

[摘? ? 要]城市面源污染是河流的污染源之一，修建雨水調蓄池是有效控制初期雨水污染的措施。以南淝河中游調蓄池電氣及自動化控制設計為例，從供電系統(tǒng)、自控系統(tǒng)詳細論述了大型初期雨水調蓄池的電氣設計要點。

[關鍵詞]調蓄池;供電系統(tǒng);自控系統(tǒng);智能視頻巡檢系統(tǒng)

[中圖分類號]TV734 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–00–04

Analysis of the Main Points of Electrical Design of the Rainwater

Regulation and Storage Project in Nanfeihe River

Fang Cheng-lin

[Abstract]Urban non-point source pollution is one of the pollution sources of rivers. The construction of rainwater storage tanks is an effective measure to control the initial rainwater pollution. The main points of electrical design of large-scale initial rainwater storage tanks are systematically discussed in detail.

[Keywords]regulating battery; power supply system; automatic control system; intelligent video inspection system

在過去的半個世紀，發(fā)達國家為保護城市水環(huán)境先后對排水系統(tǒng)進行改造，把建設調蓄池作為重要措施[1]。2021年4月，南淝河中游調蓄池作為南淝河中游重點排口初雨污染控制工程的重要節(jié)點正式順利投運，將南淝河中游二里河泵站、礦機泵站、池郢泵站和西李郢泵站收集的初期雨水，經(jīng)智慧截流系統(tǒng)轉輸至調蓄站后提升至小倉房污水處理廠。有效削減南淝河中游21平方公里的初期雨水對南淝河水體的污染，助推南淝河水質進一步提升，從而改善巢湖水質。此外，本工程還兼顧城區(qū)防汛排澇功能。

1 工程概況

本工程是南淝河2020年水體達標項目，該項目在巢湖南路與銅陵路交口東北200m處新建容量為5萬m3、埋深15～23m的初雨調蓄站1座;新建總長2700m的截流管（截流管徑分別為Φ1200～Φ3000，深度15～18m），總調蓄容量為7.7萬m3，為目前安徽省最大的單體調蓄工程，總概算投資為4.6億元。通過修建雨水調蓄設施，可以提高污水收集截流能力，降低溢流頻率和溢流量，經(jīng)濟有效地控制初期雨水和合流污水的污染[2]。

調蓄池選址在濱水公園內東部地塊，因調蓄池開挖恢復景觀區(qū)域，在地埋式水體凈化設施上部覆土空間恢復打造生態(tài)觀賞游園。變配電間結合現(xiàn)狀西里郢泵站進行電氣設施整合擴建（圖1）。

2 供電系統(tǒng)設計

2.1 現(xiàn)狀供電情況

現(xiàn)狀西里郢泵站主要用電負荷為4臺335 kW潛水泵，額定電壓660 V;2臺145 kW潛水泵，額定電壓380 V;現(xiàn)狀10 kV供電電源采用雙回路，一用一備，2臺1 000 kVA變壓器為4臺335 kW潛水泵提供電源。其余站內低壓負荷由2臺250 kVA變壓器供電。

2.2 負荷等級及供電電源

參考《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052—2009）及《城鎮(zhèn)雨水調蓄工程技術規(guī)范》（GB51174—2017），雨水調蓄池工程作為城鎮(zhèn)雨水調蓄相關建設中的一環(huán)，若雨水調蓄池發(fā)生用電故障甚至停電，將可能導致城鎮(zhèn)內澇等情況出現(xiàn)。考慮其對政治及經(jīng)濟的影響，雨水調蓄池的主要用電負荷為二級用電負荷[3]，采用雙回路電源供電。

由于現(xiàn)狀西里郢泵站建于2003年，至今已運行15a，泵站的電氣設備老化嚴重，超出電氣設備安全運行的年限。本次對原西里郢泵站高低壓系統(tǒng)的所有電氣設備全部拆除更新。新建調蓄工程的主要用電負荷為6臺280 kW潛污泵，額定電壓10 kV。新建調蓄工程結合現(xiàn)狀西里郢泵站進行電氣設施整合，10 kV變配電系統(tǒng)采用雙回路供電（對原有供電容量擴容，每路電源負責100%負荷）;更新2臺1 000 kVA變壓器，其余站內的所有低壓負荷由新建的2臺500 kVA變壓器供電。

2.3 變配電系統(tǒng)設計

2.3.1 電氣主接線

變電所10 kV高壓側和0.4 kV低壓側均采用單母線分段帶聯(lián)絡的接線方式。高低壓系統(tǒng)中兩臺進線柜進線斷路器與聯(lián)絡柜斷路器均采用三鎖二鑰匙機械聯(lián)鎖及電氣聯(lián)鎖，確保電氣操作的安全性。

2.3.2 繼電保護設置

根據(jù)《泵站設計規(guī)范》（GB50265—2010）及《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》（GB/T50062—2008）的規(guī)定，對本站繼電保護系統(tǒng)進行配置，保護裝置選用國內成熟的定型微機保護裝置。具體保護配置有：

（1）10 kV電動機電壓母線的保護

帶時限電流速斷保護：動作于斷開進線斷路器。

過負荷保護：用于防止過負荷引起10 kV電動機電壓母線過電流，保護延時動作于發(fā)出故障信號。

低電壓保護：電壓整定值為40%～50%額定電壓，時限為1 s，動作于進線斷路器。

單相接地故障監(jiān)視：保護動作于信號。

（2）10 kV電動機保護

低電壓保護：用于防止電動機自起動，電壓整定值為40%～50%額定電壓，保護延時0.5 s，動作于跳開電動機斷路器。

過負荷保護：用于防止過負荷引起電動機過電流，保護分二個時限，第一時限動作于發(fā)出故障信號，第二時限動作于斷開斷路器。

溫度保護：軸承溫度升高和過高保護。溫度升高動作于發(fā)出故障信號;溫度過高動作于跳開電動機斷路器。

電流速斷保護：動作于斷開斷路器。

過電流保護：作為外部相間短路引起電機過電流的后備保護。

（3）其他

0.4 kV低壓進線總開關設延時速斷、長延時過電流、帶時限低電壓保護及單相接地保護。

0.4 kV低壓母聯(lián)開關設過載延時，短路短延時和瞬時保護。

低壓用電設備及饋線電纜設置短路保護和過負荷保護。

低壓電動機保護回路設短路、接地故障及過載等保護。

低壓潛水泵等電動機除常規(guī)保護（短路、接地故障及過載）外，還設有泄漏、溫度等特殊保護。

2.3.3 機組起動及無功補償方式

為減少機組起動對電網(wǎng)電壓波動的影響及對電動機的沖擊，同時適應水泵的運行工況，新增6臺280 kW潛污泵電動機采用高壓軟起方式?，F(xiàn)狀西里郢泵站水泵起動方式不變，采取一拖一低壓軟起動方式。

10 kV高壓電機采用高壓就地補償柜就地單機補償，0.4 kV低壓用電負荷采用在變電所低壓側設置集中補償方式的無功功率自動補償裝置。補償后10 kV高壓電源進線處功率因數(shù)達到0.95以上，滿足當?shù)毓╇姴块T要求

2.3.4 過電壓保護、防雷與接地

為防止直擊雷損壞電氣設備，在廠房頂部女兒墻或屋檐裝設避雷帶（網(wǎng)）作接閃器，并利用廠房四周的柱內鋼筋作避雷帶（網(wǎng)）的接地引下線，同時以主泵房基礎、底板內的鋼筋作自然接地體。引下線與接閃器、接地體應有可靠的電氣連接。為防止雷電波沿輸電線路侵入損壞變壓器及其他電氣設備，本站在10 kV母線上裝設了一組氧化鋅避雷器。同時為防止真空斷路器操作時產(chǎn)生的操作過電壓對設備的絕緣，特別是主電動機的絕緣造成威脅，在每個真空斷路器回路均裝設操作過電壓吸收裝置。低壓配電柜、動力配電箱、現(xiàn)場配電箱等進線處設置SPD電涌保護裝置。進出防雷保護區(qū)的金屬線路加裝防雷保護器。

調蓄池內廠房和變電所的電氣設備接地裝置，按照有關規(guī)程規(guī)定進行設計，并將10 kV進線段、廠房與進水閘、出水閘鋼筋混凝土底板中的主鋼筋構成的自然接地網(wǎng)用-50x6鍍鋅扁鐵可靠連接，形成一個完整的接地網(wǎng)，供配電系統(tǒng)與儀表自動控制系統(tǒng)的公共接地電阻Rd≤1 Ω[3]。所有電氣設備的金屬外殼及構架均與接地網(wǎng)可靠連接。

3 儀表與自控系統(tǒng)設計

3.1 設計原則

為了調蓄站能夠安全可靠運行以及操作人員簡捷準確地操作整個設備，根據(jù)截污調蓄站工藝要求，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)，在控制中心設置管理計算機構成自動控制管理系統(tǒng)[4]。

本工程在線檢測儀表以適用性、可靠性、先進性、經(jīng)濟性為原則設計，充分考慮處理規(guī)模、工藝特點及控制要求等綜合因素，對設備運行參數(shù)及工作狀態(tài)等進行實時監(jiān)測。

本工程自動控制系統(tǒng)以可靠性、先進性、開放性、實用性為原則設計，由檢測執(zhí)行級、現(xiàn)場控制級、中央監(jiān)控級組成集中管理、分散控制的集散型控制系統(tǒng)，保證機電設備運行的安全和穩(wěn)定，保障處理效果，降低運行成本，減輕勞動強度，改善操作環(huán)境，滿足現(xiàn)代化科學生產(chǎn)管理的需要。

本工程通訊網(wǎng)絡以開放性、可靠性、靈活性、遠期可擴展性為原則設計，滿足自控系統(tǒng)覆蓋地域廣、傳輸數(shù)據(jù)量大、可靠性要求高及便于遠期擴展的要求。

本工程視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)以先進性、可靠性、經(jīng)濟性及可擴展性為原則設計，對重要區(qū)域進行宏觀動態(tài)監(jiān)視，滿足流域運營管理和安全防范的需要。

3.2 設計內容

本工程主要包括初期雨水調蓄工程調蓄站自動化系統(tǒng)和水質水量監(jiān)測管理系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、線纜敷設及雷電防護與接地安全。其中，水質水量監(jiān)測管理系統(tǒng)屬于初期雨水治理工程配套排口截流井閘門電氣控制及排口水質水量的在線監(jiān)測設計。

3.3 設計構架

本工程自控系統(tǒng)設計以濱水公園調蓄站作為本次水環(huán)境綜合治理工程的（二級）區(qū)域監(jiān)控中心，負責采集本工程內調蓄站、現(xiàn)狀西李郢排澇泵站、排口截流井啟閉機及水質水量監(jiān)測和視頻監(jiān)控等各類信息，系統(tǒng)主要包括：初期雨水調蓄站及現(xiàn)狀西李郢排澇泵站自動化系統(tǒng)、排口水質水量監(jiān)測管理系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。通過濱水公園調蓄站區(qū)域監(jiān)控中心平臺的建設，使管理者全面掌控流域內機電設備、水質水量等重要節(jié)點的數(shù)據(jù)參數(shù)及關鍵區(qū)域畫面的實時信息，實現(xiàn)對水體污染及突發(fā)事件等預警預報，為水質保障、應急響應、調度管理提供平臺，實現(xiàn)流域智能管理（圖2）。

4 智能視頻巡檢系統(tǒng)

調蓄池建成后無法觀測池內情況，因而無法了解池內設備狀況和環(huán)境參數(shù)。目前以目視觀察法為主，需要在池板上開觀察孔并安裝有毒有害氣體檢測儀表，增加了操作人員的工作強度及危險性。為解決這一問題，考慮在調蓄池內設置智能視頻巡檢設備（圖3），可以在頂板下進行機械巡檢，不僅減少人員勞動強度而且保障管理人員人身安全，提供設備維護依據(jù)。

通過智能視頻巡檢設備，監(jiān)控后臺能實時采集并顯示現(xiàn)場設備可見光圖像;能夠實時監(jiān)視巡檢設備自身狀態(tài)，包括監(jiān)視巡檢設備的控制模式、當前位置、巡檢軌跡、機內溫度、巡檢設備當前運動速度、當前云臺的水平和垂直位置以及相機當前倍數(shù)、電池狀態(tài)等信息;能夠實時監(jiān)視現(xiàn)場環(huán)境，包括設備現(xiàn)場的濕度、溫度、有毒有害氣體濃度等信息。每次巡視任務完畢后，對當次巡視的結果和過程中發(fā)現(xiàn)的問題，即各類報警信息，自動生成異常缺陷報表。異常報告具備設定時間內的巡視任務查詢功能。

5 結束語

初期雨水污染日趨嚴重，不能直接排放，實踐證明，在排水系統(tǒng)的末端設置初期雨水調蓄池是減少初期雨水污染物排放的有效手段，目前這一方式已經(jīng)被運用到城市合流制及分流制排水系統(tǒng)中。因此建設初雨調蓄池來控制初期雨水污染并有效利用雨水資源，既保護了生態(tài)環(huán)境，又節(jié)約了水資源，對推進海綿城市建設、緩解城市排水系統(tǒng)壓力、降低城市洪澇災害發(fā)生、增加城市生態(tài)景觀及發(fā)揮水資源綜合效益都具有重大意義。

參考文獻

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[2] 張顯忠.合肥市老城區(qū)初期雨水污染現(xiàn)狀與調蓄策略[J].中國給水排水，2012，28（22）：38-42.

[3] 陶穎彤.雨水調蓄池工程相關電氣設計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2020（4）：40-43.

[4] 林生源.截污調蓄池站電氣設計[J].四川水泥，2020（1）：91-90.

[5] 王肖軍.初期雨水調蓄池在城市排水系統(tǒng)中的應用[J].中國給水排水，2013（1）：45-47.