污水處理廠能效平臺在電氣節能中的應用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國經濟的迅速發展，城市產生污水的數量在急速的增加，污水處理已經成為城市不可分割的一部分。相關的工作人員對生活污水進行處理的時候采用的方法是活*污泥生化處理工藝，這種處理工藝在運行的過程中主要消耗的能*就是電能 ,因此相關的工作人員在處理污水的過程中需要要注意節能減排。

關鍵詞：污水處理廠；電氣節能；措施；探討

1 污水處理廠電氣設計節能減排技術內涵

污水處理廠的電氣設計中，節能減排工作是從兩個技術領域加以闡釋的。一個是節能技術，一個是減排技術。二者有聯系，也有區別。節能減排相互之間是相輔相成的。要進行減排，就要以節能技術作為鋪墊，要達到節能的目的，減排是必然要做的工作。如果只注重節能而忽略減排，則會導致能耗激增，帶來巨大的經濟損失。只有對節能和減排技術都加以均衡發展，才能得到社會效益和環境效益的均衡發展。隨著國內城鎮化的提高，城市生活污水處理廠的發展高速前行，因此污水處理廠的節能減排工作意義重大。

進行污水處理節能和減排技術的設計，首要的是對電氣系統的節能減排技術進行規劃和布局。主要集中在變壓器的損耗、無功及諧波電流損耗、照明損耗、設置不當帶來的空載損耗等問題上。

2 城市污水處理廠電氣節能的實現

2.1 電機節能

電機能耗是污水處理廠電能消耗的主要部分，常用的電機包括風機、攪拌機、水泵、污泥泵等，為了提高污水廠電氣節能效果，需要做好電機的節能設計，采取有*的節能措施。電機能耗高低的影響因素主要包括電機自身性能、數量、容量、配置、控制方式、運行管理等因素，可從這幾個方面入手采取節能措施：在購置電機時，應優選效率高、能耗低、運行可靠的電機。污水處理廠要結合實際運營情況，合理設計電機容量，確保電機輸出功率與機械負載功率相匹配，提高電機的負載率，進一步實現電機自然功率因素的改*；在選擇水泵時，污水處理廠要根據用水量、季節變化、*大流量等條件進行選擇，預留出一定額度；一般情況下，電機完*達到滿負荷運轉的時間不超過0.1，其余時間均處于低效運行。由于電機處于高*運行狀態下才能降低電能消耗，所以污水處理廠應采用調控方式，對電機輸出負荷進行合理設置，調控電機的運行狀態，使電機長時間處于高*運轉，降低電能耗用量。

2.2 對污水處理工藝進行優化

城市產生的污水量逐年遞增，這對污水處理廠的污水處理能力提出了更高的要求。污水處理廠需要采用先進的設備和污水處理工藝，在提高污水處理能力的同時降低能耗，實現傳統污水處理工藝的轉型升級。在污水處理廠建成初期，要及時清理污水處理系統中的漂浮物，減少廠區雨污排水系統中的柵渣量，便于在污水量突然增大的狀況下實現順利分流分壓，避免對潛水泵造成破壞，延長潛水泵的使用壽命；及時獲取電網運行信息，利用電網峰谷平的具體情況以及計價規則，對污水處理廠中功率較大的設備運行時間進行調整，以降低用電成本；升級改造現有設備，保證全部污水能夠準確入槽；將監控設備安裝到車間，實時監控污水處理的全過程，提高污水處理質量；污水處理廠要采用變頻調速技術對現有電氣技術進行改造升級，通過采用該技術能夠大幅度提高年處理污水量，降低電氣耗電量，節約能源消耗量約為0.25，并且降低電費支出，有利于提高污水處理廠的經濟效益。

2.3 供配電系統節能

2.3.1 降低線損

電纜選用電導率小的材質，盡量選用銅芯電纜，雖然成本投入較鋁芯電纜成本高，但是可在后期運行中節省電費支出；優化電纜設計，縮短電纜長度，在水泵房和風機房附近設置配電房，減小電纜用量；若電纜線路較長，則要加大一點電纜截面，并且保證電纜截面的熱穩定性、載流量、電壓損失均符合設計要求，雖然這種做法會增加前期的建設投入，但是在后期運行中可有*降低線路損耗，節約成本。

2.3.2 無功補償

分散補償與集中補償是無功補償的兩種形式：分散補償只需在用電設備上并聯專用電容器即可，安裝簡單，可提高低壓線路電網的功率因數，降低線路損失，但這種補償方式難以有*減少變壓器銅損；集中補償根據負荷情況將裝置集中安裝到低壓配電房，可降低變壓器銅損。由于污水處理廠在污水處理過程中的負荷較為集中，所以應在負荷中8建設低壓配電房，采取集中補償的方式。

2.4 選用變頻節能設備

在污水處理廠運行中需要使用數量較多的風機、水泵，由于這類設備通常根據*大需量確定設備能力，所以導致設備在正常工作狀態下不會處于滿載運行，實際負載明顯小于設計值，導致污水處理中的能耗較高，能源利用效率偏低，造成電能的嚴重浪費。此外，若電機長時間處于高速運轉狀態，未能得到有*調控，不僅會加*電機磨損，而且還會額外付出較高的維修費用，縮短電機使用壽命。根據相關定律可知，流量與轉速成比例，功率與轉速的 3 次方成比例，所以應在水泵中引入調速控制技術，根據流量的大小對功率進行調節，提高電機的節能效率。同時，也可采用智能化節電設備，借助于計算機模糊控制理論跟蹤控制設備的負荷狀態，根據負荷變化情況智能調節水泵的流量和風機的風量，促使水泵和風機隨著負荷變化作出變動，有*降低電能消耗量，提高節能效果。

2.5 照明節能

城市污水處理廠中的照明系統，在電氣能耗中所占的比例較大，為此，應采取有*的措施降低照明系統能耗。

2.5.1 選用節能型光源附件

鎮流器是照明系統中的重要組成部分，其種類眾多、性能各異，在選擇氣體放電燈的鎮流器時，要盡量避免使用普通電感型鎮流器，而是要使用電子鎮流器、低能耗鎮流器，以達到降低線損、提高供電質量的效果。在氣體放電燈中設置就地補償電容，提高燈具的功率因素，在同等照明亮度和時長的情況下降低線損。

2.5.2 優化照明控制系統

污水處理廠的值班室、辦公室的燈具控制應采用一對一的控制方式，而在大型車間中可根據生產情況采取區域型控制方式，在滿足照明需求的情況下實現節能；在樓梯間、公共走道等場所采用聲光控方式，降低燈具的電能消耗，做到人來燈開、人走燈閉，提高節電效果；廠區內的道路采用光控方式，白天吸收太陽能，將太陽能轉換為電能，天黑時自動開啟照明，天亮關閉照明，實現道路照明的自動化控制，避免電能浪費。

2.5.3 對光源進行合理選擇

隨著城市污水處理廠規模的不斷擴大，大型車間數量也隨之增多。在大型車間中，需要采用充足的光源以滿足生產條件。為了實現照明節能，污水處理廠應合理選擇節能型的光源。大型廠房應采用大功率細管徑熒光燈、高壓鈉燈或金屬鹵化物燈，這些光源的節能效果較高。在污水處理廠配電室、辦公室、值班室等人員工作的地方，要盡量避免使用白熾燈，而是要選擇緊湊型熒光燈、三基色細管徑熒光燈或金屬鹵化物小功率燈等。

3 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

3.1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品生*體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監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。

3.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

3.3平臺拓撲圖

3.4平臺子系統

3.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

3.4.2電能質量監測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

 

3.4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、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、監測和報警。高*、準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

 

3.4.4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域。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統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排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，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、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

3.4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安*、節能、舒*、高*的目的。

 

3.4.6電氣安*

（1）電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安*預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

（3）消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

（4） 防火門監控系統

防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安*的可靠性。

3.4.7 環境監測

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*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，排除隱患，保持良好的水處理環境。

 

3.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

3.4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消*、污泥濃縮壓濾、生物除*等工藝設備運行狀態。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、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

3.5相關平臺部署硬件選型清單

3.5.1電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統

3.5.2智能照明系統

3.5.3電氣火災監控系統

3.5.4消防設備電源監控系統

3.5.5防火門監控系統

3.5.6消防應急照明和疏散指示系統

 

4結束語

  從上面文章的描述中我們就能夠看出，污水處理廠的電氣節能措施具有一定的復雜性，相關的工作人員對污水處理廠進行節能處理的時候應該把握好其供配電系統，同時對電氣線路、電氣設備、控制系統以及照明系統的節能措施進行掌控，只有這樣才能從根本上解決污水處理廠電能損耗的情況，讓污水處理廠在運行的過程中更加的順利，并且使污水處理廠的運行具有足夠的經濟性。

參考文獻

[1] 王巍威.污水處理廠電氣節能措施探討

[2] 牛鑫 . 淺談污水處理廠電氣節能措施 [J]. 技術與應用，2014（11）：121-122.

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版