污水处理厂改扩建工程中电气系统的优化与提升.pdf

工程设计GONGCHENGSHEJ I温琳苹,等:污水处理厂改扩建工程中电气系统的优化与提升 工程与建设 年第 卷第期收稿日期:;修改日期:作者简介:温琳苹(),女,天津人,高级工程师污水处理厂改扩建工程中电气系统的优化与提升温琳苹,刘晓茜,马春强(中国市政工程华北设计研究总院有限公司,天津 )摘要:苏州高新区某污水处理厂二期扩建及提标改造E P C工程在不扩地的情况下由 m/d扩建至 m/d,并提标达到当地排放标准.针对厂区用地紧张,总平面形状狭长,部分一期设备低压供电距离过远等问题,电气工程采用了既节省造价又节约空间的高压系统改造方案,统一规划现状和二期新增负荷,重新划分低压供电系统供电区域,尽可能减少线路损耗,并利用改扩建契机提升电气系统,增设电力监控后台和电能管理系统,实现少人值守、精细化管理,助力节能减排,降低运营成本,迎接“双碳”时代的到来.关键词:污水处理厂;提标改造;供配电系统;负荷划分;E P C工程中图分类号:TU ;X 文献标志码:A文章编号:()引言自 年江苏省实施新版排放标准以来,省内众多污水处理厂相继进行了改扩建工程,苏州高新区某污水处理厂二期扩建及提标改造E P C工程为其中一项典型实例.此污水处理厂一期工程 m/d于 年初建成,排放标准为一级B,并预留远期规模 m/d建设用地.年针对此 m/d规模完成提标为一级A标准的提标改造工程,年完成污泥干化处置工程(在本工程红线以外).二期改扩建工程将在不停水不扩地的情况下扩建至 m/d,并提标达到江苏省及苏州地区排放标准.污水处理厂现状及分析 现状总平面布置一期工程选址用地紧张且狭长,一期及提标工程建(构)筑物布置在厂区两端,二期生化处理预留地布置在厂区中部,厂区靠近出水口端也预留了部分用地,厂区四周被河塘与新区主干路包围,无新增用地空间.现状厂区总平面布置如图所示.图污水处理厂现状平面布置图 现有高低压供配电系统污水处理厂已建座 k V变电站,分别为现状总变电站,内设台 k VA变压器,一用一备,负责污水处理用电设备的供电,建于鼓风机房最北端;污泥干化区(红线以外)分变电站内设台 k VA变压器,一用一备,负责本工程厂区以外污泥干化区用电设备的供电,位于污水处理厂之外的最南端,虽不归污水处理厂管理,但 k V电源引自污水处理厂总变电站高 压系 统.另 外,于 污 水 处 理 厂 污 泥 处 理 车 间 内 设 k V马达控制中心(MC C),负责污泥处理区和消毒渠用电设备的供电;于加药间内设提标改造工程 k V马达控制中心负责提标改造工程建(构)筑物(提升泵池、混凝沉淀、转盘过滤)的用电设备的供电.两座马达控制中心的 k V电源均引自总变电站 k V系统.根据当地供电部门要求,总变电站 k V系统采用单母线分段不带母联的接线方式,两路 k V外线电源一用一备.k V系统采用单母线分段带母联的接线方式,母联左侧为一期供电(污水处理规模为 m/d),母联右侧除少量一期用电外,大部分为二期预留的低压开关柜.现状全厂供配电系统图如图所示.现状运行负荷数据污水处理厂现状运行负荷数据为:预处理和鼓风机房共 kW、生 物 池 kW、深 度 处 理 加 药 间k W、混 凝 沉 淀 kW、污泥处理车间 kW,由污水处理厂现状变电站供电,站内两台 k VA变压器一用一备,变压器运行负荷率为.变电站现状情况现状全厂总变电站设有高低压配电室、变压器室、值班室各间,以 及 供 电 公 司 k V环 网 室间.高 压 配 电 室 m m,内设有 台 k V中置式开关柜,配进口或合资品牌真空断路器和微机型综合保护器;变压器室内设置两台带外壳 k VA干式电力变压器;低压配电室 mm,内设低压开关柜及P L C柜共 面,主要元件为合资品牌框架及塑壳断路器;值班室内设有直流屏和声光报警信号屏.温琳苹,等:污水处理厂改扩建工程中电气系统的优化与提升工程设计GONGCHENGSHEJ I 工程与建设 年第 卷第期 图污水处理厂现状供配电系统图高压配电室为二期扩建工程预留的 k V出线柜柜位已被先于二期建设的污泥干化项目占用,高压配电室空间受限.现状问题及改扩建工程难点污水处理厂在 年前建设并为二期预留空地时,但彼时并非能预测如今的排放标准,更无法预测新工艺、新技术的出现,因此二期改扩建及提标工程要在预留的有限空间内建设复杂的处理工艺所需的众多建(构)筑物,用地紧张导致改扩建工程新增变电站空间受限,现状总变电站改造拓展空间不足,势必增加电气系统改造难度.加上本项目总平面形状狭长,作为全厂总变电站的一期变电站设在了厂区北部顶端,导致大部分设备供电距离较远,尤其是南端的污泥处理间和加药间也由此供电,大截面电缆长距离敷设,线路损耗较大.现状高低压设备虽可利旧,但 年前与当今相比技术较为落后,不符合污水处理厂数字化、智能化管理要求.电气系统改造设计思路与原则 重新调整全厂负荷划分现状已建和二期拟建负荷统一规划,根据二期改扩建工程变电站的设置调整部分负荷的供电电源.系统改造配合变电站空间的合理利用采用占地空间较小的高压系统改造方案,减小此工程对正常运行的影响.降低投资在保证可靠性的基础上,尽可能设备利旧,以减少施工停产,减少投资.优化并提升顺应双碳时代政策要求,提高电气系统先进性,建立智能化配电网络和能耗管理平台,协助污水处理厂节能减排,加快推进企业数字化转型.电气系统优化与提升设计方案 改扩建后负荷情况改扩建工程在现状预处理、鼓风机房、污泥处理及深度处理加药间建(构)筑物内增加工艺设备,按照本项目工艺更换一期生物池内设备,拆除现状深度处理构筑物,新建生化处理、深度处理及除臭相关建(构)筑物.改扩建工程计算负荷为:预处理和鼓风机房改造增至 k W,一期生物池改造后为 k W,新建二期生物池 k W,深度处理加药间改造增至 k W,新建芬 顿 处 理 k W,新 建 浅 层 滤 池 和 活 性 炭 为 kW,污泥处理车间改造后增至 kW,新增通沟污泥车间 k W.系统划分与变电站、马达控制中心的设置根据新增负荷的分布情况,需在二期用电负荷较为集中的生化处理区附近新建座分变电站,位于狭长厂区中部.污水处理厂座变电站(不包含红线外污泥干化分变电站)间距约 m,根据改扩建后全厂负荷和现状变压器容量情况,重新为座变电站调整分配负荷,将南端区域的污泥处理车间和深度处理加药间用电负荷切换至新建分变电站内.现工程设计GONGCHENGSHEJ I温琳苹,等:污水处理厂改扩建工程中电气系统的优化与提升 工程与建设 年第 卷第期状变电站内台变压器,一用一备,在预处理、鼓风机房及一期生物池调整增加用电设备后,改为台同时运行互为备用而无须增容.新建分变电站负责二期生化处理区及南部的深度处理、污泥处理区域设备供电.调整后预处理、鼓风机房、改造的一期生物池、芬顿药剂储罐区由附近的现状变电站供电;其他 新建 建 构筑 物用 电负 荷 由新 建分 变电 站 来承担,并将污泥处理车间和加药间电源由现状变电站迁至新建分变电站.调整后现状变电站内台变压器同时运行,负荷率为,新建分变电站内设置台 k VA变压器同时运行,负荷率为.一、二期负荷统一规划后原变电站与新建分变电站供电区域及线路调整如图所示.图供电区域划分及线路调整 高压系统改造现状变电站需增加两面 k V出线柜为二期新建分变电站提供电源,但高压室已无空间.以往常用的改扩建工程高压改造方 案 会 考 虑 在 新 建 的 分 变 电 站 重 新 设 置 一 套 完 整 的 k V系统,外电线路改造后进厂重新敷设电缆改接至新建的变电站,待新建变电站建设安装完毕再向现状老变电站提供 k V电源.但由于厂区中部用地紧张,新建分变电站没有足够的空间设置总高压配电系统,而现状变电站北端即高压室北侧至厂区围墙尚有空间,因此在现状变电站高压室北侧扩建一跨和现状高压室相同大小的房间并改造现状高压系统,新建分变电站仅设置 k V环网柜即可.这样不仅利旧了原高压开关柜,解决了厂区中部用地紧张的问题,而且减少了外电线路改造的工作量,降低了建设投资成本,缩短了改造时间,减少了对污水处理厂正常运营的影响.改造方案将两面现状厂外污泥干化变压器出线柜改作扩建高压室电源柜,由于当地供电部门不允许在本次改造中使用高压母线桥,现状与扩建高压配电室开关柜之间只能采用电缆连接.两路扩建高压室电源采用 k V电缆由现状高压室内厂外污泥干化变压器出线柜接入扩建高压室隔离柜,经隔离柜接至左右两段主母排,这两段 k V母排均设新建分变电站变压器出线柜、厂外污泥干化变压器出线柜以及远期预留 k V出线.由于污泥干化变压器出线柜改作扩建高压室馈线柜以及本工程的扩容,相应更换现状高压柜元器件,调整二次接线.改造后的全厂供配电系统图,如图所示.图污水处理厂改扩建工程供配电系统图温琳苹,等:污水处理厂改扩建工程中电气系统的优化与提升工程设计GONGCHENGSHEJ I 工程与建设 年第 卷第期 提升电气系统先进性现状变电站内信号系统采用的是闪光报警器,高压系统报警信号通过硬连接送至信号系统,高压电力仪表以及低压主要大容量回路的电力仪表通过R S 通信接口将电气参数、断路器状态参数上传到中控室全厂自控系统.本次改扩建增设了电力监控后台和电能管理系统,低压系统增设了有源滤波装置、电气火灾监控以及柜内智能除湿装置,新老高低压系统内的智能电力仪表、综合保护装置、变压器温控器、功率因数控制器、有源滤波装置、电气火灾监控、智能除湿装置均可通过通信接口将数据上传到电力监控后台系统.电能管理系统通过实时数据分析向运维人员提供设备的运行监测、设备性能、能源利用分析和电能质量分析信息,以实现节能降耗,降低运行成本,分析潜在的隐患,避免停机事故,优化设备的利用率等功能.本工程实施后全厂电力监控系统拓扑图如图所示.图污水处理厂电力监控/电能管理后台网络拓扑图成本及效益分析 电能损耗比较二期改扩建工程实施后,污泥处理区MC C电源和一期深度处理加药间MC C电源等厂区南端区域用电调整至二期新建分变电站供电,缩短低压A C V供电距离,降低线路损耗.以污泥处理区为例,改造前一期建设时,为保证低压供电电源压降在规范允许范围内,不得不增大电缆截面,采用双颗Y J V /k V 型电缆供电,改造后低压供电距离由原来的 m缩短至 m,电缆截面减小一半,一年内线路损耗的减低为污水处理厂节省电能约 kW h.能源管控后的价值收获提升电气系统先进性之后,电力监控后台和电能管理系统将收集来的全厂用电数据进行电能质量、供电容量、供电效率、能源账单等智能分析,不仅实现管理少人化,实现了主动运维,通过预测性分析快速找到故障原因,提升效率,提高可靠性和安全性,而且能根据用电分析结果调整设备运行状态,削峰填谷,均衡用电,实现精细化管理.若人工原为 人,成本为 万元/a,现在可减少至人,成本则减为 万元/a;平段运营、生产及非生产用电原来约为 万元/a,实行电能管理之后,谷段运营且节能增效,运营、生产及非生产用电约为 万元/a,节省费用约 万元/a.结语本工程针对用地非常紧张的污水处理厂改扩建提标工程,提出了合理的高压改造方案,并深入负荷中心设置分变电站,调整全厂供电系统区域的划分以减少低压配电网路损耗,利用改造契机提升优化电气系统,采用先进的软硬件设备,降低运营成本,助力工业企业数字化转型.该工程可为类似污水处理厂提供电气系统的提标改造思路.参考文献秦栽根,闫萍某污水厂不停水不扩地提标改造及扩建工程设计J中国给水排水,():中华人民共和国住房和城乡建设部供配电系统设计规范:G B S北京:中国计划出版社,中华人民共和国住房和城乡建设部城镇排水系统电气与自动化工程技术标准:C J J/T S北京:中国建筑工业出版社,张玮亚智能配电系统分区电压控制技术的研究D天津:天津大学,中华人民共和国住房和城乡建设部 k V及以下变电所设计规范:G B S北京:中国计划出版社,中国航空规划设计研究总院有限公司组工业与民用供配电设计手册M 版北京:中国电力出版社,