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摘要：污水處理廠(chǎng)在緩解城市日益嚴峻的水污染問(wèn)題上發(fā)揮著(zhù)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(chǎng)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(guò)有效的節能降耗措施來(lái)降低運行能耗。筆者結合實(shí)踐經(jīng)驗，對降低污水廠(chǎng)電氣能耗的對策談?wù)勛约旱膸c(diǎn)思考和認識。 關(guān)鍵詞：供配電系統；照明系統；電力監控；電能質(zhì)量監測；電氣火災監測 0引言 目前能源緊張局面日益呈現，這就要求各污水處理廠(chǎng)能夠使用較少的能源獲得較大的收益。污水處理廠(chǎng)作為節能減排的排頭兵,同時(shí)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,如何節約能源,降低電氣能耗，提高經(jīng)濟效益,是城市污水廠(chǎng)需要思考的問(wèn)題。 1供配電系統的節能降耗對策 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(jìn)而減少配電半徑、降低電纜成本及線(xiàn)路損耗,而且對供電的穩定性、安全性也有提升作用。 1.2供配電級數應減少 目前多數的污水廠(chǎng)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,減少電源配電環(huán)節的損耗。 合理選擇變壓器容量及臺數，可以使其運行在*佳經(jīng)濟負載率附近,并且可以根據用電性質(zhì)合理調整變壓器的運行臺數，減少變壓器輕載導致的電能浪費。 1.4提高供配電系統的功率因數 提高供配電系統的功率因數，可以減少線(xiàn)路及變壓器的無(wú)功功率損耗，從而實(shí)現節能。由于提高了功率因數，減少了無(wú)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(xiàn)路截面，既可以節能，又達到降低投資的目的�？赏ㄟ^(guò)以下措施提高功率因數： ①在選擇設備時(shí)采用功率因數較高的用電設備。 ②用電設備均為低壓設備的污水廠(chǎng)采用低壓集中補償方式，有利于管理；但對于功率因數很低的設備應采用就地補償裝置進(jìn)行合理補償,例如紫外線(xiàn)消毒設備,由于功率因數很低,因此應在其控制設備內進(jìn)行補償，可有效降低線(xiàn)路無(wú)功損耗。 ③對于供電距離較遠的高壓電動(dòng)機設備，應采用就地單獨補償裝置進(jìn)行無(wú)功補償。 1.5采取抑制高次諧波的措施 隨著(zhù)污水處理廠(chǎng)變頻調速裝置的應用及非線(xiàn)性負載的增多，污水處理廠(chǎng)電氣系統諧波含量也隨之增多。諧波不僅會(huì )使系統的功率因數下降，而且在設備及線(xiàn)路中產(chǎn)生熱效應，導致電能大量損失。因此，對供配電系統存在的諧波進(jìn)行監控和檢測，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(chǎng)供配電系統節能顯得尤為重要。抑制和治理諧波的常用措施如下: ①低壓變器采用△／YO-11點(diǎn)接線(xiàn)方式,防止3次及3n次諧波對電網(wǎng)系統的污染。 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(wú)源濾波器抑制高次諧波。如果配電系統具有相對集中的大容量非線(xiàn)性負載時(shí)，宜選用無(wú)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。如果配電系統具有大容量非線(xiàn)性負載，且變化較大，用無(wú)源濾波器不能有效工作時(shí),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、節能降耗等多方面考慮,還是比較合理的選擇。 2電氣線(xiàn)路的節能措施 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(fēng)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(guò)大造成的線(xiàn)路損耗。 2.2合理選擇電纜及導線(xiàn)截面 按照導線(xiàn)及電纜的經(jīng)濟電流截面選擇電纜。根據《電力工程電纜設計規范》fGB50217--20071第3.7.1條第4款的規定：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(xiàn)路的長(cháng)度 將變壓器深入負荷中心,配電線(xiàn)路盡量走直線(xiàn),減少低壓配電電纜或導線(xiàn)的長(cháng)度，不僅可以降低線(xiàn)路損耗，而且還可以減少線(xiàn)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(zhù)差異，價(jià)格也有明顯不同，根據不同變壓器節能和價(jià)格差的回收年限計算,絕大部分低損耗節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、節能型變壓器。 3.2選擇高效電動(dòng)機 根據國標《中小型相異步電動(dòng)機能效限定值及能效等級》（GB18613--2006）的相關(guān)規定，從2011年7月1日起開(kāi)始強制實(shí)施高效電動(dòng)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(dòng)機。該規范針對電動(dòng)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。根據相關(guān)資料,高效電動(dòng)機的節電率>15%。 4合理選擇控制系統 4.1選擇變頻調速節能設備 污水處理廠(chǎng)的風(fēng)機、水泵類(lèi)負載較多，工藝專(zhuān)業(yè)都是按*大需量來(lái)考慮選擇設備的能力,而設備正常T作時(shí)的負載往往比設計值要小許多，在大多數時(shí)間里水泵和風(fēng)機都不會(huì )滿(mǎn)載運行，這就造成了整個(gè)污水處理過(guò)程的能源利用效率低、浪費嚴重。同時(shí),由于電機長(cháng)期處于高速運轉狀態(tài)，機械磨損大，維護費用高，使用壽命相應縮短。由流體學(xué)相似定律可知,流量與轉速成比例,而功率與轉速的3次方成比例，由于水泵采用調速控制，當流量減小時(shí)，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電設備，運用計算機模糊控制理論和變頻技術(shù),通過(guò)對設備負荷的狀態(tài)跟蹤，適時(shí)調節風(fēng)機的風(fēng)量或水泵的流量，使其隨負荷的變化而同步變化，可以*大限度地節約電耗,因此節能效果非常明顯。 4.2合理選擇控制系統 針對污水廠(chǎng)用電設備多、工藝復雜的特點(diǎn)，采用智能化精確控制系統，合理調節控制系統參數,使得用電設備開(kāi)停及運行時(shí)間更合理，也能夠*大限度地節約電耗。例如，可以精確測定進(jìn)水流量、曝氣池需氧量等,運用合理的控制系統模型，精確調整水泵的流量及鼓風(fēng)機的風(fēng)量,可降低無(wú)謂的消耗，節約運行成本。 5照明系統節能 5.1合理采用高效光源 隨著(zhù)污水再生回用項目的增多，污水處理廠(chǎng)內大型車(chē)間越來(lái)越多，大型廠(chǎng)房及車(chē)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能型光源。辦公室、值班室、配電室等場(chǎng)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合理采用節能型光源的用電附件 氣體放電燈鎮流器種類(lèi)多、質(zhì)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)，可減小線(xiàn)路損失,提高供電質(zhì)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(xiàn)路損耗。 5.3合理改進(jìn)燈具控制方式 辦公室、值班室等房間內燈具采用一燈一控的方式，對燈具進(jìn)行控制。大型車(chē)間采用多區域控制，既節能，又能滿(mǎn)足照明需要。公共走道、樓梯問(wèn)等場(chǎng)所采用聲光控開(kāi)關(guān)，人到燈開(kāi),人走燈關(guān),該開(kāi)關(guān)具有成本低、節電效果好的特點(diǎn),應盡量采用。廠(chǎng)區道路照明盡量采用光控與時(shí)控相結合的控制方式,天黑時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟、天亮后自動(dòng)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(wù)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(wù)能效管理平臺通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，重點(diǎn)監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行安全可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。 6.2平臺組成 AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)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(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。 6.3平臺拓撲圖 6.4平臺子系統 6.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控 對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。 監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。 6.4.2電能質(zhì)量監測與治理 水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、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(dòng)機管理 馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和報警。高效、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。 6.4.4能耗管理 為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。 將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)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(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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排放統計趨勢。 能效分析按三級計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)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(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際先進(jìn)指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。 6.4.5智能照明控制系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。 6.4.6電氣安全 6.4.6.1電氣火災監測 監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。 6.4.6.2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(dòng)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(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。 6.4.6.3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(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。 6.4..6.4防火門(mén)監控系統 防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控器能發(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)境監測 污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)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(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。 6.4.8分布式光伏監測 實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，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(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。 平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。 6.4.9工藝仿真監控平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)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(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、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(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)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電力監控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機管理及配電室環(huán)境監控系統
7結語(yǔ)實(shí)踐證明，在保證正常運行 的前提下 ， 通過(guò)可行的供配電系統 、電氣線(xiàn)路及照明系 統節能對策 ，合理選擇控制系統能耗和節能 電氣設備，能夠有效降低污水處理廠(chǎng)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(chǎng)的電氣節能方法[11_科技傳播，2012(01)． 【2】陳功等，董濱．城市污水處理廠(chǎng)節能降耗途徑[11．水處理技術(shù)，2012(04)． 【3】黃小蓉.關(guān)于降低城市污水廠(chǎng)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 安科瑞唐曉娟13774431042
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發(fā)表于 2023-7-6 10:11:33
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