【摘 要】本文根据污水处理厂的运行及设备特点，结合工程实例对污水处理厂的电气系统设计进行了简述。
【关键词】污水处理；供配电系统；设备的控制；防雷接地
随着城市经济的发展，人民物质生活水平的提高，城市规模的不断扩大，随之而来的是生活污水及工业废水排放量的不断增加，所以城市污水处理厂的建设也是遍地开花，而可靠地供配电系统是污水处理厂连续运行的保证，污水处理厂一旦停电将造成大量未经处理的污水直接排放到河里，造成河流的严重污染，不仅给城区环境造成了污染，而且还污染了地下水资源，危害人体健康，给水体沿岸居民带来严重的影响，水体的生态平衡也受到威胁。
一、项目简介
本项目位于辽宁省某沿海城市，近年来城市经济发展迅速，现有的污水处理厂已不能满足城市发展的需求，需新建一座自动化水平较高的现代化污水处理厂，本工程的处理能力为5.0×104m3/d。处理工艺如下：
一级处理采用粗格栅+污水提升泵房 +细格栅+旋流沉砂池；生化处理工艺采用改良A2/O工艺；深度处理工艺采用高效沉淀池+活性砂滤池+二氧化氯消毒工艺；污泥处理采用机械浓缩+板框压滤机压滤脱水；中水通过送水泵房送至中水用户，剩余尾水排放至附近河流。
本污水处理工程的主要设备包括低压大功率设备（进水污水提升泵、鼓风机、送水泵等）和低压小功率设备（包括潜水搅拌器、水泵和电动阀门开关等）。
二、电气系统设计
1、设计的原则
针对污水处理厂的工艺条件以及相关规范的要求，其用电设备为二级负荷，设计原则如下：
⑴保证供电的安全性，根据电气设备的性能，选择合适的控制方式，保证用电设备互不影响。合理安装防雷接地装置确保在恶劣气候环境下安全可靠供电。
⑵保证供电的可靠性，根据规范要求，二级负荷需要双回路供电，本工程电源自西郊两个不同变电站引入二回10kV电源线路，分别距厂区1公里和2公里。其中一路为专用线。进线电缆采用架空线路敷设至厂外终端杆，经终端杆上开关设备转为电缆线路埋地引入厂区。
⑶ 保证供电系统经济性，根据电气设备的功率大小及电压等级，合理设计变配电室，优化负荷组合，缩短供电距离，节约电力设备成本。根据当地电力部门的要求，合理设计无功补偿装置。
2、负荷计算
本工程采用需要系数法进行负荷计算，重要设备组的需要系数确定如下表所示：
3、变配电系统设计
鼓风机房10/0.4kV变电所，内设2台1000kVA干式变压器；送水泵房10/0.4kV变电所，内设2台630kVA干式变压器。变电所内主变压器均为一工作、一备用；变压器附带防护等级不低于IP2×的封闭柜式金属外壳，并附带温度控制器及强制风冷系统。10kV配电系统为单母线分段，正常运行时母联断路器受电，两路电源一工作、一备用，当工作电源失压后，备用电源手动投入。
厂内10kV系统继电保护采用一体化微机综合保护装置；10kV系统的电源进线保护装置、变压器保护装置及PT监控装置分别安装在相应的配电柜内；综合保护装置通过总线与后台管理系统进行通讯；后台管理系统接入厂内自控系统将变电所运行工况上传至厂级中控室。
变电所变压器低压侧配电系统采用单母线分段的形式，正常运行时，两路电源一工作一备用，母联断路器受电运行。
本工程10kV系统侧计量； 10kV配电系统设置专用计量柜，柜内测量CT、PT及表计按当地电业部门要求设置。在变压器低压侧集中补偿，补偿电容器采用自动循环投切方式，补偿后功率因数不小于0.95。
4、电缆敷设
电缆采用电缆沟及电缆桥架敷设。当电缆需穿越道路敷设时，尽量采用暗敷，如架空敷设，也得注意美观及便于行人和车辆行走。同一路径的电缆少于6根时直埋敷设；电缆较多时采用电缆沟或电缆桥架敷设；构筑物外电缆明敷时均穿挠性防水金属管保护，构筑物内电缆、电线均穿管敷设。直埋敷设的电缆采用金属铠装，在电缆沟及桥架内敷设的电缆采用非铠装电缆，进出建（构）筑物处均穿保护管。
5、防雷保护与接地系统
⑴ 本工程低压配电系统接地形式采用TN-C-S系统。
⑵ 电气、防雷、仪表及自控系统采用联合接地，接地电阻小于4Ω。由于该地区土壤电阻率较高，为保证达到要求的接地电阻值，可根据现场实测，采用降阻剂措施。
⑶ 在各建筑物内设总等电位联结端子板，将配电柜内PE母排、进出建筑物金属钢管、电气保护管、接地体用热镀锌扁钢汇集到总等电位联结端子板上，使其导电部分互相连通。
⑷ 本工程按三类防雷措施设计。在屋面上明敷避雷带作为接闪器，金属屋面的建筑物利用其金属屋面作为接闪器；利用建筑物结构柱子内的主筋作引下线；利用结构基础内钢筋作自然接地体。
⑸ 为防雷电波侵入，电缆进出线在进出端应将电缆的金属外皮、保护钢管等通过总等电位母线接地；各配电系统的电源进线处均装设SPD。
6、电动机启动及控制方式
由于提升泵房潜水排污泵及生化反应池内回流泵的容量较大，采用软启动的运行方式，厂内其他电动机设备均为直接起动、工频运行。
根据工艺需要厂内加药计量泵、进水提升泵、中间提升泵、曝气鼓风机、送水泵采用变频调速的运行方式。
电动机设备的控制方式均为就地手动控制及计算机控制，模式转换由设置在就地控制箱上的手动/自动转换开关完成。自动时由PLC控制，手动时可在控制单元上实施点动手动控制。手动控制仅在系统和设备调试或定期维修时使用，正常运行时全由PLC自动控制。
7、照明系统
各建筑物内照度设计标准如下：
配电室、水处理车间：200lx；
分控站控制室、综合楼办公室、试验室：300lx；
中心控制室：500lx；
变电所、控制室内设应急照明。
厂内各工艺单体配电附属和值班、控制室内照明光源选用T8型三基色电子荧光灯；各工艺单体生产车间内照明光源选用金属卤化物灯；室外厂区照明光源选用高压钠灯。
综上所述，污水处理厂的电气系统设计技术成熟，但在一些细节上还需注意，除上述提到的设备控制方面外，还应注意的是，污水处理厂使用大量的潜水搅拌机，此种电机的额定电流为一般电机的1.5～2倍左右，相应的电气元件以及电缆截面的选择都应适当扩大。
本工程的供配电系统和自动化水平在国内属于先进水平，投入使用两年来，运行稳定，也取得了良好的社会效益。
参考文献：
[1] 中国航空工业规划设计院. 工业与民用配电设计手册第三版. 北京：中国电力出版社，2005
[2] 建设部工程质量安全监督与行业发展司/中国建筑标准设计研究院. 全国民用建筑工程设计技术措施：2009电气. 北京：中国计划出版社，2009
作者简介：胡振宇，1979年出生，本科学历，工程师，2003年毕业至今，一直从事电气设计工作。