污水处理厂的电气设计及节能措施研究_张博.pdf

综述94节能 ENERGY CONSERVATIONNO.01 2023污水处理厂的电气设计及节能措施研究张博（江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏 南京 210000）摘要：介绍污水处理厂的主要功能和污水处理现状，分析污水处理厂电气构件设计，从变压器节能、减少线路损耗、合理选用电机控制设备和照明设备等方面进行电气设计优化，提出合理的电气设计措施。通过实例演示设计优化过程，为污水处理厂的电气设计节能提供参考。关键词：污水处理厂；电气设计；节能降耗中图分类号：TU85 文献标识码：B 文章编号：1004-7948（2023）01-0094-03 doi：10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.025Research on electrical design and energy-saving measures of sewage treatment plantsZHANG BoAbstract：Introducing the main functions and status quo of sewage treatment plant,analyzes the design of electrical components of sewage treatment plant,optimizing electrical design from transformer energy saving,reduces line loss,reasonably selects motor control equipment and lighting equipment,puts forward reasonable electrical design measures,and demonstrates the design optimization process through examples,which provides reference for the electrical design energy-saving of sewage treatment plant.Key words:sewage treatment plant;electrical design;energy-saving and consumption reduction1概述污水处理厂的运行需要使用大量的电机设备，能耗较高，如果不对电机设备运行进行科学、有效的控制，会提高其投资成本，降低污水处理效果。为了达到节约能源的目的，污水处理厂必须通过科学、合理的电气设计，从多方面进行节能减排，不断地提升污水处理厂的处理能力，推动污水处理厂的可持续发展。以污水厂的电气设计为例，从变压器、线路、电气控制设备、照明设备方面进行电气设计优化分析，提出电气节能设计措施。污水处理厂的主要功能是加强对污染源排放废水的处理，改善污水的水质，保护受纳水体。污水处理厂的处理方法包括集中处理和分散处理，处理过的污水被排放至市政管网或其他水体中。处理污水时，通常采用生物、物理、化学处理等手段，在保证处理效果的同时节约投资和运行成本是目前我国污水处理厂的主要发展方向。污水处理厂的电气系统主要由高电压与低电压的配电系统、电机、电缆、相关照明系统组成，是污水处理厂消耗能源的主要元件。废水处理工艺简单化、电器元件智能化均大幅提高了污水处理的净化效果。好氧生物转化工艺的工序简单，可以在短时间内废水处理。厌氧工艺多用于处理浑浊废水，并能够在处理过程中产生沼气，作为清洁能源用于其他领域。企业选择合适的处理模式时，应充分考虑实际情况，采用科学、高效的处理措施1。2污水净化厂电气构件设计污水处理厂的运行效率间接影响生态环境的改善。污水处理厂电力系统的运行状况直接影响废水处理工艺，必须持续改进污水处理厂的电力系统。污水处理系统中常用的电力系统包括低压配电系统、高压配电系统、照明系统等。某些特殊的废水治理工程中，还会使用防爆电器等设备，设备设施的齐全可以有效保证污水处理的效率。污水处理厂设计电力系统时，需要具有长远的眼光，充分考虑公司的实际发展状况，为污水处理厂的发展和变革预留一定的空间。电气设计人员应将节约能源的思想融入污水处理厂的电气设计过程，提升电气系统的使用价值。作者简介：张博（1988），男，本科，工程师，研究方向为市政工程、工业工程电气自控设计。收稿日期：2022-07-03引用本文：张博.污水处理厂的电气设计及其节能措施研究 J.节能，2023，42（1）：94-96.综述95NO.01 2023节能 ENERGY CONSERVATION3污水处理厂电气设计优化分析3.1变压器节能设计变压器是污水处理厂电力系统中的关键装置，其能耗较高。变压器的总体结构分为铜、铁两大类，分析其损耗特性，负载电流的作用会造成变压器铜零件的损失。变压器的铜损失与负载电流成正比；铁元件的损失，如铁心造成的铁损耗，与负载电流之间无直接关系。为了解决污水处理厂能耗问题，必须进行电力系统的优化设计，采用节能型变压器取代原有变压器，节能变压器在空载状态下的负载损耗较低。目前，我国大部分污水处理厂均采用干式变压器，因为其具有便于维修的优点2。但是与油浸式变压器相比，干式变压器存在空载、负载损耗大、承载能力差、造价高等缺点。油浸式变压器是优化设计中的重要选择之一。3.2减少线路损耗污水处理厂中铺设大量的电缆是保证其正常运转的关键。电缆本身具有一定的电阻，且其电阻值与电缆的长度呈线性关系，随着电缆的长度的增加，电阻增大，造成电压损耗增大。因此，污水处理厂的电气设计过程，降低电缆的损失也是降低能源消耗的方法。针对线路损耗问题，解决办法为优化高低电压配电房的选址，减少电缆的使用率，并尽可能地将配电室布置在接近负载中心的位置。3.3电气控制设备设置污水处理厂的电力系统一般采用就地安装与集中式配置两种安装方式。就地安装在废水处理场地安装电气控制装置，可以根据需要随时调节控制参数，具有一定的灵活性，但是以就地安装方式难对整个控制系统进行全面控制；集中式配置方式集中配置所有的控制装置，为电气自控系统的构建和运行提供了条件，方便进行设备的连接和管理，减少了设备的检修和维护，但是设备发生故障将使整个系统的工作中断3。集中式布置法便于进行集中管理，更具优越性，可以应用于污水处理厂的电气设计。3.4照明设备设置污水处理厂照明装置的安装一般依据室内的具体条件和光照需求，选用合适的照明光源。选用灯具时，还要注意功能性、经济性、节能性等因素，充分利用灯具的功能。污水处理厂的灯具选择需要遵循以下原则：（1）根据使用场合的不同，选用合适的光源，光源应具有尽可能高的光效，以达到照明节能的效果。（2）尽量减少白炽灯的使用量，除了存在特殊要求的情况，如场所需要瞬时启动及调整光源、白炽灯作为经济选择、对电磁干扰有严格要求、频繁开关光源及对光源强度及时长要求不大的场所。（3）使用荧光灯做光源时，应优先考虑紧凑型荧光灯，在合适的场所使用光效高、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。4污水处理厂电气节能设计措施4.1全面衡算负载限度为了给废水处理单元的电力系统提供更加全面、科学的节能降耗技术方案，对设备负荷进行计算。为了实现负荷平衡，主要采用系数平衡法和单元参数法。文中对单位指标法进行简要阐述。单位指标法的公式为：Pc=peN1 000(1)式中：Pc有用功功率，kW；pe单位用电指标，kW；N单位数量。负荷计算流程如下：（1）将不同工作制用电设备的额定功率转换为统一的用电功率。如不经常运行的设备只需要计算容量最大的一台，季节性运行的设备按照一般连续工作制设备计算。（2）根据计算结果选择合适的变压器，符合率应控制为65%左右。选择变压器的过程中，技术人员应对变压器的价格、损耗、符合特点、企业发展需求等指标进行综合分析。4.2合理设置变电所变电站的设计施工中，采用直流屏、低压抽屉式配电屏或低压配电箱能够更好地实现节能设计，调整变电站的各项电器参数，对电网的具体操作进行科学、高效的管理，减少供配电系统中电力资源的损耗，达到节能减耗的目的4。变电所设置应重视以下因素：（1）位置优越，具备较好的运输性与安全性。（2）配电室防火等级应高于二级。（3）长度超过7 m的配电室应设置两个安全出口，配电室长度大于60 m时，额外增加一个安全出口，各出口之间的距离应在40 m以内。（4）变电所的建设材料应选用耐磨、耐压、防滑的材料。（5）变电所的电缆沟应注意防水与排水。（6）严寒地区应设置相应的保暖措施。4.3高效配置现场的电缆污水处理单位选择电力设备时，应充分考虑效益性。目前，制定电力生产工艺实施方案的过程中，需要进行一系列的工作。将其经济需求和节能需求进行深度渗透，并密切关注当前的现实发展路径，合理安排控制线路。现场电缆包括高压配电线、低压配电线两个主要种类，高压配电线应提供电缆热稳定的最小截面积。Smin=Qtc103(2)综述96节能 ENERGY CONSERVATIONNO.01 2023式中：Smin最小截面积，mm2；Qt短路电流的热效应；c热稳定系数。短路电流的持续时间低于5 s时，绝缘导体的截面积应满足以下要求：Sikt(3)式中：i与其短路电流的有效值；t持续时间；k计算系数。4.4正确选择和应用变压器污水处理厂的电气设计工作较复杂，涉及很多方面，任一环节出现问题均会影响整体的设计。电气设计过程中，最重要环节是科学、合理地选用变压器，有效地减少污水处理厂的能源消耗。根据相关调研资料的研究，变压器运行时的损耗约占电网总功率的0.8%。电网的能源消耗总量巨大，导致变压器的能源损耗较大。变压器的能量消耗主要包括铁损耗和线路损耗两大类。某一特定工况下，变压器负载率约为50%时，耗电量最小，耗电量减少不会减少变压器的铁损耗5。负荷速率高于最低负荷时，可以有效地减少变压器的铁损，会使线路损耗增加。因此，变压器选型时，应从技术和成本等角度综合考虑经济因素，合理选用变压器。4.5无功补偿设计污水处理厂设计无功补偿时，可以根据电路负载的值，采用集中补偿、现场补偿等方法，对电网进行实时补偿，确保电网的稳定运行，减少电网的损失，提高污水处理厂的能源利用率。4.6谐波处理设计污水处理厂的电力系统比较复杂，存在许多非线性线路，会产生谐波，对电力系统的正常工作产生影响，导致电力资源的浪费。为了解决电力系统的谐波问题，可以采用接线的方式将各相关联的点进行连接，并配备有源滤波器或被动滤波器，有效改善电网的谐波性能，运行中发生的谐波不会对电力系统的正常工作造成影响，达到了较好的节能效果。4.7照明系统的节能设计照明系统在电力系统中占据很大的比重，通过节能设计，可以极大地降低污水处理厂的能耗。照明设备的设计中，可以采用感应式方法实现，解决了电能消耗的问题，实现了照明系统的智能化。另外，选用发光二极管时，LED的节能效果极佳，应被广泛使用。5结语电气设计阶段，技术人员应根据项目所在地的实际情况进行针对性布置。对中国北部地区进行污水处理厂设计时，对当前的地形、气候特征进行分析。某地的气候特征为冬季严寒、夏季炎热、四季分明、昼夜温差大、冻土厚度最大为125 cm。地形、气候、温度特征对电气部件的要求相对严格，建议可以选择适应性较强的断路器电缆等。如低压断路器可以选择施耐德的 Compact NSX 系列断路器，该型号的断路器在实践中可以满足-55+85 的温度环境，冻土地形对电缆布设的要求相对较高，一般的电缆直埋法通常很难满足使用需求，建议采用带盖板电缆沟敷设法对其进行处理。污水处理厂的电气设计主要从变压器设计、降低线路损耗、电器控制设备设置等方面优化，从而提高污水处理厂的效率。为了推动污水处理厂可持续发展，需要采取相关措施节约能源，实现污水处理厂的节能降耗，电气设计方面充分考虑节能的思想，采取科学、合理的节能措施，降低企业的投资成本，推动污水处理厂的进一步发展。参考文献1 孙正且.可行性研究阶段的污水处理厂电气设计 J.中国新技术新产品，2021（22）：76-78.2 思显佩.污水处理厂能耗影响因素及解决措施探讨 J.广州化工，2020，48（23）：137-139.3 顾雪松.城市污水处理厂关键设备节能降耗策略 J.资源节约与环保，2020（10）：7-8.4 郭杏丽.浅谈城镇污水处理厂供配电系统设计节能及优化措施 J.机电信息，2020（18）：139-140.5 林太和.污水处理厂电气设计中负荷计算与节能优化分析 J.城市建筑，2019（4）：183，188.