電氣優化設計污水處理論文范文

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1供配電系統的優化設計

1.1合理選擇變壓器變壓器是電壓變換設備，據統計：中國的配電網中，變壓器的電能損耗約占配電網電能損耗的70％左右，因此節能潛力巨大。在設計中應選擇高效、低損耗的節能型變壓器，合理選擇變壓器的容量，使其經常處于經濟運行狀態，以達到節能的目的。本工程兩個變電所共設置4臺變壓器，選用SCB11型變壓器，其負荷計算及配置情況如表1所示。

1.2合理選擇無功補償容量污水處理廠的無功補償主要采用集中補償與分散補償相結合的方式，集中補償主要位于變電所內，分散補償位于大功率電機附近，合理的補償可以使得功率因素得到提高，減少線路損耗，減小變壓器的容量，降低變壓器的銅耗，但是要注意并聯電容器的耐壓水平的計算以及有效輸出補償容量與電容器額定容量的差別，并要考慮諧波對無功補償的影響。本工程在變電所0．4kV側設置無功率補償自動補償裝置進行集中補償，總變電所無功補償額定容量為425kVar＝6×50kVar＋5×25kVar，根據上述計算結果，考慮抑制5次諧波，其有效輸出容量約為350kVar，補償前功率因數為79％，補償之后功率因數達到96％；分變電所無功補償額定容量為200kVar＝3×50kVar＋2×25kVar，根據上述計算結果，考慮抑制5次諧波，其有效輸出容量約為150kVar，補償前功率因數為80％，補償之后功率達到95％。

1.3正確認識熱效應、及時抑制高次諧波正確認識高效應，及時抑制高次諧波，是污水處理廠供配電系統節能措施的有效途徑。諧波不僅會使系統的功率因數下降，而且在設備及線路中產生熱效應，導致電能大量損失，設備絕緣被破壞。隨著污水處理廠非線性負載的增多，污水處理廠電氣系統產生的高次諧波的危害也隨之增多，正確認識熱效應，及時抑制高次諧波，對污水處理廠供配電系統節能顯得尤為重要。在污水處理廠供配電系統中，可以通過諧波的測量和計算，合理選擇交流濾波裝置的諧振點，減少諧波對電網的影響，有效地抑制和治理諧波。

2配電線路優化設計

選擇線路不僅僅考慮初投資，還要考慮線路損耗，隨著目前電纜線路的大量應用，電纜的投資在整個污水處理廠電氣設計中的比例愈來愈高，因此合理的選擇電纜截面也是電氣設計中的重中之重。選擇電纜截面所要考慮的因素很多，目前國內一般工程設計的方法中，電纜截面按計算電流，并考慮電纜載流量的各種校正系數來選取，然后通過短路熱穩定和電壓降來校驗。這種方法僅僅考慮初投資，并未考慮線路的運行費用［3］。本工程中，采用經濟電流密度法來選取主要電纜截面。變電所出線電纜均采用放射式供電，電纜經室外電纜溝，局部直埋、穿管或橋架保護敷設至各用電設備。通過比較傳統電纜截面選擇方法和經濟電流密度法，經濟電流密度法的優勢所在如表2所示。（1）大部分回路按照經濟電流選擇電纜截面基本都需要放大兩級，對于大容量的回路按照經濟電流選擇電纜截面大都僅需放大一級，有的甚至無需放大。（2）對于小截面線路，且回路電流很小，距離也很短，如本工程的儀表電源回路、變電所照明回路、直流屏電源回路等，按照經濟電流密度選擇優勢很小，故可沿用傳統的方法選擇電纜截面。對于大容量回路，長度越長，工作時間越長，計算電流越大，就越能體現經濟電流密度選擇電纜截面的優勢所在。（3）采用經濟電流密度選擇干線電纜截面，其初始投資要比傳統方法多56．3萬元，但是每年電能損耗節約18．2萬kW•h，折合電費10．92萬元，約3．1a后可收回多余的初始投資。（4）根據國家改革2008年公布的換算方法，相當于每年減少二氧化碳排放約171t，減少二氧化硫排放5．46t，若電纜經濟壽命按照30a計算，那么壽命期內不考慮折舊費用總共可節約電耗546萬kW•h，折合電費327．6萬元。由此可見，采用經濟電流密度法選擇電纜截面具有較好的經濟和社會效益。

3結合工藝工序的負荷計算優化

常規的負荷計算式采用需用系數法，需用系數選自《城鎮排水系統電氣與自動化工程技術規程》，然后計算各單體的總功率，這樣計算導致計算負荷大，造成巨大的浪費。因此，對于負荷計算，不能簡單地考慮采用需用系數法，需要與工藝充分結合，工序的不同，在不同時刻產生的功率也不同，不能簡單地把功率相加，在計算成套控制箱的電源時，必須與設備商緊密聯系，充分了解工藝后，再計算得出功率，否則造成計算功率偏大，導致選擇的電纜也偏大，選擇開關也偏大，造成不必要的投資浪費。本文以污泥脫水機房的負荷計算為例，污泥脫水機房板框壓濾機成套設備控制柜包括1臺11kW板框壓濾機，1臺22kW污泥進料泵，1臺18．5kW保壓螺桿泵，1臺22kW擠壓螺桿泵。根據板框脫水機成套設備的運行特點，進料泵、螺桿泵和擠壓螺桿泵只可能同時運行1臺，如果沒有考慮到板框脫水機成套設備的運行特點，該成套設備控制柜的總功率為58．5kW。如果充分考慮到板框脫水機成套設備的運行特點，對其進行優化，那么該成套設備控制柜的總功率可降低到26．4kW。優化前后污泥脫水機房的供配電設計對比如表3所示。由表3可見，在優化前，該成套設備的電源電纜應選取50mm2，選用殼架電流為160A開關。而優化后，電纜僅需選取25mm2，選用殼架電流為100A的開關即可。因此，這樣可以節省許多不必要的投資，避免造成投資浪費。

4照明系統的優化設計

（1）需滿足《建筑照明設計規范》（GB50034－2013）的功率密度要求。（2）合理采用高效光源［7］。燈具懸掛比較高的場所，如高大廠房、露天工作場所、一般照明及道路照明，應采用高壓鈉燈或金屬鹵化物燈。燈具懸掛比較低的場所，宜采用熒光燈或小功率高壓鈉燈。辦公室、值班室、配電室燈場所采用三基色T5、T8型細管徑熒光燈、緊湊型熒光燈或小功率金屬鹵化物燈等。（3）合理采用節能型光源的用電附件［7］。氣體放電燈鎮流器種類多、質量參差不齊，應盡量淘汰普通電感型鎮流器，建議使用低損耗的鎮流器（如電子鎮流器、低損耗節能電感鎮流器等），可減少線路損失，提高供電質量。選用的氣體放電燈應在燈具內設就地補償電容，提高功率因數、降低線路損耗。（4）合理選擇燈具控制方式［7］。道路照明應根據所在地區的經緯度和季節變化合理確定開關燈時間，并應根據天空亮度變化進行必要修正，宜采用光控和時控相結合的智能控制方式。景觀照明應具備平日、一般節日、重大節日開燈控制模式。辦公室、值班室燈房間內燈具采用一燈一控的方式，大型車間采用多區域控制，對燈具進行控制，這樣既節能、又能滿足照明需要。公共走道、樓梯間燈等人員短暫停留的公共場所采用聲光控開關，人到燈開，人走燈關。靠近窗戶的燈具應與其他燈具分開控制，做到充分合理地利用自然光，從而節約人工照明電能。

5總結

由于污水處理廠的電能消耗巨大，因此污水處理廠電氣的優化設計對于電氣節能具有很大的影響，應從供配電系統的優化、電氣線路的優化、電氣設備的優化，與工藝相結合的負荷計算優化，照明設計優化等多方面開展優化設計，進而有效地減少污水廠的電能損耗，降低污水廠的運行成本。

作者：黃旭峰單位：上海市政工程設計研究總院（集團）有限公