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摘要：文章结合该污水处理厂改扩建工程实例，对改扩建工程中的电气设计进行了简要的分析。
关键词：污水处理厂、改扩建、电气设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、 污水处理厂改扩建的重要性
改革开放以来，我国的国民经济迅速发展，城镇化水平不断提高，城镇的规模也不断扩大。迅猛的发展往往使得规划滞后，同时由于我国的规划管理制度尚不完善，城镇规划的执行过程尚待加强，造成规划的执行性和可持续性不够，在实际的城镇发展中，发展速度会与规划不一致，城镇人口迅速增长，工业和商业布局也会不断调整，原来规划设计的污水处理厂的服务范围和服务人口不断扩大，同时由于收集系统的不断完善，会造成污水处理厂实际进水量超出设计值，为保护人民生活环境，需及时进行污水处理厂扩建，满足水量日益增长的需要。
二、供配电系统现状
2.1 供电电源
按现行规范，污水厂多属于二级负荷，供电要求为两路电源供电或一路专线电源，同时尽可能保证厂内重要负荷的供电连续性。大部分污水厂多能满足两路电源的供电要求，但也常会碰到一些特殊情况，如：
（1）一些已建污水厂建设年代较早，或受当时地区电网规划和供电能力的限制，仅一路电源供电。
（2）有些污水厂虽然有两路电源供电，但其中一路常用电源能承担100%的全部负荷，另一路备用电源只能承担一部分重要负荷的供电，供电的可靠性较低，若发生一路常用电源失电，污水厂必须减量运行。
（3）有些污水厂实际运行中负荷由于各种原因长期未达到设计值，电业部门有可能将余量已分配其他用户，改扩建时即使负荷增加未突破原用电申请值，外线仍可能无法满足要求。
（4）有些污水厂原规模小，借用附近其它排水泵站或污水厂的变配电系统高压或低压供电。常见污水厂内部配电电源的电压等级为10 kV或6 kV；外线电源电压等级多为10 kV或6 kV，大型污水厂也有35 kV 供电，极少数由于地处偏远，附近电网电压等级单一的污水厂有采用110kV 供电。
2.2 变配电设施
（1）变压器供电能力
按规范要求，污水厂内变配电系统宜设两台变压器，容量宜相同，一台常用、一台备用或二台互为备用，变压器事故保证率的设计取值为60%～70%。目前运行的污水厂较为常见是两台变压器的变配电系统，但存在备用率偏高或偏低的现象，这是由于经过多年运行后，污水厂运行管理成熟、原设计参数变化、自行技改和小型改造等因素引起的负荷变化，尤其是建设年代较早的污水厂，负荷和系统与原设计时相比变化较大。一些污水厂的部分变配电系统中设单变压器的情况也时有存在。
（2）变配电系统
经过多年运行，污水厂内会发生变压器负载率或事故保证率与原设计出入较大，变配电系统中元器件变化也会较大，有时竣工图资料与现场开关柜的出线回路、元器件数量、甚至开关柜数量都不能吻合，尤其是一些大容量电动机，由于各种原因引起的运行不佳，管理方自行改造，增加或改造一些元器件来改善和稳定电机的运行，如增加或拆除变频器、降压启动器、控制继电器等。
（3）变配电间
近几年来国家在市政建设上的力度和速度都很快，新建的污水厂设计时会考虑远期扩建的可能，变配电设计时往往预留一定空间。但建设年代较早的污水厂，没有预计到污水处理发展之快，因此厂内的变配电系统很少考虑远期扩建的空间，设备的扩展接口也未预留，对改扩建的电气系统设计带来较大的难度。如果厂区总平面布置空间足够的话，可以考虑改造变配电所的土建设施；厂区总平面上较难找到合适的空间扩展和设置新增变配电所时，也会给变配电所的电气设计带来较大的设计难度。
三、 改扩建设计
3.1 主要原则
（1）掌握厂内原电气系统各阶段建设时的竣工资料，在熟悉竣工资料的基础上现场踏勘，核对实际运行情况和历年主要运行参数；
（2）根据改扩建工程中新增负荷，统计全廠的新老负荷总容量，落实外线电源，收集外线供电容量、电压等级、路数和工况等参数；
（3）厂内新设的变配电系统与原有电气系统要结合为一个安全和可靠的整体；
（4）厂内配电线路要新老系统兼顾，灵活分配，合理分布，同时改扩建时应尽量少停电，以避免影响污水厂的正常运行；
（5）新老电气系统的运行方式尽可能全厂统一；
（6）电气系统的配电级数不宜过多，一般宜2～3级范围内；
（7）变配电所宜根据新增和改造负荷情况设计，在总平面布置图上不宜过于密集；
3.2 外线电源方案
近年来电业在电网上的改造和扩展较大，系统变化大，因此外线扩容将影响电业对供电外线电压等级的选择。设计应先计算全厂负荷，同时在方案设计阶段提请并配合业主或建设方及时与电业部门沟通，落实电源，保证工程的顺利进行。我国现行采用的供电电压为110 kV、35 kV、10 kV、380/220 V，常用等级电压线路的送电能力见表1。
表1 常用等级电压线路的送电能力表
原一路电源供电的污水厂应申请增加另一路电源，成为两路电源的供电形式，若不能满足，则需要考虑至少申请一路专线电源。同时与工艺专业协商，当这路专线电源停电时的工艺措施，若不能满足工艺要求，则需要另外申请或设计备用电源，如柴油发电机、EPS 等来满足紧急情况下厂内最重要负荷的电源和需要维持的供电时间，这些负荷的容量和台数由工艺专业确定，供电时间应根据外线电源停电时间长短确定。
（1）当改扩建工程规模远远超过原有污水厂规模时，应对厂内的总变配电站进行总体规划，除了兼顾新老负荷外，还要考虑远期发展的可能，可采用新建一座总变配电站或改造原有总变配电站的方案。
3.3 变配电系统
（1）新增变配电所
新增变配电所和总降压站应根据需要设置，如污水厂内有几个采用高压电动机的构筑物且距离相隔较远时，总降压站直接馈电至该构筑物后可以设置二级配电设施和配电间，以减少供电电缆，方便控制和保护。污水厂水处理构筑物占地较多，低压用电负荷较大时，应根据负荷分布划分低压供电的区域，每个区域内设置变配电所，为该区域内低压用电负荷提供交流380/220 V 电源，变配电所应该设置在各个区域的负荷中心，污水厂的低压负荷一般集中在采用低压电动机的进水泵房、提升泵房和出水泵房以及滤池冲洗泵房、污泥脱水机房、鼓风机房等单机容量较大的建筑物内，变配电所可以附设在这些建筑物旁。任何新建的变配电设施中均应考虑以后再扩建的发展可能，建筑空间考虑以后增加设备的位置，同时预留设备接口，方便以后的发展。如近期开关柜设备布置在靠建筑物深处或离开大门的一侧，留出大门附近的位置，方便以后增加设备的运输；电缆沟尽量多连通；变配电所内设备预留孔考虑远期电缆安装空间，近期用盖板封住；低压开关柜设计时多一些大小搭配的备用回路，同时进线可设在母线当中，充分利用母线载流量为远期扩展提供条件；尤其远期工程时间间隔较短，变压器可采用近期一用一备，远期改为两常用的运行方式来较简单地解决电气供电能力的扩展。
（2）原有变配电所改扩建
需收集原有变配电系统的竣工资料，对原有变配电所的改扩建可以从变压器、高低压柜、辅助屏、土建改造等方面考虑：
①变压器
可以通过改变变压器运行方式，将原一用一备的运行方式改为二常用。调整变电所供电范围，即将变电所距离较近的原有负荷改由其邻近的新建变配电设施供电，如污泥处理设施、厂前区、紫外线消毒设施等负荷较为集中的单体，从而减轻原变电所的负荷承载力，提高其就近新增负荷的供电能力，当然部分负荷的重新分配还是需要依据工艺流程，不能出现1座变电所停电，全厂生产都受影响的情况。
②高低压开关柜
若增加回路不多、变压器容量不变的情况下，尽可能利用原有开关柜内的备用回路，通过调换部分元器件等来适应新增负荷。如调换高压柜内的电流互感器；调换低压柜内的出线断路器、电流互感器、少量补偿电容器等。若增加回路较多、建筑面积足够、变压器容量不变的情况下，可采用增加几台馈线开关柜的方式。改造过程中对原有开关柜扩展时需要增加开关柜，原开关柜位置有变动时，应重新进行排列，使需要移动的开关柜尽量少，必要时可通过短段母线槽进行连接，以减少停电时间。
③ 辅助屏
辅助屏一般包括直流屏、信号屏、交流屏、主变保护屏、调压控制屏、电力监控系统等。直流屏和交流屏用于提供交流和直流电源作为高压设备的二次电源，若系统电压等级、系统接线等没有较大的改动、运行情况又较好时，尽可能利用原有设备。主变保护屏、调压屏均随变压器和开关柜配套提供，除非调换主设备，一般尽量利用。信号屏、电力监控系统均作为变配电系统中提供信号集中显示和报警作用的辅助屏，则需要根据原系统改造的情况分析是相应改造还是重新设置更节省投资。
四、结束语
通过以上的设计，尽量使电气扩建设计的工作量减轻，投资减少。缩短施工周期，尽量避免对原生产设备的影响，与原电气系统结合紧凑，控制和接线形式统一。随着国家的发展,污水处理越来越受到重视，污水处理厂的改扩建设计视在必行。
关键词：污水处理厂、改扩建、电气设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、 污水处理厂改扩建的重要性
改革开放以来，我国的国民经济迅速发展，城镇化水平不断提高，城镇的规模也不断扩大。迅猛的发展往往使得规划滞后，同时由于我国的规划管理制度尚不完善，城镇规划的执行过程尚待加强，造成规划的执行性和可持续性不够，在实际的城镇发展中，发展速度会与规划不一致，城镇人口迅速增长，工业和商业布局也会不断调整，原来规划设计的污水处理厂的服务范围和服务人口不断扩大，同时由于收集系统的不断完善，会造成污水处理厂实际进水量超出设计值，为保护人民生活环境，需及时进行污水处理厂扩建，满足水量日益增长的需要。
二、供配电系统现状
2.1 供电电源
按现行规范，污水厂多属于二级负荷，供电要求为两路电源供电或一路专线电源，同时尽可能保证厂内重要负荷的供电连续性。大部分污水厂多能满足两路电源的供电要求，但也常会碰到一些特殊情况，如：
（1）一些已建污水厂建设年代较早，或受当时地区电网规划和供电能力的限制，仅一路电源供电。
（2）有些污水厂虽然有两路电源供电，但其中一路常用电源能承担100%的全部负荷，另一路备用电源只能承担一部分重要负荷的供电，供电的可靠性较低，若发生一路常用电源失电，污水厂必须减量运行。
（3）有些污水厂实际运行中负荷由于各种原因长期未达到设计值，电业部门有可能将余量已分配其他用户，改扩建时即使负荷增加未突破原用电申请值，外线仍可能无法满足要求。
（4）有些污水厂原规模小，借用附近其它排水泵站或污水厂的变配电系统高压或低压供电。常见污水厂内部配电电源的电压等级为10 kV或6 kV；外线电源电压等级多为10 kV或6 kV，大型污水厂也有35 kV 供电，极少数由于地处偏远，附近电网电压等级单一的污水厂有采用110kV 供电。
2.2 变配电设施
（1）变压器供电能力
按规范要求，污水厂内变配电系统宜设两台变压器，容量宜相同，一台常用、一台备用或二台互为备用，变压器事故保证率的设计取值为60%～70%。目前运行的污水厂较为常见是两台变压器的变配电系统，但存在备用率偏高或偏低的现象，这是由于经过多年运行后，污水厂运行管理成熟、原设计参数变化、自行技改和小型改造等因素引起的负荷变化，尤其是建设年代较早的污水厂，负荷和系统与原设计时相比变化较大。一些污水厂的部分变配电系统中设单变压器的情况也时有存在。
（2）变配电系统
经过多年运行，污水厂内会发生变压器负载率或事故保证率与原设计出入较大，变配电系统中元器件变化也会较大，有时竣工图资料与现场开关柜的出线回路、元器件数量、甚至开关柜数量都不能吻合，尤其是一些大容量电动机，由于各种原因引起的运行不佳，管理方自行改造，增加或改造一些元器件来改善和稳定电机的运行，如增加或拆除变频器、降压启动器、控制继电器等。
（3）变配电间
近几年来国家在市政建设上的力度和速度都很快，新建的污水厂设计时会考虑远期扩建的可能，变配电设计时往往预留一定空间。但建设年代较早的污水厂，没有预计到污水处理发展之快，因此厂内的变配电系统很少考虑远期扩建的空间，设备的扩展接口也未预留，对改扩建的电气系统设计带来较大的难度。如果厂区总平面布置空间足够的话，可以考虑改造变配电所的土建设施；厂区总平面上较难找到合适的空间扩展和设置新增变配电所时，也会给变配电所的电气设计带来较大的设计难度。
三、 改扩建设计
3.1 主要原则
（1）掌握厂内原电气系统各阶段建设时的竣工资料，在熟悉竣工资料的基础上现场踏勘，核对实际运行情况和历年主要运行参数；
（2）根据改扩建工程中新增负荷，统计全廠的新老负荷总容量，落实外线电源，收集外线供电容量、电压等级、路数和工况等参数；
（3）厂内新设的变配电系统与原有电气系统要结合为一个安全和可靠的整体；
（4）厂内配电线路要新老系统兼顾，灵活分配，合理分布，同时改扩建时应尽量少停电，以避免影响污水厂的正常运行；
（5）新老电气系统的运行方式尽可能全厂统一；
（6）电气系统的配电级数不宜过多，一般宜2～3级范围内；
（7）变配电所宜根据新增和改造负荷情况设计，在总平面布置图上不宜过于密集；
3.2 外线电源方案
近年来电业在电网上的改造和扩展较大，系统变化大，因此外线扩容将影响电业对供电外线电压等级的选择。设计应先计算全厂负荷，同时在方案设计阶段提请并配合业主或建设方及时与电业部门沟通，落实电源，保证工程的顺利进行。我国现行采用的供电电压为110 kV、35 kV、10 kV、380/220 V，常用等级电压线路的送电能力见表1。
表1 常用等级电压线路的送电能力表
原一路电源供电的污水厂应申请增加另一路电源，成为两路电源的供电形式，若不能满足，则需要考虑至少申请一路专线电源。同时与工艺专业协商，当这路专线电源停电时的工艺措施，若不能满足工艺要求，则需要另外申请或设计备用电源，如柴油发电机、EPS 等来满足紧急情况下厂内最重要负荷的电源和需要维持的供电时间，这些负荷的容量和台数由工艺专业确定，供电时间应根据外线电源停电时间长短确定。
（1）当改扩建工程规模远远超过原有污水厂规模时，应对厂内的总变配电站进行总体规划，除了兼顾新老负荷外，还要考虑远期发展的可能，可采用新建一座总变配电站或改造原有总变配电站的方案。
3.3 变配电系统
（1）新增变配电所
新增变配电所和总降压站应根据需要设置，如污水厂内有几个采用高压电动机的构筑物且距离相隔较远时，总降压站直接馈电至该构筑物后可以设置二级配电设施和配电间，以减少供电电缆，方便控制和保护。污水厂水处理构筑物占地较多，低压用电负荷较大时，应根据负荷分布划分低压供电的区域，每个区域内设置变配电所，为该区域内低压用电负荷提供交流380/220 V 电源，变配电所应该设置在各个区域的负荷中心，污水厂的低压负荷一般集中在采用低压电动机的进水泵房、提升泵房和出水泵房以及滤池冲洗泵房、污泥脱水机房、鼓风机房等单机容量较大的建筑物内，变配电所可以附设在这些建筑物旁。任何新建的变配电设施中均应考虑以后再扩建的发展可能，建筑空间考虑以后增加设备的位置，同时预留设备接口，方便以后的发展。如近期开关柜设备布置在靠建筑物深处或离开大门的一侧，留出大门附近的位置，方便以后增加设备的运输；电缆沟尽量多连通；变配电所内设备预留孔考虑远期电缆安装空间，近期用盖板封住；低压开关柜设计时多一些大小搭配的备用回路，同时进线可设在母线当中，充分利用母线载流量为远期扩展提供条件；尤其远期工程时间间隔较短，变压器可采用近期一用一备，远期改为两常用的运行方式来较简单地解决电气供电能力的扩展。
（2）原有变配电所改扩建
需收集原有变配电系统的竣工资料，对原有变配电所的改扩建可以从变压器、高低压柜、辅助屏、土建改造等方面考虑：
①变压器
可以通过改变变压器运行方式，将原一用一备的运行方式改为二常用。调整变电所供电范围，即将变电所距离较近的原有负荷改由其邻近的新建变配电设施供电，如污泥处理设施、厂前区、紫外线消毒设施等负荷较为集中的单体，从而减轻原变电所的负荷承载力，提高其就近新增负荷的供电能力，当然部分负荷的重新分配还是需要依据工艺流程，不能出现1座变电所停电，全厂生产都受影响的情况。
②高低压开关柜
若增加回路不多、变压器容量不变的情况下，尽可能利用原有开关柜内的备用回路，通过调换部分元器件等来适应新增负荷。如调换高压柜内的电流互感器；调换低压柜内的出线断路器、电流互感器、少量补偿电容器等。若增加回路较多、建筑面积足够、变压器容量不变的情况下，可采用增加几台馈线开关柜的方式。改造过程中对原有开关柜扩展时需要增加开关柜，原开关柜位置有变动时，应重新进行排列，使需要移动的开关柜尽量少，必要时可通过短段母线槽进行连接，以减少停电时间。
③ 辅助屏
辅助屏一般包括直流屏、信号屏、交流屏、主变保护屏、调压控制屏、电力监控系统等。直流屏和交流屏用于提供交流和直流电源作为高压设备的二次电源，若系统电压等级、系统接线等没有较大的改动、运行情况又较好时，尽可能利用原有设备。主变保护屏、调压屏均随变压器和开关柜配套提供，除非调换主设备，一般尽量利用。信号屏、电力监控系统均作为变配电系统中提供信号集中显示和报警作用的辅助屏，则需要根据原系统改造的情况分析是相应改造还是重新设置更节省投资。
四、结束语
通过以上的设计，尽量使电气扩建设计的工作量减轻，投资减少。缩短施工周期，尽量避免对原生产设备的影响，与原电气系统结合紧凑，控制和接线形式统一。随着国家的发展,污水处理越来越受到重视，污水处理厂的改扩建设计视在必行。