吴鹏
北京市市政工程设计研究总院有限公司广东分院
摘要：近年来，随着我国城镇化率大幅提升，城市人口不断富集，排放污水量逐年增加；同时随着国家环保要求日趋严格、污水管网建设范围扩大，污水收集率不断提高；结合我国普通存在的城市用地紧张因素，我国污水处理项目渐渐向多而散的中小型规模（≤30万m3/d）发展。为了响应新时期背景下，国家节能减排和可持续发展的要求，结合作者多年来工程设计和运维配合所积累的经验和遇到的问题，从实际的发展情况，对水厂电气进行节能设计，不仅可以提高设计水平，还可以节约一定的经济资源。基于目前污水处理工程的发展情况，本文探讨了一些污水处理厂电气设计的节能措施，一方面从自身的角度总结过去工程设计的经验教训与大家分享共勉，另一方面也希望可以借此为推动污水处理项目节能减排尽微薄之力。
关键词：城市污水处理；电气设计；节能措施；总结探讨?
污水处理厂（由于篇幅有限，本文仅着重探讨中小型污水处理厂，以下均简称“水厂”）因涉及包括给排水、建筑、结构、暖通、电气、自控等多专业设计内容，管线复杂多样、设备多且控制要求繁琐、几乎全年运行用电量巨大，电气设计若不合理经济，将会造成大量电能损失和后期运维不便。这就需要设计人员在满足规范标准的前提下，从节能降耗的角度出发，尽可能优化水厂的电气设计方案，选择合理的电气设备，从而最大可能实现水厂合理高效经济节能运行。
一、水厂电气设计节能措施的要点
现如今，要想降低水厂项目的成本，需要结合工程实际情况，优化设计方案，提高用电设备的使用效率，在图纸阶段就尽可能地减少不必要的能源损耗。一方面，由于用电设备繁杂，除了要考虑配电线路的优化，更多的是要满足设备控制需求，如果不熟悉工艺暖通等用电设备的特点以及运维过程中可能遇到的问题，将严重影响其在工程中的合理甚至正常应用，从而造成能源损耗和资源浪费。另一方面，电气设计过程中如果盲目过度追求节能效果，在一定程度上降低用电设备的实际应用要求，也将会严重影响水厂电气系统运行的安全性和稳定性[1]。
（一）供电电源及系统设计
污水处理厂，往往与人民日常生产生活紧密相关，若中断供电，将会造成水域严重污染，破坏生态平衡，对人民的生活造成恶劣的影响。为保证供电系统的连续、可靠运行，工程用电负荷等级一般按二级考虑。根据规范要求，二级用电负荷均要求采用两路电源供电，对于处理能力2~30万m3/d的工程，应从就近10kV市网不同变电站引入两路高压电源，两路电源同时供电，互为备用；但对于处理能力小于2万m3/d的工程，一般采用地上布置形式，且二级负荷容量一般不超过800kW，若无法提供两路高压电源，可采用市电高压加应急发电机组的双电源供电形式。对于应急柴油发电机组，根据工程运维经验，单独设置发电机房并设置发电机组，往往闲置时间远大于使用时间，造成工程用地和设备浪费，对于这种情况，设计可考虑低压双电源切换柜预留移动式发电机组电源接口，移动式发电机组平时可放置在设备用房，当市电电源故障时，接入供电系统，保证工程二级负荷连续可靠运行。
工程用电设备多且分散，供配电系统的配电级数不宜超过三级，宜在用电负荷中心设置总变配电室，以各工艺单体为组设置分配电室，并宜靠近较大容量设备，例如鼓风机、脱水机等。重要的、容量较大以及布置在潮湿、腐蚀性环境的设备应采用放射式配电，无特殊要求的小容量负荷和检修吊装用电等可采用树干式或链式配电，并应尽量合并同类型设备，采用配电室-总箱-各设备的形式，已节省配电柜数量和电缆出线，方便后期检修运维。
低压设备一般采用电容器自动投入的方式集中补偿，功率较大、线路较长且长期运行的低压设备，以及高压电动机，均宜在设备附近设置就地补偿方式。电容器回路上谐波较大时，宜串联电抗器；对波动负荷较大的供电回路，宜采用动态无功补偿装置。
（二）电气设备选型
交流电动机的工作电压，应根据其额定功率和所在系统配电电压经技术经济比较后确定，一般额定容量200kW以下采用低压电机，380V供电，200kW及以上宜采用高压电机，660V或10kV供电。
风量、流量经常变化的用电负荷，应采用电动机变频调速的运行方式；容量30kW及以下设备一般采用全压启动方式，30kW以上设备建议采用降压启动方式。
变压器应选用低损耗型，且能耗值不应低于《三相配电变压器能效限定值及能效等级》GB20052中能效标准的节能评价值，且正常运行时负载率宜为0.6~0.7。
（三）导线、电缆的选择与敷设
在满足用电设备使用要求的前提下，应尽可能通过优化供配电系统和路由设计，减少出线回路及导线电缆线径，缩短供配电半径，合理分配与平衡负荷，以实现系统的经济高效运行。由于水处理工程环境潮湿、腐蚀性较大，电缆应采用聚乙烯外护套；一般采用YJV（聚乙烯绝缘聚乙烯护套）电缆，该类电缆具有较高的载流量，导体最高工作温度可达105℃。
（四）照明系统
由于水处理工程厂区面积大，考虑用地紧张一般采用全地埋或半地埋式布置，可根据建筑特点设置若干导光孔或反光装置，充分利用自然光引入室内照明；厂区范围大、灯具数量多且使用时间长，厂区照明应根据建筑条件、用电设备分布以及天然采光状况，采用智能照明集中控制系统，分区、分组、分时，自动远程就地，可调光以及就地感应等综合控制方式。灯具应采用高光效低能耗荧光灯或LED光源，荧光灯光效≥90lx/W，LED灯光效≥120lx/W。
（五）选择合理的电缆
除了要对照明系统等进行合理化设计，还需要结合其实际的运行情况，选择合理的电缆。污水处理厂如果在具体的电气节能设计中，盲目地选择价格比较昂贵的电缆，不仅会增加实际的生产成本，还可能会导致电缆在运行中的能耗越来越大。因此，在对当前的污水处理厂进行电气节能设计的时候，要综合考虑其实际的运行情况，选择质量好的电缆，对电路进行合理化的铺设。在具体的铺设过程中，我们还注意负荷的要求是不同的，所以技术人员要选择不同的材料， 通过不同的方式， 不断降低材料的损耗，降低其中的成本投入。
此外，在对电缆进行合理选择时， 还要将技的术性的理念融入到其中，注意电缆电阻与线路长度之间的关系，然后在此基础上，更好地控制电缆的总长度，并且技术人员还可以通过适当地调整电气设备整体结构的方式， 在条件允许的情况下，不断增大其横截面积，从而不断减少其中的能耗。
（六）实现无功补偿设计
污水处理厂要想保证当前电气节能设计的有效性，还需要对其进行无功补偿设计，主要以电路负荷值为标准， 然后充分应用集中补偿等设备，及时对整个电气系统的运行作出相应的补偿，主要目的是在保证污水处理厂电气节能设计合理性的基础上，让其中的电器设备可以始终保持稳定的状态， 减少电气线路损耗量，从而加强对电力电力资源地充分利用。
（七）新能源的利用
新时期，以前的水厂电气设计节能的方案和措施已经不能满足人们发展的要求了，所以在水厂电气设计节能过程中，需要创新设计方式，加强对新能源的利用，降低能源消耗，加强对周围环境的保护，以达到节能环保的要求。
比如，在应用太阳能资源的时候，可以结合水厂不同环境的要求，通过太阳能采光和供热等方式，减少暖通用电设备的应用运行，达到更好地降耗效果。
因此，需要将此能源进行有效转化，加强其在水厂电气设计节能的合理应用，优化设计流程。此外，风能也可以发电，路灯节能设计时候，设计人员可以结合实际的情况，同时利用风能和太阳能进行发电，将风能和太阳能装置都合理地设计在路灯上面，这种方式的不仅可以在夜间使用，还能够降低大量的能耗。
结束语
由此可见，水厂电气工程不仅是提高人们生活质量的关键，更是保证我国经济持续发展的主要内容，需要对其进行节能设计，在保证相关电气设备稳定运行的基础上，降低其中的能源损耗，从而进一步优化水厂电气设计节能流程。
参考文献：
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