摘要：污水處理廠在緩解城市日益嚴(yán)重的水污染問(wèn)題方面發(fā)揮著重要作用。然而，目前較高的運(yùn)行成本和電力成本使污水處理廠未能獲得預(yù)期的效益，影響了污水處理的有效性。因此，有必要采取有效的節(jié)能措施來(lái)降低運(yùn)行能耗。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，作者談到了一些降低污水處理廠電力能耗的思考和理解。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；供配電系統(tǒng)；照明系統(tǒng)；節(jié)能對(duì)策；損失；

0引言

目前，能源緊張局勢(shì)日益出現(xiàn)，這就要求污水處理廠利用較少的能源獲得更大的效益。污水處理廠作為節(jié)能減排的先鋒，也是能耗密集型企業(yè)，運(yùn)營(yíng)成本和電費(fèi)一直居高不下。因此，如何節(jié)約能源，降低電氣能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，是城市污水處理廠需要考慮的問(wèn)題。

1供配電系統(tǒng)節(jié)能降耗對(duì)策

1.1變電站的合理布置

變電站應(yīng)盡可能設(shè)置在負(fù)荷中心，以減少配電半徑，降低電纜成本和線路損耗，提高供電穩(wěn)定性和安全性。

應(yīng)減少1.2供配電級(jí)數(shù)

目前，大多數(shù)污水處理廠的總用電負(fù)荷為1萬(wàn)～1000000kW供電電壓為100000kW、20或35kV，用電設(shè)備為0.4、6或10kV，為此，要盡量減少配電級(jí)數(shù)，減少配電環(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和臺(tái)數(shù)，可使其在*良好的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率附近運(yùn)行，并可根據(jù)用電性質(zhì)合理調(diào)整變壓器的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，減少變壓器輕負(fù)荷造成的電能浪費(fèi)。

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)可以減少線路和變壓器的無(wú)功功率損耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。由于功率因數(shù)的增加和無(wú)功功率的降低，同一負(fù)荷功率所需的視覺功率和負(fù)荷電流減少，變壓器容量和線路截面可以更合理地選擇，不僅可以節(jié)約能源，而且可以達(dá)到減少投資的目的?？赏ㄟ^(guò)以下措施提高功率因數(shù)：

①在選擇設(shè)備時(shí)，采用功率因數(shù)較高的電氣設(shè)備。

②電氣設(shè)備為低壓設(shè)備的污水處理廠采用低壓集中補(bǔ)償方式，有利于管理；但對(duì)于功率因數(shù)低的設(shè)備，應(yīng)采用當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償裝置進(jìn)行合理補(bǔ)償，如紫外線消毒設(shè)備。由于功率因數(shù)低，應(yīng)在控制設(shè)備中進(jìn)行補(bǔ)償，可有效減少線路無(wú)功損耗。

③對(duì)于供電距離較遠(yuǎn)的高壓電機(jī)設(shè)備，應(yīng)采用就地單獨(dú)補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

1.5采取措施抑制高次諧波諧波

隨著污水處理廠變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用和非線性負(fù)荷的增加，污水處理廠電氣系統(tǒng)的諧波含量也隨之增加。諧波不僅會(huì)降低系統(tǒng)的功率因數(shù)，而且會(huì)在設(shè)備和線路中產(chǎn)生熱效應(yīng)，導(dǎo)致大量的電能損失。因此，監(jiān)測(cè)和檢測(cè)供配電系統(tǒng)中的諧波，采取有效的諧波抑制措施，減少諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，對(duì)污水處理廠供配電系統(tǒng)的節(jié)能尤為重要。抑制和控制諧波的常用措施如下：

①使用低壓變器△／YO-11點(diǎn)接線方式，防止3次和3n次諧波污染電網(wǎng)系統(tǒng)。

②采用帶消諧電抗器的并聯(lián)電容器組補(bǔ)償裝置，可有效防止補(bǔ)償電容器和系統(tǒng)電抗引起的并聯(lián)諧振對(duì)諧波的放大和對(duì)電容器組的損壞。

③使用無(wú)源濾波器抑制高諧波。如果配電系統(tǒng)具有相對(duì)集中的大容量非線性負(fù)載，則應(yīng)選擇成本低、經(jīng)濟(jì)合理的無(wú)源濾波器。

④使用有源濾波器抑制高次諧波。如果配電系統(tǒng)容量大，非線性負(fù)荷大，變化大，無(wú)源濾波器無(wú)法有效工作，使用有源濾波器可以有效抑制和消除高次諧波。雖然投資高，但從安全運(yùn)行、節(jié)能降耗等方面來(lái)看，選擇更為合理。

2電氣線路節(jié)能措施

2.1電氣負(fù)荷的合理分配

盡量保證三相負(fù)荷的平衡，特別是在一些照明負(fù)荷、路燈負(fù)荷、一些通風(fēng)裝置和電加熱設(shè)備的供電電路中，應(yīng)考慮負(fù)荷的平衡和合理性，避免單相負(fù)荷過(guò)大造成的線路損耗。

2.2合理選擇電纜及導(dǎo)線截面

根據(jù)電線和電纜的經(jīng)濟(jì)電流截面選擇電纜。FGB50217-20071第3.7.第一條第四款規(guī)定，除丁作電流、短路電流和電壓降外，10kV及以下電力電纜的截面還應(yīng)根據(jù)電纜初始投資和使用壽命期間運(yùn)行成本綜合經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行選擇。

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2.3盡量減少供電線路的長(zhǎng)度

將變壓器深入負(fù)荷中心，配電線路盡可能直線，減少低壓配電電纜或?qū)Ь€的長(zhǎng)度，不僅可以減少線路損耗，還可以減少線路壓降，提高供電質(zhì)量和可靠性。

合理選擇電氣設(shè)備

3.1選擇節(jié)能變壓器

不同類型的變壓器南于繞組材料，截面積不同，電能傳輸效率明顯不同，價(jià)格明顯不同。根據(jù)不同變壓器的節(jié)能和價(jià)格差異，絕大多數(shù)低損耗節(jié)能變壓器資金的回收壽命為2～因此，應(yīng)優(yōu)選高效、低損耗、節(jié)能的變壓器。

3.2選擇高效電動(dòng)機(jī)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中小型相異步電機(jī)能效限值及能效等級(jí)》（GB18613-2006）的有關(guān)規(guī)定，自2011年7月1日起強(qiáng)制實(shí)施高效電機(jī)評(píng)價(jià)指標(biāo)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于電壓690V及以下、功率35kW的異步電機(jī)。本規(guī)范對(duì)電機(jī)能效限值的評(píng)價(jià)指標(biāo)是強(qiáng)制性要求，需要選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，高效電機(jī)節(jié)能率>15%。

4合理選擇控制系統(tǒng)

4.1選擇變頻調(diào)速節(jié)能設(shè)備

污水處理廠的風(fēng)機(jī)和泵負(fù)荷較大，工藝專業(yè)根據(jù)*的要求考慮設(shè)備的選擇能力。設(shè)備的正常T負(fù)荷往往遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。大多數(shù)情況下，泵和風(fēng)扇不會(huì)滿負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致整個(gè)污水處理過(guò)程能源利用效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。同時(shí)，由于電機(jī)長(zhǎng)期高速運(yùn)行，機(jī)械磨損大，維護(hù)成本高，使用壽命相應(yīng)縮短。從流體學(xué)的相似定律可以看出，流量與速度成比例，功率與速度成比例。由于泵采用速度控制，當(dāng)流量減小時(shí)，所需功率根據(jù)流量大幅下降，采用新型智能節(jié)能設(shè)備，采用計(jì)算機(jī)模糊控制理論和變頻技術(shù)，通過(guò)跟蹤設(shè)備負(fù)荷狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量或泵流量，使其隨負(fù)荷變化同步變化，可大大節(jié)約功耗，節(jié)能效果非常明顯。

4.2合理選擇控制系統(tǒng)

根據(jù)污水處理廠電氣設(shè)備多、工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，采用智能準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)，合理調(diào)整控制系統(tǒng)參數(shù)，使電氣設(shè)備的開關(guān)和運(yùn)行時(shí)間更加合理，大大節(jié)約用電量。例如，可以準(zhǔn)確測(cè)量進(jìn)水流量、曝氣池需氧量等，采用合理的控制系統(tǒng)模型，準(zhǔn)確調(diào)整泵流量和鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，可以減少不必要的消耗，節(jié)約運(yùn)行成本。

5照明系統(tǒng)節(jié)能

5.1合理采用高效光源

隨著污水回收項(xiàng)目的增加，污水處理廠的大型車間越來(lái)越多，大型車間應(yīng)采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈或大功率細(xì)管徑熒光燈等高效節(jié)能光源。辦公室、值班室、配電室等場(chǎng)所應(yīng)采用三色細(xì)管徑熒光燈、緊湊型熒光燈或小功率金屬鹵化物燈，盡量不使用白熾燈。

5.合理使用節(jié)能光源的用電附件

氣體放電燈鎮(zhèn)流器種類繁多，質(zhì)量參差不齊，應(yīng)盡量淘汰普通電感鎮(zhèn)流器。建議使用低損耗鎮(zhèn)流器（如電子鎮(zhèn)流器、低損耗節(jié)能電感鎮(zhèn)流器等），減少線路損失，提高供電質(zhì)量。所選氣體放電燈應(yīng)設(shè)置當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償電容器，提高功率因數(shù)，減少線路損耗。

5.3合理改進(jìn)燈具控制方法

辦公室、值班室等房間的燈具采用一燈一控的方式控制。大型車間采用多區(qū)域控制，既節(jié)能又能滿足照明需求。公共走道、樓梯等場(chǎng)所采用聲光控制開關(guān)，人到燈，人到燈。該開關(guān)具有成本低、節(jié)能效果好的特點(diǎn)，應(yīng)盡量使用。廠區(qū)道路照明應(yīng)盡量采用光控與時(shí)控相結(jié)合的控制方式，天黑時(shí)自動(dòng)開啟，黎明后自動(dòng)關(guān)閉，避免因人為原因忘記關(guān)燈，造成電能浪費(fèi)。

SW智能水務(wù)能效管理平臺(tái)

6.1平臺(tái)概述

安科瑞電氣擁有從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)，AcrelEMS-SW智能水能效管理平臺(tái)通過(guò)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析和處理裝置，監(jiān)測(cè)污水處理廠的總能耗和能耗強(qiáng)度，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)主要能源設(shè)備的能效，保護(hù)污水處理廠的安全可靠運(yùn)行，提高污水處理廠的能效，為污水處理能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

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6.2平臺(tái)組成

AcrelEMS智能水綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控和能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋水壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等。，幫助運(yùn)維管理人員通過(guò)一套平臺(tái)和APP實(shí)時(shí)了解水配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可根據(jù)權(quán)限適用于水后勤部門的管理需要。

6.3平臺(tái)拓?fù)鋱D

6.4平臺(tái)子系統(tǒng)

6.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對(duì)水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警。

監(jiān)測(cè)變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報(bào)警等數(shù)據(jù)。

6.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過(guò)監(jiān)測(cè)其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對(duì)應(yīng)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(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。高效、準(zhǔn)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(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

6.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計(jì)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(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來(lái)水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)狻⒗錈崃肯牧?，同環(huán)比對(duì)比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。

能效分析按三級(jí)計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對(duì)各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對(duì)標(biāo)等。通過(guò)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(shì)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(guó)家/國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)對(duì)標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來(lái)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(lái)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(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)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(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

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6.4.6電氣安全

6.4.6.1電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠、自來(lái)水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

6.4.6.2消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動(dòng)疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，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(shè)備電源監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)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(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動(dòng)閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號(hào)。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(lái)，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，能指示報(bào)警部位并保存報(bào)警信息，保障了電氣安全的可靠性。

6.4.7環(huán)境監(jiān)測(cè)

污水廠、自來(lái)水廠、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來(lái)水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)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(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yùn)行監(jiān)視，對(duì)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(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以曲線方式繪制上述監(jiān)測(cè)的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺(tái)結(jié)合廠區(qū)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、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。

6.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺(tái)通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù)，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(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

7結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，在保證正常運(yùn)行 的前提下 ， 通過(guò)可行的供配電系統(tǒng) 、電氣線路及照明系 統(tǒng)節(jié)能對(duì)策 ，合理選擇控制系統(tǒng)能耗和節(jié)能 電氣設(shè)備，能夠有效降低污水處理廠的運(yùn)行 能耗和生產(chǎn)成本，這對(duì)污水處理企業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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