小型城市生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計研究

摘 要：水資源是人類賴以生存的重要資源，隨著城市發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程加快，水資源污染問題越來越嚴(yán)重，城市生活污水處理越來越受到關(guān)注。小型城市生活污水處理廠有著規(guī)模小、能耗高的特點，因此，需要合理進(jìn)行電氣設(shè)計與自控系統(tǒng)設(shè)計，以此來降低城市污水處理成本，改善城市生活環(huán)境，從而促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：污水處理廠;電氣設(shè)計;自控系統(tǒng)設(shè)計

一、 電氣設(shè)計

（一）供配電系統(tǒng)設(shè)計以某小型城市生活污水處理廠為例，污水處理能力設(shè)計為4萬m3/d，主要包括進(jìn)水泵、攪拌機(jī)、推進(jìn)器、鼓風(fēng)機(jī)、脫水機(jī)、紫外線消毒等用電設(shè)備。根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》，污水處理廠為二級用電負(fù)荷，宜由城市電網(wǎng)引入兩路10kV電源供電，10kV開關(guān)柜采取單母線分段接線的方式，將母聯(lián)開關(guān)設(shè)置在中間，母聯(lián)開關(guān)不自投。設(shè)置兩臺1250kVA干式變壓器，一個供電一個備用，負(fù)載率控制在76%左右，當(dāng)一臺變壓器出現(xiàn)故障時，另一臺變壓器負(fù)責(zé)全部負(fù)荷供電。

（二）配電安全設(shè)置適當(dāng)抬高落地配電箱底部，抬高部分控制在50mm左右，在室外則應(yīng)當(dāng)大于200mm，為了避免老鼠等進(jìn)入到配電箱，要封閉底座。此外，與配電室相鄰有兩條母線，若一條母線存在一級負(fù)荷，則相鄰母線需要采取防火措施。如果高低壓配電設(shè)備在同一室內(nèi)，則需要控制好二者之間的靜距離，一般在2m以上。

（三）電纜敷設(shè)在建筑物之內(nèi)，采用電纜橋架和電纜溝來進(jìn)行電纜敷設(shè)。對于控制電纜和動力電纜，應(yīng)當(dāng)采取分層分側(cè)的布置方式。對于電纜穿管敷設(shè)，可以埋一些備用管，方便日后線路的維護(hù)和增容。如果線徑較小，且敷設(shè)的電纜數(shù)量較少，可以采用電纜手井的方式敷設(shè);如果線徑較大，且電纜數(shù)量較多，則需要設(shè)置電纜人井。對于小型城市生活污水處理廠廠區(qū)，可采用直埋、電纜溝及電纜橋架等敷設(shè)方式，將電纜從變配電室引到室外。進(jìn)行土建工程施工時，應(yīng)預(yù)留相應(yīng)尺寸孔位，以減少二次穿墻施工，提升敷設(shè)效率。室外電纜敷設(shè)需要與給排水工程緊密結(jié)合，避開給排水管線，做好電纜溝內(nèi)排水工作，每隔60m設(shè)置一個電纜井，電纜井規(guī)格為600mm×600mm×800mm。

（四）設(shè)備選擇主要設(shè)備需要選擇可靠性高的先進(jìn)設(shè)備，同時還要遵循實用性和經(jīng)濟(jì)性的原則。可采用中置式金屬鎧裝移開式10kV高壓開關(guān)柜，真空斷路器為主開關(guān)，220VDC為操作電源。而且變壓器采用穩(wěn)定性優(yōu)良、效率較高、機(jī)械性能良好、噪聲干擾小的干式變壓器。

二、 自控系統(tǒng)設(shè)計

（一）CASS工藝及流程CASS（循環(huán)式活性污泥法）工藝不僅具備除磷、脫氮、降解有機(jī)物等功能，同時具備單池連續(xù)循環(huán)污水處理功能，且占地面積小，運行維護(hù)量少，十分適合于小型城市生活污水處理廠。生物池是CASS工藝的核心構(gòu)筑物，在生活污水處理廠中，整個污水處理流程都在生物池中完成，不需要設(shè)置二沉池和調(diào)節(jié)池。整個工藝流程簡單，設(shè)備設(shè)置緊密。

（二）自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計對于污水處理自動控制系統(tǒng)來說，網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性對系統(tǒng)控制性能有著重要的影響，這就對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計、傳輸介質(zhì)選擇及參數(shù)設(shè)置等提出了更高的要求。該文提出的小型城市生活污水處理廠自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)，有著較強(qiáng)的抗干擾能力和優(yōu)良的實時性，而且其能夠延伸到污水處理廠現(xiàn)場設(shè)備控制層，有利于遠(yuǎn)程控制及資源共享的實現(xiàn)。因此，采用環(huán)形光纖工業(yè)以太網(wǎng)來進(jìn)行自控系統(tǒng)組網(wǎng)，自控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

（三）整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）上位機(jī)監(jiān)控管理層。此層為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最上層，由WinCC組態(tài)構(gòu)成。（2）通訊層。此層為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中間層，由環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成，利用CP343-1通訊模塊實現(xiàn)以太網(wǎng)與S7-300PLC之間的連接，對WinCC組態(tài)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過收發(fā)器實現(xiàn)以太網(wǎng)與上位機(jī)之間的連接。（3）執(zhí)行層。執(zhí)行層是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最底層，由下位機(jī)PLC及污水處理廠現(xiàn)場設(shè)備構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理的過程控制和設(shè)備執(zhí)行，整個執(zhí)行層包括4個S7-300PLC站，能夠分布式控制整個處理工藝流程中的各個分區(qū)工段。

三、 結(jié)語

電氣自控系統(tǒng)在整個小型城市污水處理工作中起著至關(guān)重要的作用，為了能夠獲取更高的污水處理效率以及更優(yōu)質(zhì)的處理質(zhì)量，我們需要引用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來完善城市生活污水處理廠的電氣自控系統(tǒng)。所以國家要加大對電氣自控系統(tǒng)的人力、物力投入，重視人才培養(yǎng)，力求科技創(chuàng)新，為大眾營造一個更加方便高效的污水處理系統(tǒng)，讓我國的城市環(huán)境更加適宜人民居住，以便于緊緊追隨可持續(xù)發(fā)展腳步。

參考文獻(xiàn)：

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[2]盛承輝.小型城市生活污水處理廠電氣與自控設(shè)計研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016（29）：105.

作者簡介：丁克勤，山東濰坊人，國電銀河水務(wù)股份有限公司，工程師，分管工程師，研究方向：電氣自動化、儀器儀表。