城市生活污水处理厂电气设计中的节能分析

邢卫东

摘 要：文章对城市的配套工程——生活污水处理厂的电气设计中如何做到节能增效展开分析。由于污水处理厂是能耗密集型的项目，然后在环境的污染治理和减少方面，进行生活污水的处理又是必须要做的事业，做好节能减排工作是事业发展的需要。污水处理厂的电气设计，需要从布局、电气的设计、运行管理控制等多方面加以考虑。具体说来，包括供、配电的布局、变压器功率因数的提高，谐波电流、电气照明的管控等等。

关键词：城市生活污水处理；电气系统；节能减排

中图分类号：U664.9+2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）33-0089-02

资源环境和经济发展的矛盾，让环境污染问题逐渐地增多，引发人们的关注。关于节约能源，降低能耗的呼声越来越强烈，污水处理厂虽然为环境保护做了很多贡献，但其自身的节能减排、降耗技术也一直是众多研究项目的首要内容。

1 污水处理厂电气设计节能减排技术内涵

污水处理厂的电气设计中，节能减排工作是从两个技术领域加以阐释的。一个是节能技术，一个是减排技术。二者有联系，也有区别。节能减排相互之间是相辅相成的。要进行减排，就要以节能技术作为铺垫，要达到节能的目的，减排是必然要做的工作。如果只注重节能而忽略减排，则会导致能耗激增，带来巨大的经济损失。只有对节能和减排技术都加以均衡发展，才能得到社会效益和环境效益的均衡发展。随着国内城镇化的提高，城市生活污水处理厂的发展高速前行，因此污水处理厂的节能减排工作意义重大[1]。

进行污水处理节能和减排技术的设计，首要的是对电气系统的节能减排技术进行规划和布局。主要集中在变压器的损耗、无功及谐波电流损耗、照明损耗、设置不当带来的空载损耗等问题上。

2 合理布局、减少线损、综合考虑

污水处理厂中有不同类型的单体，少则几台，多达几十上百台的用电设备的运行，都需要配电线路的设计等规划工作的完善，以减少线损。每个污水处理厂，用电设备众多，每个设备都要有配电线路，总的线路的数量可以达到数万米之多。而且配电线路还含有电阻。电流通过的时候，会发生功率损耗。泵站的线路损耗，经过数据的统计，可以达到年用电量的1%。而污水处理厂的线路损耗的总数量更加惊人[2]。

进行三相输电线路的功率损耗，可以采用线路相电阻和电流进行计算，经过计算的结果显示，要达到配电线路损耗的减少，可以使用减少配电线路电阻的方法，电阻的计算公式是使用电阻率和线路长度的积除以线路的截面积。这一公式的计算充分说明，电阻率和线路长度与电阻是有着直接的关系，而线路截面积则与电阻呈反比。因此，要达到电阻的减少，方法可以将配电线路材质加以选择。例如铜电缆和铝电缆，前者的电阻率低于铝，后者的性能不如铜电缆。因此，铜电缆目前是配电线路的材质首选。

在对配电线路材质进行决定之后，保证电流I不变的前提下，增加线路的截面积，就会减少电阻R。截面积的截流量取决于线路。增加截面积，电阻将降低，但是投资也会相应增大。因此，为了减少电压，在供电距离较长或者小功率设备电流较弱的情况下，增加一级截面积是比较好的方法。

减少电阻的方式，还有减少配电线路的长度，最为主要的且有效的方法，在污水处理厂的线路设置的过程中，考虑到负荷相对集中的情况，可以将变电所放置在负荷中心的位置，采用放射式和树干式结合的方法进行配电，在配电中，尽量将线路进行直线配置，少绕弯路，同时不走回头路，减少配电线路的长度。

减少线路损耗的方法，还有在提供给设备功率不变的情况下，减少电流I，提高电压等级。通常污水处理厂使用到的电压等级包括380和220V，减少电流I的方式适合用在220KW以上的大功率电动机上。根据污水处理厂的多个负荷中心的情况，设置多个变电所[3]。

3 对变压器损耗进行降低，采用灵活配置的方法，对负载进行核算

3.1 变压器的损耗包括空载和额定负载传输损耗两种类型

前者被称为铁损，是由铁芯涡流损耗和漏磁损耗组成，制造工艺与铁芯材料有很大关系，与负荷大小没有关系。后者被称为变压器线损，由变压器绕组的电阻以及流过绕组电流的大小成正比，在变压器负载率达到50%的时候，这个时候变压器的线损较小，变压器的能耗最小，但是不会减少变压器的铁损，而且变压器的负载率过低，空载的损耗较大，功率因数也较低，容易导致电力系统的出装费用增大，损耗也增大。因此，要达到变压器的经济节能运行，应该将初装费、高低压柜、土建投资以及运行费用等综合加以考虑，为了保证变压器的余量的使用和运行的稳定而进行变压器负载率的控制。

3.2 对污水处理厂的负荷采用系数法进行计算

在进行负荷计算的时候，除了对设备使用的常规情况加以考虑，还要对需用系数的取值进行核算，得到设备的使用情况的具体数值。例如某污水处理厂，在进行改造工程的设计中，由于该厂的尾水的排放，位于河涌中，而且出水的水位比河涌的常规水位要高。因此，需要建设退税泵房。在洪水位的位置将尾水排放出去。根据资料记载，河涌每年的洪水位超出的情况不下10次，每次不超过1天。退税泵房在设计的时候，要对这一加载进行考虑，在变压器总负载高于用电负荷的前提下，充分考虑工程负荷，使得用电负荷满足变压器总负载的60%。这样就能保证经济区间内负荷运行的合理性。三相配电变压器的能效限定值以及能效等级在变压器的选型过程中，就在空载损耗值和负載损耗值等方面做了严格的规定。例如干式变压器如果不能满足要求，可以配备节能型变压器予以补充[4]。

4 对谐波电流进行抑制，提供功率因数

在污水处理厂供配电系统中，变压器和发动机的设备以感性的设备比重较大，整个厂区的功率因数保持在0.8%左右，电气系统进行无功补偿应将因数提高到0.9，这样，不仅可以减少配电线路的截面积和变压器的容量，也能够降低供配电的无功功率损耗。endprint

污水处理厂的变频调速设备中，非线性线路负载较多，因此谐波电流的含量也随之增加。采用无功补偿的方式众多，包含有集中补偿、就地补偿等。集中补偿和就地补偿互为补充。例如在变电所地压侧设置了无功自动补偿装置，能够大大提高功率因素，紫外线消毒设备等功率因数较低的设备也应采用就地补偿方式。

谐波使得电能的利用、传输和生产的效率得到降低，但是容易导致电气设备发生震动、噪声、过热等现象。在进行污水处理厂中变频调速设备的非线性负载调试的时候，随着非线性负载的增加，谐波的危害也会增大，造成使用寿命缩短，绝缘老化导致的事故等。谐波可能引起电力系统的串联谐振和局部并联谐振。烧毁电容器，引起继电保护和自动装置的误动作，扰乱电能计量，等等，因此，为了对抗谐波对通信设备和电子设备产生的严重干擾，应该采用抑制的手段，常用的方法包括：采用接线方法对变压器的相关点进行连接、采用并联电容器组补偿装置进行带消谐电抗器、使用无源滤波器或者有源滤波器。

5 合理布置等级，减少照明损耗

污水处理厂的照明区域十分广泛，分布在单体内外部以及厂区道路上。道路照明分为人工、光控、声控等多种控制方法，这样不仅能够及时在天黑开灯，也适合防止人为损害的控制方式。

单体外部的照明设施的布设，是为了给工作人员夜间巡查提供方便。单体内部的照明，采用的是多区域控制。照明灯的灯具，包含了荧光灯（T5、T8）、紧凑型荧光灯、LED灯、金属卤化物、高压钠灯等，灯具的附件采用的都是带有节能功能的装备。

6 强化自动化控制，实现精细管理

污水处理厂的运行，如果实际工艺设定达不到最大负载的要求，则运行时间段和用水量需要加以控制。例如进水泵采用组合的方法，进水量是线性变化，进水泵的功率是固定的，调整自动化运行系统的速率，就能够最大幅度地节约能耗，达到明显的节能效果。

7 结束语

污水处理厂在减少污水排放，保护生态环境方面，发挥的作用巨大。在保护环境的同时，通过节能措施的的采取，降低水处理损耗值。对于保护环境，缓解社会压力，促进设备平稳发展，具有重要的意义。

参考文献：

[1]褚晓辉.减排亦要节能——城市生活污水处理厂电气设计中的节能分析[J].低碳世界，2014（9）：250-251.

[2]郑恒军，曹政柳.关于城市生活污水处理厂电气设计的研究思考[J].科技创新与应用，2015（30）：157.

[3]颜圭鹏.污水处理厂电气优化设计[J].科技与创新，2017（9）：

135，138.

[4]谢向阳.浅谈污水处理厂电气优化设计[J].山东工业技术，2017

（15）：94.

[5]刘波.我国电厂节能减排的问题与对策[J].科技创新与应用，2016（29）：208.endprint