（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海市 200092）
摘要：结合工程实例，详细介绍了污水处理厂的供配电设计及鼓风机电机继电保护等相关内容。
关键词：污水厂；供配电设计；继电保护
【abstract】Combined with engineering practice,The power supply and distribution design of sewage treatment plant and the relay protection of blower room are introduced in detail.
【keywords】 sewage treatment plant;power supply and distribution design;relay protection
1、工程概况
某污水厂规划规模为55万m3/d，本期工程建设规模为40万m3/d。污水厂厂前区及尾水排放管等土建设施按55万m3/d规模一次建成。污水处理采用AAO+脱氮除磷深度处理工艺，除臭工艺采用离子送风+生物滴滤+改良式生物过滤+活性炭吸附，尾水采用次氯酸钠消毒，污泥采用深度脱水工艺。出水标准按一级A，氨氮等个别指标进一步提高，应预留进一步提标的可能性，除臭采用厂界一级标准。
根据规划，借鉴国内外先进经验，为最大限度避免对周边环境影响，本工程采用全地下式污水处理厂方案（包括污水处理、污泥处理、综合楼及辅助设施），地下污水处理设施顶板与周边道路相齐平，上部覆土后建设开放性公共绿地。
本工程设计范围为35/6.3kV总降压站的设计，6/0.4kV变电所的设计，配电系统的设计，电缆线路敷设设计，照明设计，防雷、接地设计。
2、供配电系统设置
1）负荷等级及供电电源
根据GB50014的要求，本工程整体定为二级负荷，拟采用两路35kV常用电源供电，每路电源容量12500kVA，两路电源互为备用。
2）主接线方式
污水厂35kV系统采用线路－变压器组接线方式。主变容量按近期要求配置，选用2台10MVA-35/6.3变压器，运行方式为两常用。
6kV配电系统采用单母线分段的接线方式。进线断路器与分段断路器配置可靠的电气联锁和三锁二钥匙机械联锁。正常运行方式下，分段断路器断开，两段6kV母排带电运行。当一段母排因故停运，采用手动合上分段断路器的方式，使失压段母线恢复供电，以保证污水厂正常运行。6kV系统采用放射式的方式向各6/0.4kV变电所或6kV电动机供电。
0.4kV配电系统采用单母线分段的接线方式。进线断路器与分段断路器配置可靠的电气联锁和三锁二钥匙机械联锁。正常运行方式下，分段断路器断开，两台6/0.4kV配电变压器均为常用。当一台变压器因故停运，采用手动合上分段断路器的方式，使失压段母线恢复供电，以保证污水厂正常运行。380V系统采用树干式与放射式相结合的方式向各用电设备供电。
3）变配电所设置
结合工艺总体布局，本工程共设置1座35/6.3kV总降压站、1座6kV配电所和4座6/0.4kV变电所。
(1)35kV总降压站
在厂前区设置一座户内35/6.3kV总降压站，面积约800平方米。内设35kV配电间、6kV配电间、主变压器室、控制室等。总降压站的土建按照远期一步到位。近期2台主变选用10MVA-35/6.3kV干式变压器，远期拟更换为2台16MVA-35/6.3kV干式变压器。35kV系统采用线路－变压器组接线方式。
(2)鼓风机房6kV配电所
本工程在鼓风机设置一座附设式6kV配电所（作用是为生物反应池提供氧气，以保证生物系统正常运行），负责鼓风机房8台700kW鼓风机的配电。配电所采用单母线分段的主接线方式，采用放射式向各6kV电动机配电。
(3)6/0.4kV变电所
本工程拟设4座6/0.4kV变电所。
1＃变电所位于厂前区的负荷中心，2＃变电所位于出水区负荷中心，3＃变电所位于预处理区、泥处理区的负荷中心，4＃变电所位于深度处理区负荷中心。其中3#变电所根据负荷性质、负荷容量设置了3组变配电装置，3-1#变电所服务预处理区及20万吨水处理设施；3-2#变电所服务20万吨水处理设施，3-3#变电所服务泥处理区。6/0.4kV变电所主变容量按远期一步到位。
4）、继电保护的配置
35kV、6kV开关柜继电保护采用微机综合保护装置。保护配置如下：
35kV主变装设差动、过电流、过负荷、温度、零序电流保护。
6kV馈线装设电流速断、过电流、零序电流保护。
6/0.4kV 变压器装设电流速断、过电流、过负荷、零序电流、温度保护。
6kV电动机装设电流速断、过电流、低电压、过负荷、零序电流保护。
6kV电力电容器装设电流速断、过电流、过电压保护。
5）、无功补偿
采用并联电力电容器进行无功补偿。
针对用电设备的不同情况，本次设计采用集中补偿与分散就地补偿相结合的补偿方式。380V用电负荷在6/0.4kV变压器低压侧设置无功功率自动补偿装置集中补偿，6kV电动机采用就地分散补偿。最终达到35kV侧电源计量无功功率因数0.9以上。
6）、操作电源
35kV开关柜和6kV开关柜采用110V直流弹簧操动机构，设专用直流屏，后备电源为免维护全密封铅酸蓄电池。
低压设备控制电源为交流220V。
7）、计量方式
高供高计，35kV侧计费计量装置安装在专用电业计量屏上。
污水厂综合楼、生产辅助楼、门卫等非生产用电（包括照明、空调）由变电所专用回路供电，设置专用计费计量装置。55kW及以上电动机设置电度计量，供节能考核管理。
3、继电保护设置的重要性
1）继电保护按功能对象分类：高压电动机保护、线路保护、发电机保护、电力变压器保护、电容器保护、母线保护等。
继电保护按保护种类分类：差动保护、电流速断保护、电流延时速断保护、过电流保护、过负荷保护、单相接地保护、瓦斯保护、温度保护等。
2）、继电保护是保证电力系统安全稳定运行的非常重要的手段，变配电站继电保护能够在变配电站运行过程中发生故障或出现非正常运行的状况，继电保护装置能迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警。
3）继电保护是根据供配电系统运行过程中发生故障时出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低等现象超过继电保护装置内整定值或限值后，在正定时间内，有选择的发出跳闸命令或报警信号。
4）继电保护和自动装置的功能是在合理的电网结构前提下,保证电力系统和电力设备的安全运行,其设计应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据,并遵循相关的设计、整定规范，并从设计的角度，考虑各级继电保护的配合，以达到继电保护所要求的可靠性、速动性、灵敏性和选择性的要求。
4、鼓风机房配电间6kV柜整定计算步骤如下：
1）、系统简图：
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2）、短路电流计算：
业主提供的电业数据：
K1，K2点短路容量：
最大运行方式下短路容量：145MVA
最小运行方式下短路容量：113MVA
短路电流计算：
最大运行方式下短路电流：145/1.732/6.3=13.29 kA
最小运行方式下短路电流：113/1.732/6.3=10.36kA
阻抗计算：
系统短路阻抗：
最大运行方式：6.3/1.732/13.29= 0.274 Ω
最小运行方式：6.3/1.732/10.36= 0.351 Ω
鼓风机房6kV I段进线线路L1阻抗（2x150mm2电缆，约900米）：XL1=0.0911*0.9/2=0.041Ω
鼓风机房6kV II段进线线路L2阻抗（2x150mm2电缆，约900米）：XL2=0.0911*0.9/2=0.041Ω
至鼓风机电机6kV馈电线路L3阻抗（70mm2电缆，约40米）：XL3=0.1017*0.04=0.0041Ω
短路电流：
k2点短路电流计算：
最大运行方式下三相短路：Ik2max= 13.29 kA
最小运行方式下两相短路：Ik2min=0.866x 10.36=8.972kA
K3点短路电流计算：
最大运行方式三相短路(考虑电动机反馈电流影响)：
I3k3max=6.3/1.732/(0.274+0.041)+6x5.4x80x10-3=11.54+2.59 kA=14.13 kA
最小运行方式两相短路:
I2k3min=0.866*6.3/1.732/(0.351+0.041)=8.04kA
K4≈K3
K5点短路电流计算：
最大运行方式三相短路：
I3k5max=6.3/1.732/(0.274+0.041+0.00372)= 11.41kA
最小运行方式两相短路:
I2k5min=0.866*6.3/1.732/(0.351+0.041+0.0041)= 7.95kA
计算由异步电动机向K点供给的断路电流
保护装置的动作时限取15s
5、结语
以污水厂实际工程案例，介绍了供配电系统的详细设置，同时介绍了如何对高压鼓风机进行继电保护设置，由于6kV系统包括一二次系统，一次系统比较清晰，二次系统相对比较复杂，设置有继电保护装置、自动装置和二次回路。供配电系统能否安全、稳定、可靠的运行，不但直接关系到污水厂用电的畅通，而且涉及到电力系统能否安全正常的运行。为了保证供电系统正常运行，继电保护的设置就变得非常重要。
参考文献：
[1] 高杰，大型污水处理厂变电站主变压器继电保护设计，中国给水排水，第30卷第16期，2014年8月，68-71.
[2] 石晓敏，污水处理厂的供配电设计与实践应用，公用工程设计，2018年09月，73-74.120.
作者简介：
张红娜（1982-08），女，汉族，当前职称：中级职称，学历：大学本科，研究方向：市政排水供配电