配電能效平臺在降低城市污水廠電氣能耗的應(yīng)用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：污水處理廠在緩解城市日益嚴峻的水污染問題上發(fā)揮著巨大作用。但是目前較高的運行成本和電費使得污水處理廠未能獲得預(yù)期的效益，影響了污水處理的有效性。因此，需要通過有效的節(jié)能降耗措施來降低運行能耗。筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，對降低污水廠電氣能耗的對策談?wù)勛约旱膸c思考和認識。

關(guān)鍵詞：污水廠；供配電系統(tǒng)；照明系統(tǒng)；節(jié)能對策；損耗

0引言

目前能源緊張局面日益呈現(xiàn)，這就要求各污水處理廠能夠使用較少的能源獲得較大的收益。污水處理廠作為節(jié)能減排的排頭兵,同時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(jié)約能源,降低電氣能耗，提高經(jīng)濟效益,是城市污水廠需要思考的問題。

1供配電系統(tǒng)的節(jié)能降耗對策

1.1變電站的合理布置

變電站應(yīng)盡可能的設(shè)置在負荷中心,進而減少配電半徑、降低電纜成本及線路損耗,而且對供電的穩(wěn)定性、安全性也有提升作用。

1.2供配電級數(shù)應(yīng)減少

目前多數(shù)的污水廠總用電負荷1000～10000kW，供電電源電壓采用10、20或35kV,用電設(shè)備為0.4、6或10kV,為此，我們應(yīng)盡量減少配電級數(shù),減少電源配電環(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及臺數(shù)，可以使其運行在*佳經(jīng)濟負載率附近,并且可以根據(jù)用電性質(zhì)合理調(diào)整變壓器的運行臺數(shù)，減少變壓器輕載導(dǎo)致的電能浪費。

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)，可以減少線路及變壓器的無功功率損耗，從而實現(xiàn)節(jié)能。由于提高了功率因數(shù)，減少了無功功率，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路截面，既可以節(jié)能，又達到降低投資的目的?？赏ㄟ^以下措施提高功率因數(shù)：

①在選擇設(shè)備時采用功率因數(shù)較高的用電設(shè)備。

②用電設(shè)備均為低壓設(shè)備的污水廠采用低壓集中補償方式，有利于管理；但對于功率因數(shù)很低的設(shè)備應(yīng)采用就地補償裝置進行合理補償,例如紫外線消毒設(shè)備,由于功率因數(shù)很低,因此應(yīng)在其控制設(shè)備內(nèi)進行補償，可有效降低線路無功損耗。

③對于供電距離較遠的高壓電動機設(shè)備，應(yīng)采用就地單獨補償裝置進行無功補償。

1.5采取抑制高次諧波的措施

隨著污水處理廠變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用及非線性負載的增多，污水處理廠電氣系統(tǒng)諧波含量也隨之增多。諧波不僅會使系統(tǒng)的功率因數(shù)下降，而且在設(shè)備及線路中產(chǎn)生熱效應(yīng)，導(dǎo)致電能大量損失。因此，對供配電系統(tǒng)存在的諧波進行監(jiān)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,對污水處理廠供配電系統(tǒng)節(jié)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點接線方式,防止3次及3n次諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)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(tǒng)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采用無源濾波器抑制高次諧波。如果配電系統(tǒng)具有相對集中的大容量非線性負載時，宜選用無源濾波器,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(tǒng)具有大容量非線性負載，且變化較大，用無源濾波器不能有效工作時,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(jié)能降耗等多方面考慮,還是比較合理的選擇。

2電氣線路的節(jié)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裝置、電熱設(shè)備的供電回路上，需要考慮負荷的平衡及合理性,避免單相負荷過大造成的線路損耗。

2.2合理選擇電纜及導(dǎo)線截面

按照導(dǎo)線及電纜的經(jīng)濟電流截面選擇電纜。根據(jù)《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》fGB50217--20071第3.7.1條第4款的規(guī)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盡量減少供電線路的長度

將變壓器深入負荷中心,配電線路盡量走直線,減少低壓配電電纜或?qū)Ь€的長度，不僅可以降低線路損耗，而且還可以減少線路壓降，提高供電質(zhì)量及可靠性。

3合理選擇電氣設(shè)備

3.1選擇節(jié)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差異，價格也有明顯不同，根據(jù)不同變壓器節(jié)能和價格差的回收年限計算,絕大部分低損耗節(jié)能型變壓器資金的回收年限為2～5年，因此應(yīng)優(yōu)選高效、低損耗、節(jié)能型變壓器。

3.2選擇高效電動機

根據(jù)國標《中小型相異步電動機能效限定值及能效等級》（GB18613--2006）的相關(guān)規(guī)定，從2011年7月1日起開始強制實施高效電動機的考核指標。該標準適用于690V及以下電壓、功率<315kW的異步電動機。該規(guī)范針對電動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(jù)相關(guān)資料,高效電動機的節(jié)電率>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

污水處理廠的風機、水泵類負載較多，工藝專業(yè)都是按*大需量來考慮選擇設(shè)備的能力,而設(shè)備正常T作時的負載往往比設(shè)計值要小許多，在大多數(shù)時間里水泵和風機都不會滿載運行，這就造成了整個污水處理過程的能源利用效率低、浪費嚴重。同時,由于電機長期處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，機械磨損大，維護費用高，使用壽命相應(yīng)縮短。由流體學(xué)相似定律可知,流量與轉(zhuǎn)速成比例,而功率與轉(zhuǎn)速的3次方成比例，由于水泵采用調(diào)速控制，當流量減小時，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(jié)電設(shè)備，運用計算機模糊控制理論和變頻技術(shù),通過對設(shè)備負荷的狀態(tài)跟蹤，適時調(diào)節(jié)風機的風量或水泵的流量，使其隨負荷的變化而同步變化，可以*大限度地節(jié)約電耗,因此節(jié)能效果非常明顯。

4.2合理選擇控制系統(tǒng)

針對污水廠用電設(shè)備多、工藝復(fù)雜的特點，采用智能化精確控制系統(tǒng)，合理調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)參數(shù),使得用電設(shè)備開停及運行時間更合理，也能夠*大限度地節(jié)約電耗。例如，可以精確測定進水流量、曝氣池需氧量等,運用合理的控制系統(tǒng)模型，精確調(diào)整水泵的流量及鼓風機的風量,可降低無謂的消耗，節(jié)約運行成本。

5照明系統(tǒng)節(jié)能

5.1合理采用高效光源

隨著污水再生回用項目的增多，污水處理廠內(nèi)大型車間越來越多，大型廠房及車間應(yīng)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(jié)能型光源。辦公室、值班室、配電室等場所應(yīng)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(jié)能型光源的用電附件

氣體放電燈鎮(zhèn)流器種類多、質(zhì)量參差不齊,應(yīng)盡量淘汰普通電感型鎮(zhèn)流器，建議使用低損耗的鎮(zhèn)流器(如電子鎮(zhèn)流器、低損耗節(jié)能電感鎮(zhèn)流器等)，可減小線路損失,提高供電質(zhì)量。選用的氣體放電燈應(yīng)在燈具內(nèi)設(shè)就地補償電容,提高功率因數(shù)，降低線路損耗。

5.3合理改進燈具控制方式

辦公室、值班室等房間內(nèi)燈具采用一燈一控的方式，對燈具進行控制。大型車間采用多區(qū)域控制，既節(jié)能，又能滿足照明需要。公共走道、樓梯問等場所采用聲光控開關(guān)，人到燈開,人走燈關(guān),該開關(guān)具有成本低、節(jié)電效果好的特點,應(yīng)盡量采用。廠區(qū)道路照明盡量采用光控與時控相結(jié)合的控制方式,天黑時自動開啟、天亮后自動關(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)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，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(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

6.3平臺拓撲圖

6.4平臺子系統(tǒng)

6.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

6.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

6.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。高效、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

6.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過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)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、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(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(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圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際先進指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(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、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

6.4.6電氣安全

6.4.6.1電氣火災(zāi)監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、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

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(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、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測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。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，當終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)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(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、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啟動排風風機或新風系統(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

實時監(jiān)測低壓并網(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)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(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)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過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)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

6.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)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(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、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，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

審核編輯 黃宇