| 城市污水廠綜合電氣能耗分析的方案 |
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安科瑞電氣股份有限公司
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摘要：污水處理廠在緩解城市日益嚴峻的水污染問題上發(fā)揮著巨大作用。但是目前較高的運行成本和電費使得污水處理廠未能獲得預期的效益，影響了污水處理的有效性。因此，需要通過有效的節(jié)能降耗措施來降低運行能耗。筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，對降低污水廠電氣能耗的對策談談自己的幾點思考和認識。 關(guān)鍵詞：污水廠；供配電系統(tǒng)；照明系統(tǒng)；節(jié)能對策；損耗 0引言 目前能源緊張局面日益呈現(xiàn)，這就要求各污水處理廠能夠使用較少的能源獲得較大的收益。污水處理廠作為節(jié)能減排的排頭兵,同時也是能耗密集型企業(yè),其運行費用和電費一直是居高不下,因此,如何節(jié)約能源,降低電氣能耗，提高經(jīng)濟效益,是城市污水廠需要思考的問題。 1供配電系統(tǒng)的節(jié)能降耗對策 1.1變電站的合理布置 變電站應盡可能的設置在負荷中心,進而減少配電半徑、降低電纜成本及線路損耗,而且對供電的穩(wěn)定性、安全性也有提升作用。 1.2供配電級數(shù)應減少 目前多數(shù)的污水廠總用電負荷1000～10000kW，供電電源電壓采用10、20或35kV,用電設備為0.4、6或10kV,為此，我們應盡量減少配電級數(shù),減少電源配電環(huán)節(jié)的損耗。 1.3合理選擇變壓器容量 合理選擇變壓器容量及臺數(shù)，可以使其運行在*佳經(jīng)濟負載率附近,并且可以根據(jù)用電性質(zhì)合理調(diào)整變壓器的運行臺數(shù)，減少變壓器輕載導致的電能浪費。 1.4提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù) 提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，可以減少線路及變壓器的無功功率損耗，從而實現(xiàn)節(jié)能。由于提高了功率因數(shù)，減少了無功功率，供給同一負荷功率所需的視在功率和負荷電流均減少,可以更合理地選擇變壓器容量和線路截面，既可以節(jié)能，又達到降低投資的目的？赏ㄟ^以下措施提高功率因數(shù)： ①在選擇設備時采用功率因數(shù)較高的用電設備。 ②用電設備均為低壓設備的污水廠采用低壓集中補償方式，有利于管理；但對于功率因數(shù)很低的設備應采用就地補償裝置進行合理補償,例如紫外線消毒設備,由于功率因數(shù)很低,因此應在其控制設備內(nèi)進行補償，可有效降低線路無功損耗。 ③對于供電距離較遠的高壓電動機設備，應采用就地單獨補償裝置進行無功補償。 1.5采取抑制高次諧波的措施 隨著污水處理廠變頻調(diào)速裝置的應用及非線性負載的增多，污水處理廠電氣系統(tǒng)諧波含量也隨之增多。諧波不僅會使系統(tǒng)的功率因數(shù)下降，而且在設備及線路中產(chǎn)生熱效應，導致電能大量損失。因此，對供配電系統(tǒng)存在的諧波進行監(jiān)控和檢測，并采取行之有效的諧波抑制措施，減少諧波對電網(wǎng)的影響,對污水處理廠供配電系統(tǒng)節(jié)能顯得尤為重要。抑制和治理諧波的常用措施如下: ①低壓變器采用△／YO-11點接線方式,防止3次及3n次諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)的污染。 ②采用帶消諧電抗器的并聯(lián)電容器組補償裝置，可有效防止補償電容與系統(tǒng)電抗造成的并聯(lián)諧振對諧波的放大及對電容器組造成的損壞。 ③采用無源濾波器抑制高次諧波。如果配電系統(tǒng)具有相對集中的大容量非線性負載時，宜選用無源濾波器,這樣成本較低，經(jīng)濟合理。 ④采用有源濾波器抑制高次諧波。如果配電系統(tǒng)具有大容量非線性負載，且變化較大，用無源濾波器不能有效工作時,采用有源濾波器，可以有效地抑制及消除高次諧波，盡管投資較高，但從安全運行、節(jié)能降耗等多方面考慮,還是比較合理的選擇。 2電氣線路的節(jié)能措施 2.1電氣負荷的合理分配 盡量保證三相負荷的平衡，尤其在一些照明負荷供電、路燈負荷供電及部分通風裝置、電熱設備的供電回路上，需要考慮負荷的平衡及合理性,避免單相負荷過大造成的線路損耗。 2.2合理選擇電纜及導線截面 按照導線及電纜的經(jīng)濟電流截面選擇電纜。根據(jù)《電力工程電纜設計規(guī)范》fGB50217--20071第3.7.1條第4款的規(guī)定：10kV及以下電力電纜截面選擇除考慮丁作電流、短路電流及電壓降以外,尚宜按電纜的初始投資與使用壽命期間的運行費用綜合經(jīng)濟的原則選擇。 2.3盡量減少供電線路的長度 將變壓器深入負荷中心,配電線路盡量走直線,減少低壓配電電纜或?qū)Ь的長度，不僅可以降低線路損耗，而且還可以減少線路壓降，提高供電質(zhì)量及可靠性。 3合理選擇電氣設備 3.1選擇節(jié)能型變壓器 不同型號的變壓器南于其繞組材質(zhì)、截面積不同，電能傳遞效率存在顯著差異，價格也有明顯不同，根據(jù)不同變壓器節(jié)能和價格差的回收年限計算,絕大部分低損耗節(jié)能型變壓器資金的回收年限為2～5年，因此應優(yōu)選高效、低損耗、節(jié)能型變壓器。 3.2選擇高效電動機 根據(jù)國標《中小型相異步電動機能效限定值及能效等級》（GB18613--2006）的相關(guān)規(guī)定，從2011年7月1日起開始強制實施高效電動機的考核指標。該標準適用于690V及以下電壓、功率<315kW的異步電動機。該規(guī)范針對電動機的能效限定值考核指標是強制性要求,需要選用符合標準的產(chǎn)品。根據(jù)相關(guān)資料,高效電動機的節(jié)電率>15%。 4合理選擇控制系統(tǒng) 4.1選擇變頻調(diào)速節(jié)能設備 污水處理廠的風機、水泵類負載較多，工藝專業(yè)都是按*大需量來考慮選擇設備的能力,而設備正常T作時的負載往往比設計值要小許多，在大多數(shù)時間里水泵和風機都不會滿載運行，這就造成了整個污水處理過程的能源利用效率低、浪費嚴重。同時,由于電機長期處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，機械磨損大，維護費用高，使用壽命相應縮短。由流體學相似定律可知,流量與轉(zhuǎn)速成比例,而功率與轉(zhuǎn)速的3次方成比例，由于水泵采用調(diào)速控制，當流量減小時，所需功率近似按流量的3次方大幅下降，采用新型的智能化節(jié)電設備，運用計算機模糊控制理論和變頻技術(shù),通過對設備負荷的狀態(tài)跟蹤，適時調(diào)節(jié)風機的風量或水泵的流量，使其隨負荷的變化而同步變化，可以*大限度地節(jié)約電耗,因此節(jié)能效果非常明顯。 4.2合理選擇控制系統(tǒng) 針對污水廠用電設備多、工藝復雜的特點，采用智能化精確控制系統(tǒng)，合理調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)參數(shù),使得用電設備開停及運行時間更合理，也能夠*大限度地節(jié)約電耗。例如，可以精確測定進水流量、曝氣池需氧量等,運用合理的控制系統(tǒng)模型，精確調(diào)整水泵的流量及鼓風機的風量,可降低無謂的消耗，節(jié)約運行成本。 5照明系統(tǒng)節(jié)能 5.1合理采用高效光源 隨著污水再生回用項目的增多，污水處理廠內(nèi)大型車間越來越多，大型廠房及車間應采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈或大功率細管徑熒光燈等高效節(jié)能型光源。辦公室、值班室、配電室等場所應采用三基色細管徑熒光燈、緊湊型熒光燈或小功率金屬鹵化物燈等，盡量不采用白熾燈。 5.2合理采用節(jié)能型光源的用電附件 氣體放電燈鎮(zhèn)流器種類多、質(zhì)量參差不齊,應盡量淘汰普通電感型鎮(zhèn)流器，建議使用低損耗的鎮(zhèn)流器(如電子鎮(zhèn)流器、低損耗節(jié)能電感鎮(zhèn)流器等)，可減小線路損失,提高供電質(zhì)量。選用的氣體放電燈應在燈具內(nèi)設就地補償電容,提高功率因數(shù)，降低線路損耗。 5.3合理改進燈具控制方式 辦公室、值班室等房間內(nèi)燈具采用一燈一控的方式，對燈具進行控制。大型車間采用多區(qū)域控制，既節(jié)能，又能滿足照明需要。公共走道、樓梯問等場所采用聲光控開關(guān)，人到燈開,人走燈關(guān),該開關(guān)具有成本低、節(jié)電效果好的特點,應盡量采用。廠區(qū)道路照明盡量采用光控與時控相結(jié)合的控制方式,天黑時自動開啟、天亮后自動關(guān)閉，避免由于人為原因忘記關(guān)燈,造成電能浪費。 6AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺 6.1平臺概述 安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。 6.2平臺組成 AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務后勤部門管理需要。 6.3平臺拓撲圖
6.4平臺子系統(tǒng) 6.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控 對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。 監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。
6.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理 水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。
6.4.3電動機管理 馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。高效、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。
6.4.4能耗管理 為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。 將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。 能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。 能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際先進指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
6.4.5智能照明控制系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。
6.4.6電氣安全 監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。 根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。 監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。 6.4..6.4防火門監(jiān)控系統(tǒng) 防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。 6.4.7環(huán)境監(jiān)測 污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。 6.4.8分布式光伏監(jiān)測 實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。 平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。
6.4.9工藝仿真監(jiān)控平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。
6.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單6.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
7結(jié)語實踐證明，在保證正常運行 的前提下 ， 通過可行的供配電系統(tǒng) 、電氣線路及照明系 統(tǒng)節(jié)能對策 ，合理選擇控制系統(tǒng)能耗和節(jié)能 電氣設備，能夠有效降低污水處理廠的運行 能耗和生產(chǎn)成本，這對污水處理企業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。 參考文獻 【1】左亞波．污水處理廠的電氣節(jié)能方法[11_科技傳播，2012(01)． 【2】陳功等，董濱．城市污水處理廠節(jié)能降耗途徑[11．水處理技術(shù)，2012(04)． 【3】黃小蓉.關(guān)于降低城市污水廠電氣能耗的對策思考 【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2020.06版
作者簡介：龔永波，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com QQ:2881392115
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