淺析城鎮汙水處理廠供配電係統節能設計

程瑜

韦德1946网址 上海嘉定 201801

摘要：通過分析城鎮汙水處理廠的基本能耗,對城鎮汙水處理廠供配電係統的節能價(jia) 值進行簡要概述，同時提出一係列城鎮汙 水處理廠供配電係統節能設計的措施，以及節能減排導向下該係統的優(you) 化方法。通過研究可知，供配電係統需要根據自身的結構設計，從(cong) 電氣設備、電纜線路的節能設計中控製電力資源損耗，以此促進城鎮汙水處理廠的可持續發展。

關(guan) 鍵詞：供配電係統；節能設計；優(you) 化措施；汙水處理廠

引言

為(wei) 了在促進社會(hui) 經濟發展的同時減少資源損耗，城鎮汙水處理廠建設時應從(cong) 供配電係統入手，對廠區的供配電係統 進行節能設計,減少電能損耗,控製運行成本。為(wei) 實現城鎮汙水處理廠供配電係統的節能目標,還應從(cong) 係統電氣設計、設備選型等方麵入手，多層次地控製係統能耗。一、城鎮汙水處理廠能耗分析

城鎮汙水處理廠是城市文明建設中處理城市汙水、淨化 水資源的重要工具。但在汙水處理廠實際運行期間會(hui) 損耗大量的電力資源、水資源和其他資源，其中，電力消耗是汙水處理廠的主要能耗類型。據了解，我國一線城市的汙水處理廠每處理1 m3的水會(hui) 耗電0.07 kW-h,普通二線城市每處理1 m3 的水會(hui) 耗電0.3 kW-ho汙水處理廠在處理汙水時需要借助脫水機、衝(chong) 擊裝置,這類汙水處理設備會(hui) 損耗大量的水資源，且各類設備運行過程中同樣需要消耗一定量的電力資源，而資源的損耗又會(hui) 增加城市汙水處理廠的運行成本。

二、城鎮汙水處理廠供配電係統的節能價(jia) 值

某城鎮汙水處理廠一年的電費成本為(wei) 5 123萬(wan) 元,占汙水處理廠總成本的15%,水資源成本為(wei) 357元，各類電氣設備的 運維管理及基本維護約為(wei) 3 567元。由此可見,城鎮汙水處理廠在運行過程中為(wei) 減少成本支出、預防能源損耗，還應多層次地控製廠區生產(chan) 中的能源消耗費用。供配電係統作為(wei) 城鎮汙水處理廠的核心結構,支撐著汙水處理廠的整體(ti) 運作。因此,隻有地優(you) 化汙水處理廠的供配電係統設計，將節能減排理念融入供配電設計係統中，才能減少汙水處理廠的電力資源損耗,為(wei) 汙水處理廠的可持續發展創造有利條件。 1） 城鎮汙水處理廠供配電係統的節能處理，可通過電纜線路設計、變壓器的選型減少電力資源損耗、控製城鎮汙水處理廠的整體(ti) 能耗。 2） 優(you) 化城鎮汙水處理廠供配電係統設計,有利於(yu) 提升各類電氣設備的運行效率，使其在高效運作的過程中保證城鎮汙水處理廠的生產(chan) 效益,控製汙水處理時間,節省汙水處理成本，使汙水處理廠能夠健康發展。

三、城鎮汙水處理廠供配電係統設計節能措施

1電纜線路的節能設計

變壓器是城鎮汙水處理廠供配電係統的核心裝置，由於(yu) 係統運行中變壓器的有功損耗較大,所以,在城鎮汙水處理項目中,各類變壓設備所需的電線、電纜較多,且線纜波動範圍較大。因此，節能設計供配電係統時，相關(guan) 人員可通過電纜線路的節能設計減少電能損耗，節約電力資源。具體(ti) 而言,城鎮汙水處理廠供配電係統中,不同導體(ti) 的電阻、電氣設備的電阻率與(yu) 電纜、線路的長度息息相關(guan) ,所以,為(wei) 節約電纜線路能耗，可通過控製電阻率的方式節約電力資源。

1） 鋁製的線纜、銅製的線纜電阻率有明顯差異。城鎮汙水處理廠在建設供配電係統時，設計人員可選擇電阻率較小的銅芯電纜，確定該線纜材料後,還應在控製線纜內(nei) 電流大小的基礎上，適當地增加線纜麵積，以減少電纜線路能耗。

2） 正式布設電纜時，還應優(you) 化線纜敷設方案:盡量縮短城鎮汙水處理廠負荷中心、供配電係統變壓器之間的間距;合理控製線纜長度，使電纜"少走彎路”。

3） 整體(ti) 設計電纜線路時,其長度、分布、材質、規格應符合供配電係統的節能設計及安全設計要求，且線纜承載電流量能力應大於(yu) 線路所需的電流。

2引進PLC節能控製技術

城鎮現代化建設對汙水處理廠的監測控製提出了更多的要求。PLC節能技術可應用在汙水處理廠的供配電係統中，監測汙水處理廠處理汙水時的電力負荷。基於(yu) PLC節能技術的前後反饋理論、自適應技術優(you) 化控製供配電係統的設計參數，汙水處理廠可以在汙水處理活動中自動化地調節供配電係統的運營管理方案,控製係統電流大小。同時基於(yu) 供配電係統的節能控製,能夠監測整合汙水處理工藝,地控製汙水處理各環節中的能源損耗，如藥劑添加、供養(yang) 強度、電力投入等叫基於(yu) PLC節能控製技術可使供配電係統高效運行，減少係統響應時間,進一步減少係統電能損耗,控製碳排放量,實現節能減排的基本目標。因此,在設計城鎮汙水處理廠內(nei) 部的供配電係統時，還應結合PLC節能控製技術建立以以太網為(wei) 核心的節能通信監測平台，實時監控城鎮汙水處理廠運營期間的工藝參數、係統參數，針對性地控製係統的電力資源損耗。

3靈活設計變電站

電能是城鎮汙水處理廠的主要損耗能源。設計廠區內(nei) 的供配電係統時，需要靈活設計變電站，利用變電站的結構設計降低城鎮汙水處理廠供配電係統的供配電級。對於(yu) 城鎮汙水處理廠，變電站有著不可忽視的作用。設計變電站時,相關(guan) 人員可根據汙水處理廠內(nei) 電力資源的主要負荷中心是汙水處理廠電力需求較大的區域，對該區域的供配電裝置、變電設備進行節能設計時，不僅(jin) 可以控製電力資源,還能減少供配電成本,確保城鎮汙水處理廠供配電係統的安全性和可靠性。此外，降低城鎮汙水處理廠的供配電級時，應根據汙水處理廠所需的電負荷範圍，使配電級數符合1 000-10 000 kW的用電負荷需求，盡量控製配電級數，預防電力資源損失。

4節能設計電氣控製係統

對汙水處理廠供配電係統進行節能設計時，還應針對電氣控製設計節能方案,具體(ti) 思路如下:

1） 科學選擇供配電係統中的變頻調速設備，通過此類設備增強供配電係統的節能性。城鎮汙水處理廠的電氣設計中,變頻調速設備本身具有較強的節能特點，采用該設計可在流體(ti) 學定律的支持下,通過調整電流量、設備轉速之間的關(guan) 係，保證城鎮汙水處理廠供配電係統中的用電質量，提升其節電率叫比如,在變頻調速設備的應用過程中,汙水處理廠可使用智能化水平較高的供配電裝置，該類裝置運行過程中可利用變頻調速技術智能調節處理裝置內(nei) 的電流量，並根據汙水處理廠處理過程中的設備負荷,節約電能消耗。

2）城鎮汙水處理廠應重視電氣控製方麵的節能設計,選擇符合汙水處理廠要求的電氣控製係統，優(you) 化供配電係統的整體(ti) 設計。具體(ti) 而言，城鎮汙水處理廠電氣設備較多、汙水處理工藝複雜，在對汙水處理廠電氣控製係統進行節能設計時,相關(guan) 人員可依據計算機技術、大數據分析技術、BIM技術，建立汙水處理過程中的數據模型，從(cong) 而智能化控製汙水處理廠的生產(chan) 係統和電力係統。在各項技術支持下，使汙水處理廠的電氣設備便於(yu) 調試,並且節能效果良好，可以精準地控製汙水處理廠運行中的電流量。

四、城鎮汙水處理廠供配電係統設計優(you) 化措施

1優(you) 化變電所整體(ti) 結構

在對汙水處理廠變電站進行節能設計的前提下，還應優(you) 化變電所的整體(ti) 結構。變電所節能目標的實現主要在於(yu) 變電所的整體(ti) 布置，對於(yu) 距離汙水處理廠變電站負荷中心附近的區域內(nei) ,尤其對於(yu) 電容量較大的供配電設備，更需要如此。

2科學選用變壓器

變壓器的選擇對城鎮汙水處理廠的節能設計非常重要,所以，在優(you) 化廠區的供配電係統時，應合理確定變壓器的容量，科學選用變壓器。對此，相關(guan) 人員可根據城鎮區域對電氣係統的技術要求,分析城鎮汙水處理廠的實際負荷，然後明確變壓器容量。通常情況下,為(wei) 滿足汙水處理廠穩定運行與(yu) 節能減排的基本要求,變壓器的負荷率保持在60%~70%,並且為(wei) 確保變壓器可靠運行,應布設兩(liang) 台或兩(liang) 台以上的變壓裝置,以保證其中一台變壓器停止運行時，其他變壓裝置可滿足城鎮汙水處理廠的負荷。現階段，我國城鎮汙水處理廠的變壓器配置方法主要有兩(liang) 種：

1) 變壓器同時使用城鎮汙水處理廠運行期間，變壓器的負荷率保持在60加70%，但在其中一台變壓器出現故障後,另一台變壓器可作為(wei) 備用，可保障汙水處理負荷的概率是85%。

2) 設置兩(liang) 台變壓器,其中一台為(wei) 備用變壓器,待使用中的變壓器出現故障時使用。不同變壓器配置方案,其電力資源損耗會(hui) 有著明顯的差異性，兩(liang) 台變壓器同時運行配置方案能耗較低，變壓器的電能損耗符合節能設計要求，而變壓器為(wei) “一備一用”時,其運行能耗偏高。因此,優(you) 化設計城鎮汙水處理廠供配電係統的變壓器配置方案時，還應根據方案實施中的保障率、能耗綜合分析各類方案的可行性。從(cong) 節能角度出發，通過分析結果,同步運行變壓器的配置方案節能優(you) 勢更為(wei) 明顯。但由於(yu) 該方案應用時變壓器正常供電負荷，相關(guan) 人員還應在一台變壓器故障後,合理減少非必要負荷，以此100%的維持汙水處理廠的穩定運行，滿足其生產(chan) 所需的基本負荷。

3重視係統諧波治理

諧波治理是供配電係統節能設計、優(you) 化管理的重要舉(ju) 措。城鎮汙水處理廠運行過程中，諧波的產(chan) 生會(hui) 影響供配電係統的功率因數,從(cong) 而降低供配電係統運行中的電流傳(chuan) 輸效率,降低電力資源的利用率。甚至會(hui) 誘發熱效應，使城鎮汙水處理廠運行期間損失大量的電力資源。不僅(jin) 如此,諧波還會(hui) 增加銅芯電纜的電能損耗，使變壓器、其他電氣設施的工作溫度變高，電能損失嚴(yan) 重。 因此,為(wei) 全麵優(you) 化城鎮汙水處理廠的供配電係統,滿足係統節能設計的要求,相關(guan) 人員還應加強諧波治理，采用多種方式抑製諧波,提升供配電係統的功率因數，使其能夠在運行中穩定地承擔汙水處理廠工藝活動中的電能負荷。具體(ti) 來說，對於(yu) 城鎮汙水處理廠，因廠區處理汙水的過程中淨化、排水工藝複雜,供配電係統的非線性負載多，會(hui) 產(chan) 生高次諧波引起的熱效應。汙水處理廠需要及時處理供配電係統,抑製諧波,科學選擇係統交流設備、濾波裝置，控製高次諧波對電網產(chan) 生的不利影響，減少電力資源損失。

1. AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台

1.平台概述

安科瑞電氣具備從(cong) 終端感知、邊緣計算到能效管理平台的產(chan) 品生態體(ti) 係，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台通過在汙水廠源、網、荷、儲(chu) 、充的各個(ge) 關(guan) 鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用於(yu) 監測汙水廠能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，保護汙水廠運行安全可靠，提高汙水廠能效，為(wei) 汙水處理的能效管理提供科學、精細的解決(jue) 方案。

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理係統由變電站綜合自動化係統、電力監控及能效管理係統組成，涵蓋了水務中壓變配電係統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控製、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平台、一個(ge) APP實時了解水務配電係統運行狀況，並且根據權限可以適用於(yu) 水務後勤部門管理需要。

2.平台拓撲圖

3.平台子係統

（1）變電站綜合自動化係統及電力監控

對水務配電係統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

（2）電能質量監測與(yu) 治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電係統中存在大量諧波，通過監測其配電係統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，並配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

（3）電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和報警。高效、準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關(guan) 信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與(yu) PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控製，監視、控製各個(ge) 工藝設備,保障正常生產(chan) 。

（4）能耗管理

為(wei) 水務搭建計量體(ti) 係，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關(guan) 能源的參數集中在一個(ge) 看板中，從(cong) 多個(ge) 維度對比分析，實現各個(ge) 工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個(ge) 工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中汙水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體(ti) 係要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過汙水處理產(chan) 量以及係統采集的能耗數據，在汙水單耗中生成汙水單耗趨勢圖，並進行同比和環比分析，同時將汙水的單耗與(yu) 行業(ye) /先進指標對標，以便企業(ye) 能夠根據產(chan) 品單耗情況來調整生產(chan) 工藝，從(cong) 而降低能耗。

（5）智能照明控製

係統為(wei) 汙水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控製管理方案，支持單控、區域控製、自動控製、感應控製、定時控製、場景控製、調光控製等多種控製方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控製功能，盡量利用自然光照，實現室內(nei) 、廠區照明的智能控製達到安全、節能、舒適、高效的目的。

（6）電氣安全

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

（7）環境監測

汙水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體(ti) 濃度展示和預警，保障汙水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體(ti) 或有害氣體(ti) 濃度超標可自動啟動排風風機或新風係統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

（8）分布式光伏監測

實時監測低壓並網櫃每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關(guan) 狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側(ce) 每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪製上述監測的各個(ge) 參量的曆史數據。

平台結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平麵圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、並網點位置，各個(ge) 屋頂的裝機容量。

（9）工藝仿真監控

平台通過2D、3D方式實時監視粗格柵、汙水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、汙泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、汙水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控製櫃或低壓饋電櫃安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與(yu) PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控製，監視、控製各個(ge) 工藝設備,保障正常生產(chan) 。

1. 結語

綜上所述,近年來各類能源缺失、損耗問題愈發嚴(yan) 重，為(wei) 緩解能源危機，滿足社會(hui) 可持續發展的基本要求，還應積極落實節能減排理念。因此，城鎮汙水處理廠在建設管理中，還應通過供配電係統的節能設計優(you) 化設計控製係統運行中的電力資源損耗,用較少的能源消耗處理城市汙水,保護生態環境，為(wei) 社會(hui) 生產(chan) 活動創造良好的環境。

參考文獻

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作者簡介

程瑜，女，現任職於(yu) 韦德1946网址，主要研究智能配電在水利行業(ye) 的應用