浅谈城镇污水处理厂供配电系统节能设计

叶根胜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:通过分析城市污水处理厂的基本能耗，简要概述了城市污水处理厂供配电系统的节能价值，提出了城市污水处理厂供配电系统节能设计的一系列措施，以及节能减排导向下系统的优化方法。通过研究可以看出，供配电系统需要从电气设备和电缆线路的节能设计中控制电力资源损失，从而促进城市污水处理厂的可持续发展。

关键字：供配电系统；节能设计；优化措施；污水处理厂

引言

为了促进社会经济发展，减少资源损失，建设城市污水处理厂时，应从供配电系统入手，节能设计厂区供配电系统，减少电能损耗，控制运行成本。为了实现城市污水处理厂供配电系统的节能目标，系统的能耗应从系统电气设计和设备选择等方面进行多层次的控制。一、城市污水处理厂能耗分析

城市污水处理厂是城市文明建设中处理城市污水和净化水资源的重要工具。然而，在污水处理厂的实际运行过程中，大量的电力资源、水资源和其他资源将被消耗，其中电力消耗是污水处理厂的主要能源消耗类型。据了解，我国一线城市的污水处理厂每处理1m3的水耗电0.07kW-h,一般二线城市每处理1m3水耗电0.3kW-在处理污水时，ho污水处理厂需要使用脱水机、冲击装置，这种污水处理设备会损耗大量的水资源，而且各种设备在运行过程中也需要消耗一定量的电力资源，而资源的损耗又会增加城市污水处理厂的运行成本。

二是城市污水处理厂供配电系统的节能价值

一家城市污水处理厂每年的电费是5123万元，占污水处理厂总成本的15%，水资源成本为357元，各类电气设备的运行管理和基本维护约为3567元。因此，为了降低成本，防止城市污水处理厂在运行过程中的能耗，还应对厂区生产中的能耗进行多层次的控制。作为城市污水处理厂的核心结构，供配电系统支撑着污水处理厂的整体运行。因此，只有**优化污水处理厂的供配电系统设计，将节能减排理念融入供配电设计系统，才能减少污水处理厂的电力资源损失，为污水处理厂的可持续发展创造有利条件。1)城市污水处理厂供配电系统的节能处理可以通过电缆线路设计和变压器的选择来减少电力资源的损耗，控制城市污水处理厂的整体能耗。二是优化城市污水处理厂供配电系统设计，有利于提高各类电气设备的运行效率，使城市污水处理厂在**运行过程中**生产效率，控制污水处理时间，节约污水处理成本，使污水处理厂健康发展。

第三，城市污水处理厂供配电系统设计节能措施

1电缆线路的节能设计

变压器是城市污水处理厂供配电系统的核心装置。由于变压器在系统运行中的有功损耗较大，在城市污水处理项目中，各种变压设备需要更多的电线和电缆，电缆的波动范围更大。因此，在设计供配电系统时，相关人员可以通过电缆的节能设计来减少电力损耗，节约电力资源。具体来说，在城市污水处理厂的供配电系统中，不同导体的电阻和电气设备的电阻率与电缆和电路的长度密切相关。因此，为了节约电缆的能耗，可以通过控制电阻来节约电力。

1)铝电缆和铜电缆的电阻率明显不同。城市污水处理厂建设供配电系统时，设计师可以选择电阻率较低的铜芯电缆。确定电缆材料后，应在控制电缆内电流的基础上适当增加电缆面积，以降低电缆的能耗。

2)电缆正式布置时，还应优化电缆敷设方案:尽量缩短城市污水处理厂负荷中心和供配电系统变压器之间的距离；合理控制电缆长度，使电缆“少走弯路”。

3)电缆线路整体设计时，其长度、分布、材料、规格应符合供配电系统的节能设计和安全设计要求，电缆承载的电流能力应大于电路所需的电流。

2PLC节能控制技术的引进

城市现代化建设对污水处理厂的监控提出了更多的要求。PLC节能技术可以应用于污水处理厂的供配电系统，监测污水处理厂处理污水时的电力负荷。污水处理厂可以在污水处理活动中自动调整供配电系统的运行管理方案，控制系统的电流，基于PLC节能技术的后反馈理论和自适应技术优化控制供配电系统的设计参数。同时，基于供配电系统的节能控制，可以监控和整合污水处理工艺，***控制污水处理各个环节的能耗，如添加药物、提供强度、电力投入等。称为基于PLC的节能控制技术，可以使供配电系统**运行，减少系统响应时间，进一步减少系统的电能损耗，控制碳排放，实现节能减排的基本目标。因此，在设计城市污水处理厂内部的供配电系统时，应结合PLC节能控制技术，建立以太网为核心的节能通信监控平台，实时监控城市污水处理厂运营过程中的工艺参数和系统参数，有针对性地控制系统的电力资源损失。

变电站的灵活设计

电能是城市污水处理厂的主要能源损失。在设计厂区供配电系统时，需要灵活设计变电站，利用变电站的结构设计，降低城市污水处理厂供配电系统的供配电水平。对于城市污水处理厂来说，变电站起着不可忽视的作用。设计变电站时，相关人员可以根据污水处理厂电力资源的主要负荷中心，这是污水处理厂电力需求较大的区域。在节能设计该区域的供配电装置和变电设备时，不仅可以控制电力资源，还可以降低供配电成本，**城市污水处理厂的供配电系统为0kW。

电气控制系统节能设计系统

在设计污水处理厂供配电系统时，还应根据电控设计节能方案，具体思路如下：

1)通过此类设备，科学选择供配电系统中的变频调速设备，提高供配电系统的节能性。在城市污水处理厂的电气设计中，变频调速设备本身具有很强的节能特性。在流体定律的支持下，该设计可以通过调节电流和设备转速之间的关系，**城市污水处理厂供配电系统中的用电质量，提高其节电率。例如，在变频调速设备的应用过程中，污水处理厂可以使用智能水平较高的供配电设备，在这种设备的运行过程中，可以利用变频调速技术智能调节污水处理设备中的电量。

2)城市污水处理厂应重视电气控制的节能设计，选择符合污水处理厂要求的电气控制系统，优化供配电系统的整体设计。具体来说，城市污水处理厂电气设备多，污水处理工艺复杂。在污水处理厂电气控制系统的节能设计中，相关人员可以根据计算机技术、大数据分析技术和BIM技术，在污水处理过程中建立数据模型，从而智能控制污水处理厂的生产系统和电力系统。在各种技术的支持下，污水处理厂的电气设备可以很好地调试和节能。

第四，城市污水处理厂供配电系统设计优化措施

11优化变电站整体结构

在节能设计污水处理厂变电站的提下，还应优化变电站的整体结构。变电站节能目标的实现主要在于变电站的整体布局，尤其是电容量大的供配电设备，更需要在离污水处理厂变电站负荷中心附近的区域。

2变压器的科学选择

变压器的选择对于城市污水处理厂的节能设计非常重要。因此，在优化厂区供配电系统时，应合理确定变压器的容量，科学选择变压器。对此，相关人员可以根据城市地区对电气系统的技术要求，分析城市污水处理厂的实际负荷，然后明确变压器的容量。通常，为了满足污水处理厂稳定运行和节能减排的基本要求，变压器的负荷率保持在60%~70%。为了**变压器的可靠运行，应安装两台或两台以上的城镇变压器，以确保其中一台变压器停止运行。

1)城市污水处理厂同时使用变压器时，变压器的负荷率保持在60加70%，但其中一台变压器出现故障后，另一台变压器可以作为备用，85%的概率可以**污水处理负荷。

2)设置两个变压器，其中一个是备用变压器，当使用中的变压器出现故障时使用。不同的变压器配置方案，其电力资源损耗会有明显的差异。两个变压器同时运行配置方案的能耗较低，变压器的电能损耗符合节能设计要求。当变压器是“一备一用”时，其运行能耗较高。因此，在优化设计城市污水处理厂供配电系统的变压器配置方案时，各种方案的可行性也要根据方案实施中的保障率和能耗综合分析。从节能的角度来看，变压器的正常运行应通过分析结果，变压器的运行趋势应为0

三是重视系统谐波治理

在供配电系统中，谐波管理是节能设计、优化管理的重要举措。在城市污水处理厂的运行过程中，谐波的产生会影响供配电系统的功率因数，从而降低供配电系统运行中的电流传输效率，降低电力资源的利用率。在城市污水处理厂的运行过程中，甚至会诱发热效应，损失大量的电力资源。不但如此，谐波还会增加铜芯电缆的电力损耗，使变压器、其它电气设施的工作温度升高，电力损失严重。因此，为了**优化城市污水处理厂的供配电系统，满足系统节能设计的要求，相关人员还应加强谐波处理，通过多种方式抑制谐波，提高供配电系统的功率因数，使其在污水处理厂的工艺活动中能够稳定承受电能负荷。具体来说，对于城市污水处理厂来说，由于工厂污水处理过程中净化和排水工艺复杂，供配电系统的非线性负荷较多，会产生高次谐波带来的热效应。污水处理厂需要及时处理供配电系统，抑制谐波，科学选择系统交流设备和滤波装置，控制高次谐波对电网的不利影响，减少电力资源损失。

.AcrelEMS-SW智能水务能效管理平台

1.平台概述

从终端感知、边缘计算到能效管理平台，安科瑞电气拥有产品生态系统，AcrelEMS-SW智能水务能效管理平台通过安装保护、监控、分析和处理污水厂源、网络、荷载、储存和充电的关键节点，监测污水厂的总能耗和能耗强度，主要用于监测能源。

2.平台拓扑图

3.平台子系统

（1）变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

（2）电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

（3）电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。**、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

（4）能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/**指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

（5）智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能、舒适、**的目的。

（6）电气安全

监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

（7）环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

（8）分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

（9）工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

00001. 结语

综上所述,近年来各类能源缺失、损耗问题愈发严重，为缓解能源危机，满足社会可持续发展的基本要求，还应积落实节能减排理念。因此，城镇污水处理厂在建设管理中，还应通过供配电系统的节能设计优化设计控制系统运行中的电力资源损耗,用较少的能源消耗处理城市污水,保护生态环境，为社会生产活动创造良好的环境。

参考文献

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[5]安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.

作者简介

叶根胜，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究智能配电在水利行业的应用

原创作者：上海安科瑞新能源有限公司