污水处理厂提标改造工程电气自控设计要点探讨

污水处理厂提标改造工程电气自控设计要点探讨

帅茂兰

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摘要：本文总结提炼了污水处理厂处理工艺提标改造工程中的电气白控设计共性问题，并提出设计要点进行探讨，为同类型工程设计提供借鉴。

关键词：污水处理厂；提标改造；电气；自控

引言

当前，由于我国水环境污染和水资源短缺问题，污水处理厂的排放标准日趋严格。《城镇污水处理厂污染物排放标准》规定，城镇污水处理厂出水排人国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级A标准。除了上述国家标准，各地还出台了更为严格的地方排放标准。污水处理厂提标改造主要是提高COD、氨氮、总氮、总磷等排放指标。要达到上述要求，就要对污水处理设施和处理流程进行重新设计，厂内电气系统、自动化系统不可避免地也需进行改造。

污水处理厂提标改造工艺设计一般会增加污水深度处理设施和处理流程，增加用电负荷、用电设施和控制设施。电气、自控设计需针对不同污水厂的改造需求提出不同的方案，但是根据电气自控的专业特点，在改造设计时，也应注重遵循一些共性的设计要点。

1 电气设计

1.1负荷等级

GB 50014-2006(室外排水设计规范》(2016年版)第6.1.19条，“污水厂的供电系统，应按二级负荷设计，重要的污水厂，应按一级负荷设计”。笔者针对多个污水处理厂提标改造项目中总结发现，虽然大部分污水处理厂定为二级负荷，但存在现状只有一路电源(非专线)的情况，故对其改造时，需向电力部门新申请一路电源或改造为双线，如无供电条件，应设置柴油发电机作为全厂一级和二级负荷的保障电源。

1.2高压配电系统的改造

若提标改造涉及到更换变压器或新增变压器，则高压配电系统需增容及增加配电出线回路。

（1）若更换变压器，应对10kV配电系统进线柜、计量柜、出线柜、母联柜等柜内不满足量程的电流互感器进行调整，重新整定短路、过负荷的定值，并对10kV系统元器件、母排等进行动稳定、热稳定校验，如不满足要求，需进行更换。

（2）若新增变压器，除调整进线电流互感器等元器件外，还需对10kV配电柜进行改造，增加配电出线柜；如变电站空间不足，且无法实施土建改造，则应在扩建用地上新建10kV系统，将现状变电站10kV柜更换为负荷开关柜，新建10kV系统为新建变压器及现状变压器提供电源。

1.3变压器的选择

根据GB 50053-2013(20kV及以下变电所设计规范》中条款3.3.2条的要求：“装有两台及以上变压器的变电所，当任意一台变压器断开时．其余变压器的容量应能满足全部一级及二级负荷的用电”。针对只有一台变压器的现状系统，应充分利用变电站空间，对系统进行改造，增设另一台变压器。

根据污水处理厂的负荷特点，一级处理、二级处理以及深度处理工艺等主要保证水质的处理流程均为二级负荷，三级负荷较少。设计时，应统计二级负荷和三级负荷，按照一台变压器带二级负荷时的负载率选择变压器：如果基本电价按照变压器容量及收费，则变压器的平均负荷率应选择高些，通常为70％一90％；如果基本电价按照最大需量计算，则变压器运行负荷率应选择在经济运行范围内，通常为50％一70％。

1.4低压配电系统改造

新老兼顾、有效利旧、减少改造风险是低压系统改造设计的原则。

提标改造扩容工程一般会增加用电负荷，在现状变电站的供电半径内新增负荷应优先考虑由该变电站供电，充分利用负荷裕量，利用备用回路或部分改造回路提供电源；如现状变压器容量或低压出线回路无法满足新增负荷供电，为了避免更换变压器、低压母排、改造配电回路带来的停电影响和设备改造风险，应在扩建用地中新建变电站，为新增负荷供电；根据全厂现状变电站和新建变电站的供电半径，重新调整供电规划，优化新老变电站的供电范围。

1.5建设能耗管理系统

根据CJJ／T 120--2018(城镇排水系统电气与自动化工程技术规程》7.3.1规定，“排水泵站、污水处理厂应设置能耗管理系统”。提标改造的污水厂应增设能耗管理系统。通过电力监控系统可以实时监测供电系统及各类设备的运行和电能消耗情况，也能通过药剂监测、用水监测等实现能耗管理，达到节能运行的目的。电力监控系统是电气专业设计内容，如现状变电站没有设置电力监控系统，建议在不会大面积停电的前提下，逐步增设；新建变电站一次性建设电力监控系统。

1.6电气控制注意控制电缆感应电压问题

部分污水处理厂采用MCC控制，将大量现场设备的控制回路设置于变电站内，容易出现控制电缆过长导致感应电压过高的情况发生，从而引起设备启／停控制故障。如在改造工程中遇到上述问题，建议将故障回路的控制回路设置于现场，即设置现场控制箱，减少控制电缆长度。

1.7防雷接地问题

在笔者参与的工程实践中，笔者发现多个需改造的污水处理厂防雷接地实施不到位，在提标改造的电气设计中应着重注意排查补充。接闪带未实施的厂房，应补充接闪带，并采用明敷引下线与接地系统联结。

厂房内未看到明显等电位联结的实施措施，应补充。建议厂房内沿墙明敷接地干线，将金属构件、金属设备外壳、管道、线槽、支架等通过接地线、跨接线实现等电位联结。补充接地工程实施时，应测试接地电阻，作为完善接地系统的依据。

2 自控设计

2.1基础系统扩容及改造

根据污水厂提标改造所增设的处理流程和仪表、设备，对PLC基础系统进行扩容，达到自动化功能实现的目的。比如利用现状PLC预留输入输出点或增加输入输出模块实现新增设备的信号采集和控制；如果当前设备没有预留或新增设备距离现状PLC较远，可新设置PLC站点，用以实现对扩建设备的监控。

2.2网络改造

一般污水厂会采用环型或星型以太网通信，新增加的PLC控制站点纳入现状PLC系统中，如果为环型通信，则将现状环打开，加入新站点，与已有站点实现环型通信；如果为星型接线，则需利用中控室通信交换机的预留口或对其扩容，实现新增站点的通信。网络改造还可采用新增的PLC站点自组通信网络，在中控室的核心交换机实现与已有PLC系统的通信。改造时，可采用多种通信协议方式，实现不同设备的网络接人。如主干网采用工业以太网，子站或远程I/O可采用总线与主站通信，离站点较远的设备可采用无线通信。

2.3信息化管理系统更新、扩容及改造

改造管理平台应实现对基础PLC系统的统一集成，包括SCADA系统软件扩容更新，操作界面在原有工艺监控图形和数据上进行扩充，整合新老实时数据库和历史数据库等方面。

信息化平台系统还可增加运维相关的软件模块，如能耗管理系统、设备管理、报表管理、人员管理、安全管理等若干功能模块。信息化改造后，可完善生产控制，实现流程调度实时化、日常管理制度化、服务规范化人性化，实现管理过程与生产过程的无缝集成，实现对自动化生产与信息化管理的融和，有效提高信息管理水平。

2.4视频监控系统的整合

污水厂的安防主要以视频监控为主。对于提标改造增设的构筑物，可在适当位置上补充视频监控点位；新增点位尽量采用光纤与视频监控主机通信；如果现状视频监控主机的备用接口不足，则需增加主机或更换主机；如果已有系统为模拟系统，需将新增的数字视频监控系统与其整合；还应将新老摄像机的视频图像信息整合到中控室的显示大屏中统一显示。

3 结束语

本文总结了污水处理厂提标改造扩容工程电气自控设计过程中遇到的一些共性问题，提出了相关设计要点，对于相同类型的项目具有借鉴意义。但需要强调的是，设计人员应根据不同项目的特点，具体问题具体分析，根据实施条件、经济因素、可行性等方面采用适合该项目的设计方案。

参考文献：

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