劉春虎

（佛山水務(wù)環(huán)保股份有限公司，廣東 佛山 528000）

隨著“工業(yè)4.0”的技術(shù)應(yīng)用和《中國制造2025》規(guī)劃的實(shí)施，傳統(tǒng)工廠和企業(yè)陸續(xù)啟動(dòng)新一輪的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和管理升級(jí)，對污水處理板塊提出了建設(shè)智能工廠的要求。通過對污水廠關(guān)鍵電氣設(shè)備的技術(shù)升級(jí)改造和智能化應(yīng)用水平提升，配套管理的優(yōu)化與變革，實(shí)現(xiàn)“控制成本、控制風(fēng)險(xiǎn)、提高效率、提高能力、提高質(zhì)量”的目標(biāo)[1-2]。集團(tuán)下屬某污水處理廠一期低壓配電系統(tǒng)從20 世紀(jì)90 年代投產(chǎn)使用至今，使用時(shí)間超過25 年。配電柜內(nèi)元器件腐蝕、老化嚴(yán)重，運(yùn)行期間發(fā)熱嚴(yán)重，并出現(xiàn)不同程度的故障問題。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)之初對負(fù)載容量考慮不足，設(shè)備一直處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，電柜設(shè)計(jì)也不符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，存在重大安全隱患。2019 年，該廠曾因總開關(guān)跳閘導(dǎo)致停產(chǎn)4 h，水量損失高達(dá)2 萬t。因此，該廠配電柜提標(biāo)升級(jí)改造迫在眉睫。

1 配電系統(tǒng)改造

1.1 配電系統(tǒng)現(xiàn)狀

該配電系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)容量為1 000 KVA。供配電系統(tǒng)由4 個(gè)低壓配電房組成，分別為高壓電房低壓配電部分、西池低壓配電房、東池低壓配電房和鼓風(fēng)機(jī)配電房。按集團(tuán)規(guī)劃計(jì)劃對一期低壓電房進(jìn)行更換，分為2 個(gè)階段完成，其中高壓電房低壓配電部分、東池低壓配電房和鼓風(fēng)機(jī)配電房作為第一階段改造，已于2019 年改造完成且運(yùn)行情況良好。西池低壓配電房的改造作為第二階段計(jì)劃進(jìn)行改造。項(xiàng)目污水廠中心配電房10 kV 供配電系統(tǒng)圖如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目污水廠中心配電房10 kV 供配電系統(tǒng)圖

1.2 設(shè)計(jì)及改造目標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，重新設(shè)計(jì)一期配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)域供電，通過對西低壓配電系統(tǒng)改造，更新現(xiàn)有故障率高、容量不足、存在安全隱患的配電柜，同時(shí)對配電系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造升級(jí)，提升低壓配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)提供有力保障。

智能裝置是智能設(shè)備層的基本元素，智能化改造目標(biāo)如下：

（1）具有測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化和狀態(tài)可視化功能。

（2）在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，智能組件應(yīng)具有控制、連鎖和保護(hù)等集成功能。

（3）具備就地綜合評估、實(shí)時(shí)狀態(tài)預(yù)報(bào)的功能。

（4）具有信息自舉功能，支持智能裝置接入系統(tǒng)后自主報(bào)送相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)即插即用。

（5）支持對自身和主設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)、故障診斷和維護(hù)建議等功能。

（6）采用標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議。

（7）采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口及結(jié)構(gòu)，支持即插即用接入系統(tǒng)方式。

（8）支持在線調(diào)試。

1.3 改造思路

改造現(xiàn)有老舊配電系統(tǒng)：分區(qū)域供電，保證區(qū)域供電的獨(dú)立性及可靠性；整體設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)期及近期相結(jié)合，主要考慮近期需求；雙回路供電，為供電安全提供有效保障。

對配電系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造：開關(guān)柜智能監(jiān)測單元IED 通過采集柜內(nèi)紅外位移傳感器，分析開關(guān)機(jī)構(gòu)開距、反彈、超程、分合閘時(shí)間和分合閘速度等機(jī)械特性指標(biāo)；通過霍爾元件采集分合閘線圈電流波形、儲(chǔ)能電機(jī)電流及電動(dòng)底盤車電機(jī)電流等電氣特性指標(biāo)；通過測溫傳感器采集斷路器出頭溫度，從而分析整個(gè)開關(guān)柜的健康狀態(tài)；智能監(jiān)測單元IED 還參與了操控電動(dòng)底盤車及電動(dòng)接地刀的電動(dòng)控制。

本次智能化改造技術(shù)亮點(diǎn)在于，可不依托于廠家成品智能化配電柜，避免品牌捆綁的限制，對老舊設(shè)備具有較高的適應(yīng)性，適合此類老舊水廠設(shè)備改造項(xiàng)目，且造價(jià)節(jié)約。

1.4 配電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算

一期西池低壓配電房主要負(fù)責(zé)回流泵、攪拌器、除磷系統(tǒng)和除臭系統(tǒng)等設(shè)備的配電，總負(fù)荷計(jì)算書見表1[3-5]。

表1 一期生化池負(fù)荷計(jì)算書

通過表1 可以看出，Ijs為262.48 A。

1.5 一期電房系統(tǒng)改造

從供電安全性考慮，防止單回路供電線路在供電過程中出現(xiàn)線路故障，短時(shí)間不能修復(fù)或改造維修停電期間影響一期正常生產(chǎn)，因此，在一期高壓電房增加一組進(jìn)線柜。

低壓系統(tǒng)分2 路進(jìn)線，包括QF1 和QF11，QF1 來源于800 KVA 變壓器，QF11 來源于提標(biāo)改造低壓配電系統(tǒng)。

1.6 實(shí)施內(nèi)容

（1）根據(jù)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對該污水廠一期低壓電房配電系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。該一期低壓電房現(xiàn)有低壓控制柜11 臺(tái)，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，新的一期低壓電房配電系統(tǒng)臺(tái)數(shù)為8 臺(tái)。

（2）一期低壓電房現(xiàn)場施工時(shí)，拆除原有的低壓控制柜，在原來的位置安裝新的低壓控制柜，并利用原有的一二次電纜進(jìn)行重新接線和調(diào)試。自控電纜因長度不夠，在本次改造中則重新敷設(shè)新的電纜并接線。

（3）新的低壓控制柜配置了必要的智能電表，通RS485 總線接入該污水廠現(xiàn)在的自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能儀表數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。

（4）更換泵房的電機(jī)一次電纜，更換泵站的粗格柵控制箱。

（5）主控室智能化軟件配置。智能供配電管理系統(tǒng)主要依托各個(gè)高級(jí)應(yīng)用完成電氣系統(tǒng)狀態(tài)分析、主要設(shè)備狀態(tài)評估、針對性的檢修試驗(yàn)、運(yùn)維管理和故障分析等決策管理功能。包含全景分析、設(shè)備健康管理、狀態(tài)檢修提示功能、運(yùn)行報(bào)告、故障處理輔助決策功能和用電能源使用率監(jiān)測等功能。

1.7 無功補(bǔ)償

10 kV 電機(jī)均采用集中補(bǔ)償，補(bǔ)償后功率因數(shù)不低于0.90。

220/380 V 配電系統(tǒng)采用在低配中心配電柜上集中補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

經(jīng)補(bǔ)償后，10 kV 總進(jìn)線處的高峰負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不低于0.90。

1.8 繼電保護(hù)

10 kV 系統(tǒng)繼電保護(hù)采用微機(jī)型保護(hù)繼電器，集各項(xiàng)保護(hù)、控制和測量功能于一體，將主要的電氣參數(shù)、斷路器狀態(tài)和故障信號(hào)等通過通信接口傳送至監(jiān)控系統(tǒng)，微機(jī)型保護(hù)繼電器安裝在10 kV 高壓開關(guān)柜上。

10 kV 進(jìn)線采用定時(shí)限速斷保護(hù)、過電流保護(hù)；

10 kV 分段采用速斷保護(hù)；

10 kV 水泵電機(jī)饋電斷路器：采用電流速斷、過負(fù)荷、低電壓、溫度高限保護(hù)動(dòng)作于跳閘。采用電動(dòng)機(jī)繞組及軸承高溫、單相接地保護(hù)動(dòng)作于報(bào)警。

10 kV 變壓器斷路器：采用電流速斷及過電流保護(hù)動(dòng)作于跳閘。單相接地保護(hù)動(dòng)作于報(bào)警。超高溫動(dòng)作于跳閘，高溫動(dòng)作于報(bào)警。

低壓配電柜總進(jìn)線開關(guān)設(shè)過載長延時(shí)、短路短延時(shí)和速斷保護(hù)。

低壓用電設(shè)備及饋線回路設(shè)短路瞬動(dòng)、過載延時(shí)及接地故障保護(hù)。

1.9 操作電源

10 kV 開關(guān)柜采用110 V 直流彈簧操作機(jī)構(gòu)，設(shè)專用直流屏；低壓設(shè)備控制電源為交流220 V。

1.10 接地系統(tǒng)及防雷保護(hù)設(shè)計(jì)

污水廠10kV 系統(tǒng)接地型式由供電部門定，220/380 V系統(tǒng)接地型式采用TN 制。建筑物內(nèi)供電給本建筑物的配電線路和分支線路采用TN-S 制。

變電所的10 kV 進(jìn)線側(cè)裝設(shè)避雷器作為過電壓保護(hù)。

低壓開關(guān)柜處裝設(shè)相應(yīng)等級(jí)的防浪涌保護(hù)裝置。

1.11 實(shí)施重點(diǎn)與難點(diǎn)分析

1.11.1 重點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）本次項(xiàng)目在實(shí)施過程中需對一期西低壓電房進(jìn)行停電，為了減少該廠一期停產(chǎn)時(shí)間，減少計(jì)費(fèi)水量的損失，要求現(xiàn)場施工停電時(shí)間盡可能地縮短。

（2）作為一個(gè)正在運(yùn)行的污水廠，要求設(shè)備安裝調(diào)試完畢后可以立即投入使用，自控系統(tǒng)也能正常運(yùn)行。

1.11.2 實(shí)施難點(diǎn)的解決辦法

（1）為項(xiàng)目制定了詳細(xì)的施工計(jì)劃，在設(shè)備現(xiàn)場安裝前做了大量準(zhǔn)備工作，在現(xiàn)場施工期間也安排了充足的人力物力，最終該污水廠一期西低壓電房在12 月22 日11 時(shí)順利完成了所有施工和調(diào)試工作，項(xiàng)目施工期間該污水廠一期停產(chǎn)時(shí)間為8 h，減產(chǎn)時(shí)間為18 h，比原來制定的計(jì)劃提前了5 h 恢復(fù)正常生產(chǎn)。

（2）針對項(xiàng)目改造要求認(rèn)真細(xì)致地進(jìn)行了工藝檢驗(yàn)和測試，并進(jìn)行了充分的現(xiàn)場調(diào)試，最終達(dá)到了所有一期設(shè)備安裝完畢后立即調(diào)試并投入使用，自控系統(tǒng)也能投入正常運(yùn)行。

2 試運(yùn)行情況

項(xiàng)目實(shí)施后的試運(yùn)行期間，該污水廠一期電氣、自控未發(fā)生故障情況，相應(yīng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、手動(dòng)控制和設(shè)備狀態(tài)反饋正常，通信響應(yīng)速度快，信號(hào)反饋準(zhǔn)確，設(shè)備的電氣保護(hù)正常，電柜安裝牢固，符合電氣安裝規(guī)范。改造后主控室智能化監(jiān)控如圖2 所示。

圖2 主控室智能化監(jiān)控

3 實(shí)施效果分析

實(shí)施前，一期西低壓電房原有的低壓控制柜使用已超過20 年，由于元器件和柜內(nèi)線路老化，電氣方面經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，對該污水廠一期的正常生產(chǎn)帶來了一定的不良影響。

實(shí)施后，徹底解決了上述問題，設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、手動(dòng)控制和設(shè)備狀態(tài)反饋正常，響應(yīng)速度快，信號(hào)反饋準(zhǔn)確，未發(fā)生電氣、自控的故障情況。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目的實(shí)施后從根本上解決了污水廠一期電氣系統(tǒng)長期存在的反復(fù)故障的情況，同時(shí)提升了配電系統(tǒng)智能化監(jiān)控水平，提升了配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)提供有力保障。