彭国富
湖南鑫远环境科技股份有限公司 湖南 长沙 410008
摘要:现在，由于中国的水环境污染和水资源不足，污水处理厂的放流标准越来越严格。本文概要了污水处理厂提标和设计要点进行探讨，对污水处理工艺提标改造工程中的电气设计共性问题进行了总结。
关键词：污水处理厂；提标；电气；自控
现在，由于中国的水环境污染和水资源不足，污水处理厂的放流标准越来越严格。《城市污水处理厂污染物排放标准》规定，城市污水处理厂排放的污水，在主要河流流域、由州、省决定的湖泊、水库等封闭或半封闭水中排放的情况下，实行等级A标准。除了上述国家标准外，地方自治体也发行了更严格的地方排放标准。如今，污水处理厂升级主要是增加COD、氨氮、总氮、总磷等排放指数，所以为了满足上述要求，必须对污水处理设施和处理流程进行重新设计，必然要对厂内的电气系统和自动化系统进行改革。
1.电气设计
1.1负荷等级
GB50014-2006《室外排水设计代码》（2016年版）6.1.19条“污水设备电源系统需按二类负荷设计，重要的污水设备需按第一负荷设计。”在多个污水处理厂及升级改造项目中概括发现，如今几乎所有的污水处理厂都被评价为二类负荷，但目前只有一个电源，将单路电源重新接通或2线化，没有电源状态时，将柴油发电机作为工厂整体的第一负载和第二负载的电源来设定。
1.2高压配电系统的改造
如果改造升级中包含了更换变压器或新增变压器的情况，高电压配电系统需要扩容，增加配电馈线回路。（1）更换变压器时，需要调整10kV配电系统的进线柜、计量柜、馈线柜及不满足需求的电流互感器，复测保护定值及相关保护实验。重新检查10kV系统的组成部分，如总线杆等动态稳定性和热稳定性检查，如果不符合要求，需要更换。（2）增加新变压器时，除了调整输入变压器等组件外，还需要对10kV配电柜进行变电，增加配电馈线回路。如果变电站没有足够的空间，无法实施土木工程，则在地面上新建10kV系统，将变电站10kV柜换成负载开关柜，为新的变压器供电，构建10kV系统。系统为新构建的变压器及现状变压器提供电源。
1.3变压器的选择
根据GB50053-2013《20kV以下变电站设计用代码》条款3.3.2的要求，“在具备两个以上变压器的变电站中，如果任意一个变压器被切断，剩余变压器的容量可以对应第一负载和第二负载的所有电力消耗。”考虑到目前只有一个变压器的系统，需要充分利用变压器的容量，对系统进行转换，并追加其他变压器。根据污水处理厂的负荷特性，一次处理、二次处理、深度处理工序等主要处理二次负荷的水质，三次负荷少。在设计过程中，需要考虑二次负载和三次负载，并根据有二次负载的变压器的负荷率选择变压器。如果基本的电费是基于变压器的容量，通常需要高选择变压器的平均负荷率。70%到90%;如果按最大需求计算基本功率价格，变压器的工作负荷率必须在经济运行范围（通常为50%到70%）内选择。
1.4低压配电系统改造
旧设备和新设备需要取得平衡，有效地使用利旧设备，是低电压系统的升级改造设计的原则。升级和改造项目通常会增加电力负荷。现有的变电站电源半径内的新负荷优先从变电站供给，最大限度地利用负荷余量，使用备份电路电路的一部分，供给变压器的容量。或者，低电压输出电路不能对应新负荷的电源。为了避免变压器、低压母线的更换以及配电线路转换所引起的停电和设备转换的风险影响，必须在扩建的新变电站上向新负荷供电。对厂房的当前变电站和新变电站的供电半径、供电计划进行重新调整，优化新旧变电站的供电范围。
1.5建设能耗管理系统
CJJ/T 120-2018《城市排水系统电气及自动化工程相关技术标准》7.3.1指出，“排水泵厂和污水处理厂需要配备能源消耗管理系统”，升级改造后的污水厂需要配备能源管理系统。通过电力监视系统，可以实时监视电力供给系统和各种机器的运转和消耗电力，实现节能运转。电力监视系统是面向电力专家设计的。
例如，如果现在的变电站没有电力监控系统，建议在没有大规模停电的前提下慢慢追加。
1.6电气控制注意控制电缆感应电压问题
部分污水处理厂使用MCC柜控制，在变电站设置了多个现场设备控制环。控制电缆过长或感应电压过高，可能导致设备启动/停止控制失败。在发生上述问题时，建议在现场设定故障设备的控制电路，也就是说，设定现场的控制箱，缩短控制电缆的长度。
1.7防雷接地问题
作者在参与工程实践中发现，有些需要改造的污水处理厂，原有避雷和接地的系统不满足要求。在改造的电气设计中，需要注意调查和补充。在没有安装接闪带位置补充接闪带，并使用下降电感器连接到接地系统。如果没有明确的等电位结合，需要追加安装对策。建议沿着工厂建筑物的墙壁铺设接地干线，通过接地线和跳跃线实现金属部件、金属设备的外壳、管道、操作箱、支架等电位连接。补充实施接地项目时，作为完成接地系统的基础，需要测试接地电阻。
2.自控设计
2.1基础系统扩容及改造
根据污水处理厂的标准升级所追加的处理过程设备，PLC的基本系统被扩展，实现自动化功能的目的。例如，使用当前PLC预留输入输出点，或追加输入输出模块，实现新设备的信号取得和控制。如果当前设备未被预留，则设置新的PLC站以监视扩展设备。
2.2网络改造
一般情况下，自控设备使用环形以太网通信。新追加的PLC控制站包含在当前的PLC系统中。在环网通信的情况下，打开当前的环形环，增加新的站，实现与现有站的环形通信;星型连接时，必须使用中央控制室的通信开关预留端口，或扩展后实现新的通信站点。对于网络的变革，也可以使用新追加的PLC站点的自组织化通信网络，中央控制室的核心开关可以和现有的PLC系统通信。在转换过程中，您可以使用各种通信协议来实现各种设备的网络访问。当骨干网络使用工业以太网时，子站或远程I/O可以使用总线与母站通信，而远离站的设备可以使用无线通信。
2.3信息化管理系统更新，扩容及改造
转换管理平台需要实现基本PLC系统的集成，例如SCADA系统软件的扩展和更新、原始过程监测图形和数据操作接口的扩展、新旧实时数据库和历史数据库的集成等。信息平台系统还可追加能源管理系统、设备管理、报告管理、人事管理、安全管理、其他功能模块等运用及维护相关的软件模块。信息转换后，可以改善生产管理，实现实时流程调度，日常管理制度化，服务标准化和人性化，实现管理过程和生产过程的无缝整合，有效改善生产管理和信息管理的整合。
2.4视频监控系统的整合
污水处理厂主要是视频和监控为主，如果是升级改造项目，可以将视频监控点添加到适当的位置。新的点必须使用光纤尽可能与视频监视主机通信。如果当前视频监视主机没有足够的备份接口，则需要添加新的交换主机。如果现有系统是模拟系统，则需要合并新添加的数字视频监视系统。新旧相机的视频图像信息也必须与中央控制室的大显示屏集成显示。视频监控对于污水处理厂的防控无疑是非常重要的，加大对监控的布置，多增设视频监控的点位。
3.结语
本文对于污水处理厂提标改造扩容工程遇到的一些问题进行了总结，污水处理厂标准升级过程的设计一般会增加污水处理设施和处理流程的深度，增加电力负荷、电力设施和控制设施。在电气和自动控制设计中，需要根据不同的污水处理厂的转换需求提出不同的计划。但是，根据电气自动控制的专业特性，在变换设计时，需要注意遵守几个一般的设计要点，要想经济的可持续发展，环境的保护无疑是非常重要的，对于污水处理一定要认真仔细，做到防控安全两不误。
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