电气优化设计污水处理论文范文

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1供配电系统的优化设计

1.1合理选择变压器变压器是电压变换设备，据统计：中国的配电网中，变压器的电能损耗约占配电网电能损耗的70％左右，因此节能潜力巨大。在设计中应选择高效、低损耗的节能型变压器，合理选择变压器的容量，使其经常处于经济运行状态，以达到节能的目的。本工程两个变电所共设置4台变压器，选用SCB11型变压器，其负荷计算及配置情况如表1所示。

1.2合理选择无功补偿容量污水处理厂的无功补偿主要采用集中补偿与分散补偿相结合的方式，集中补偿主要位于变电所内，分散补偿位于大功率电机附近，合理的补偿可以使得功率因素得到提高，减少线路损耗，减小变压器的容量，降低变压器的铜耗，但是要注意并联电容器的耐压水平的计算以及有效输出补偿容量与电容器额定容量的差别，并要考虑谐波对无功补偿的影响。本工程在变电所0．4kV侧设置无功率补偿自动补偿装置进行集中补偿，总变电所无功补偿额定容量为425kVar＝6×50kVar＋5×25kVar，根据上述计算结果，考虑抑制5次谐波，其有效输出容量约为350kVar，补偿前功率因数为79％，补偿之后功率因数达到96％；分变电所无功补偿额定容量为200kVar＝3×50kVar＋2×25kVar，根据上述计算结果，考虑抑制5次谐波，其有效输出容量约为150kVar，补偿前功率因数为80％，补偿之后功率达到95％。

1.3正确认识热效应、及时抑制高次谐波正确认识高效应，及时抑制高次谐波，是污水处理厂供配电系统节能措施的有效途径。谐波不仅会使系统的功率因数下降，而且在设备及线路中产生热效应，导致电能大量损失，设备绝缘被破坏。随着污水处理厂非线性负载的增多，污水处理厂电气系统产生的高次谐波的危害也随之增多，正确认识热效应，及时抑制高次谐波，对污水处理厂供配电系统节能显得尤为重要。在污水处理厂供配电系统中，可以通过谐波的测量和计算，合理选择交流滤波装置的谐振点，减少谐波对电网的影响，有效地抑制和治理谐波。

2配电线路优化设计

选择线路不仅仅考虑初投资，还要考虑线路损耗，随着目前电缆线路的大量应用，电缆的投资在整个污水处理厂电气设计中的比例愈来愈高，因此合理的选择电缆截面也是电气设计中的重中之重。选择电缆截面所要考虑的因素很多，目前国内一般工程设计的方法中，电缆截面按计算电流，并考虑电缆载流量的各种校正系数来选取，然后通过短路热稳定和电压降来校验。这种方法仅仅考虑初投资，并未考虑线路的运行费用［3］。本工程中，采用经济电流密度法来选取主要电缆截面。变电所出线电缆均采用放射式供电，电缆经室外电缆沟，局部直埋、穿管或桥架保护敷设至各用电设备。通过比较传统电缆截面选择方法和经济电流密度法，经济电流密度法的优势所在如表2所示。（1）大部分回路按照经济电流选择电缆截面基本都需要放大两级，对于大容量的回路按照经济电流选择电缆截面大都仅需放大一级，有的甚至无需放大。（2）对于小截面线路，且回路电流很小，距离也很短，如本工程的仪表电源回路、变电所照明回路、直流屏电源回路等，按照经济电流密度选择优势很小，故可沿用传统的方法选择电缆截面。对于大容量回路，长度越长，工作时间越长，计算电流越大，就越能体现经济电流密度选择电缆截面的优势所在。（3）采用经济电流密度选择干线电缆截面，其初始投资要比传统方法多56．3万元，但是每年电能损耗节约18．2万kW•h，折合电费10．92万元，约3．1a后可收回多余的初始投资。（4）根据国家改革2008年公布的换算方法，相当于每年减少二氧化碳排放约171t，减少二氧化硫排放5．46t，若电缆经济寿命按照30a计算，那么寿命期内不考虑折旧费用总共可节约电耗546万kW•h，折合电费327．6万元。由此可见，采用经济电流密度法选择电缆截面具有较好的经济和社会效益。

3结合工艺工序的负荷计算优化

常规的负荷计算式采用需用系数法，需用系数选自《城镇排水系统电气与自动化工程技术规程》，然后计算各单体的总功率，这样计算导致计算负荷大，造成巨大的浪费。因此，对于负荷计算，不能简单地考虑采用需用系数法，需要与工艺充分结合，工序的不同，在不同时刻产生的功率也不同，不能简单地把功率相加，在计算成套控制箱的电源时，必须与设备商紧密联系，充分了解工艺后，再计算得出功率，否则造成计算功率偏大，导致选择的电缆也偏大，选择开关也偏大，造成不必要的投资浪费。本文以污泥脱水机房的负荷计算为例，污泥脱水机房板框压滤机成套设备控制柜包括1台11kW板框压滤机，1台22kW污泥进料泵，1台18．5kW保压螺杆泵，1台22kW挤压螺杆泵。根据板框脱水机成套设备的运行特点，进料泵、螺杆泵和挤压螺杆泵只可能同时运行1台，如果没有考虑到板框脱水机成套设备的运行特点，该成套设备控制柜的总功率为58．5kW。如果充分考虑到板框脱水机成套设备的运行特点，对其进行优化，那么该成套设备控制柜的总功率可降低到26．4kW。优化前后污泥脱水机房的供配电设计对比如表3所示。由表3可见，在优化前，该成套设备的电源电缆应选取50mm2，选用壳架电流为160A开关。而优化后，电缆仅需选取25mm2，选用壳架电流为100A的开关即可。因此，这样可以节省许多不必要的投资，避免造成投资浪费。

4照明系统的优化设计

（1）需满足《建筑照明设计规范》（GB50034－2013）的功率密度要求。（2）合理采用高效光源［7］。灯具悬挂比较高的场所，如高大厂房、露天工作场所、一般照明及道路照明，应采用高压钠灯或金属卤化物灯。灯具悬挂比较低的场所，宜采用荧光灯或小功率高压钠灯。办公室、值班室、配电室灯场所采用三基色T5、T8型细管径荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率金属卤化物灯等。（3）合理采用节能型光源的用电附件［7］。气体放电灯镇流器种类多、质量参差不齐，应尽量淘汰普通电感型镇流器，建议使用低损耗的镇流器（如电子镇流器、低损耗节能电感镇流器等），可减少线路损失，提高供电质量。选用的气体放电灯应在灯具内设就地补偿电容，提高功率因数、降低线路损耗。（4）合理选择灯具控制方式［7］。道路照明应根据所在地区的经纬度和季节变化合理确定开关灯时间，并应根据天空亮度变化进行必要修正，宜采用光控和时控相结合的智能控制方式。景观照明应具备平日、一般节日、重大节日开灯控制模式。办公室、值班室灯房间内灯具采用一灯一控的方式，大型车间采用多区域控制，对灯具进行控制，这样既节能、又能满足照明需要。公共走道、楼梯间灯等人员短暂停留的公共场所采用声光控开关，人到灯开，人走灯关。靠近窗户的灯具应与其他灯具分开控制，做到充分合理地利用自然光，从而节约人工照明电能。

5总结

由于污水处理厂的电能消耗巨大，因此污水处理厂电气的优化设计对于电气节能具有很大的影响，应从供配电系统的优化、电气线路的优化、电气设备的优化，与工艺相结合的负荷计算优化，照明设计优化等多方面开展优化设计，进而有效地减少污水厂的电能损耗，降低污水厂的运行成本。

作者：黄旭峰单位：上海市政工程设计研究总院（集团）有限公