周文浩

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：針對地下污水處理廠(chǎng)的配電系統提出智能配電設計思路，在綜合分析了硬件選擇、軟件配置和使用效果的基礎上，進(jìn)行了相應的經(jīng)濟分析。結果表明，智能配電系統將成為未來(lái)發(fā)展趨勢，將在越來(lái)越多的同類(lèi)建設工程中得到應用。

關(guān)鍵詞：智能配電；地下污水處理廠(chǎng)；配電系統；

1背景

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的污水處理廠(chǎng)建設突破傳統地上污水處理廠(chǎng)用地觀(guān)念，科學(xué)合理地利用地下空間，建設地下式污水處理廠(chǎng)。地下污水處理廠(chǎng)具有占用空間小、節省地上土地資源等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)減少對周?chē)坝^(guān)的美觀(guān)性產(chǎn)生影響，不僅提高了周?chē)恋刭Y源的價(jià)值，也解決了污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污濁氣、噪音等問(wèn)題，對周?chē)用窈铜h(huán)境產(chǎn)生“零影響"。目前已建的地下污水處理廠(chǎng)多采用傳統配電設計方案，在提質(zhì)增效方面基本無(wú)改進(jìn)空間。通過(guò)地下污水處理廠(chǎng)智能配電系統的搭建，可以降低人工成本、優(yōu)化運營(yíng)環(huán)境、降低能耗。

2地下污水處理廠(chǎng)智能配電系統設計

2.1傳統污水處理廠(chǎng)配電系統的缺點(diǎn)

早期污水處理廠(chǎng)往往按照傳統配電方案進(jìn)行設計，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，污水處理廠(chǎng)管理水平的提升，對電氣設計不再滿(mǎn)足于安全、可靠、經(jīng)濟、便利、節能等常規要求；而是希望更加智能化，能夠通過(guò)技術(shù)手段優(yōu)化生產(chǎn)方案，降低生產(chǎn)成本、便于后期維護；并且污水處理廠(chǎng)內變配電間相對其他區域更易發(fā)生火災，希望能夠有效預防電氣火災。污水處理是生化處理過(guò)程，一旦停電將造成供氧中斷，使微生物大量死亡，嚴重影響污水廠(chǎng)的處理效果和效率，要恢復正常運行，需要重新對活性污泥進(jìn)行一定時(shí)間的培養和馴化，對供電要求較高；并且全地下式污水處理廠(chǎng)的通風(fēng)、消防等負荷大，如果中斷供電，還可能造成污水浸泡整個(gè)箱體。

對傳統污水處理廠(chǎng)配電系統進(jìn)行設計總結后，可以將傳統污水處理廠(chǎng)配電系統缺點(diǎn)歸納總結為3點(diǎn)：存有隱患、管理粗放、缺少分析。

2.2地下污水處理廠(chǎng)智能配電系統的解決方案

2.2.1消除火災隱患：

除常規自動(dòng)火災報警系統設計外，還使用了以下智能設備，消除電氣火災隱患；

1）具有溫度檢測的高壓智能斷路器。

火災通常由設備故障引起一般因產(chǎn)品老化所致。傳統配電方案往往僅通過(guò)多功能表監測電壓、電流、頻率等參數，無(wú)法監測設備老化狀態(tài)。選用能監測設備老化的電氣產(chǎn)品可大大降低火災風(fēng)險，設備自帶的內嵌式設計的溫度檢測，可以保證開(kāi)關(guān)設備原有絕緣性，通過(guò)自供電測溫單元及磁飽和技術(shù)，實(shí)現免維護，確保安全、穩定地長(cháng)期工作，依托NFC自動(dòng)識別組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現APP與設備的快速對接，通過(guò)Zigbee非接觸式無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，實(shí)現接收單元與高壓側的電氣隔離。見(jiàn)圖1。

1. 站控單元：

火災發(fā)生往往是因為設備老化發(fā)生故障所致。站控單元可以顯示產(chǎn)品老化程度，提醒運維人員在適當時(shí)機更換設備，降低發(fā)生火災的概率。此類(lèi)產(chǎn)品能可視化呈現容量信息，讓風(fēng)險提示更靠近設備端，輔助運維響應速度更快。預設界面模板基于配電柜體布局，可清晰對應設備層次關(guān)系，快速檢索故障根因。斷路器運行數據和老化分析等電氣資產(chǎn)關(guān)鍵運行信息能夠直觀(guān)呈現。設備內置軟件，擁有自動(dòng)化工具，標準化模板，可縮短50%左右的調試時(shí)間。站控單元既可以在新建項目中布置在受總柜、電容柜等，也可以在改建項目布置在配電室墻面上。見(jiàn)圖2。

2.2.2解決管理粗放：

1. 采用PME/PSO：

PME（電能管理系統）可以對全廠(chǎng)的設備運行進(jìn)行監視。系統后臺時(shí)刻監測能源使用狀態(tài)、生成清晰的能耗視圖，助力建立能源使用的管理方針，優(yōu)化能耗成本。PSO（電力監控系統）可以對全廠(chǎng)的設備進(jìn)行控制。通過(guò)靈活的九余架構、開(kāi)放的協(xié)議支持，實(shí)現高可靠性、高實(shí)時(shí)性的系統方案。同時(shí)，PSO具有模塊化特性，可在電力監控的基礎上實(shí)現能源管理、電力資產(chǎn)管理等靈活的功能組合，滿(mǎn)足用戶(hù)的多樣化需求。PME/PSO做為中低壓一體化電力監控平臺，提高了系統的集成度，方便客戶(hù)進(jìn)行監控管理，實(shí)現了能耗分析等能源管理功能。見(jiàn)圖3和圖4。

1. 精細化管理：

軟件的實(shí)施可以實(shí)現資產(chǎn)存檔、資產(chǎn)快查、規范工作流程、追蹤運維過(guò)程、體現能源使用狀態(tài)等功能

3）主動(dòng)運維：

傳統的維護是被動(dòng)調整，哪壞修哪，響應時(shí)間長(cháng)；通過(guò)預測主動(dòng)維護，設備老化到一定程度進(jìn)行預警提示，來(lái)決定修或者換，帶來(lái)的運行損失更小。主動(dòng)提示風(fēng)險，輔助運維快速反應。

2.2.3強化數據分析

傳統污水處理廠(chǎng)缺少運行電氣系統數據分析，傳統的軟件更加關(guān)注工藝流程，電力數據利用率較低；分析基本依托運維人員個(gè)體的經(jīng)驗，速度和能力遠不及專(zhuān)業(yè)的電腦及分析軟件。各種智能軟硬件的應用可以進(jìn)行大數據收集，收集后采用智能分析評估、智能應用，結合資產(chǎn)評估，依托專(zhuān)家服務(wù)留存處理方案，提升運維體系的高效性。

3地下污水廠(chǎng)智能配電系統的效益

智能配電系統的應用雖然會(huì )帶來(lái)工程建設造價(jià)增加，但通過(guò)精細管理、專(zhuān)家服務(wù)可以主動(dòng)運維帶來(lái)以下收益。

3.1降低人工成

現在專(zhuān)業(yè)電工普遍年齡偏大并且人員數量少以處理規模10x104m/d水廠(chǎng)為例，通常機械、電氣及儀表運維護人員為3班次，每5人一班，共計15人。主動(dòng)運維可以更有計劃的進(jìn)行電力維護，減少工作量上較明顯的波谷。運維人員可優(yōu)化為3班次，每2人一班，共計6人，減少運維人員9人。

3.2優(yōu)化運營(yíng)環(huán)境

傳統污水處理廠(chǎng)的一些工藝步驟需要白天進(jìn)行，因此需要有足夠人力物力給予保證；采用智能配電體系后，如污水處理廠(chǎng)內的污泥脫水等非連續運行設施，可以全部調整在電價(jià)波谷段運行。

3.3降低能耗

地下污水處理廠(chǎng)的非生產(chǎn)用電占比較傳統污水處理廠(chǎng)高，可挖掘的節能潛力較多，如果沒(méi)有PSE和PSO，節能方案將無(wú)所依據。通風(fēng)、照明、綜合樓等非生產(chǎn)用電，鼓風(fēng)曝氣、進(jìn)水、出水等生產(chǎn)用電，可通過(guò)智能化分析，合理調整運行時(shí)間。設備組合實(shí)現能源利用的優(yōu)化，例如：通風(fēng)系統通過(guò)環(huán)境儀表檢測，采用局部區域運行，或不同區域輪流運行等措施，實(shí)現能耗的降低。見(jiàn)圖5。

4安科瑞電氣針對智慧城市水務(wù)建設推出能效管理解決方案----AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

4.1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(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，重點(diǎn)監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行安全可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

4.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控

對水務(wù)配電系統中34kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。

監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

4.4.2電能質(zhì)量監測與治理

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

4.4.3電動(dòng)機管理

馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和報警。高效、準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，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4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(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域。

將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，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)/先進(jìn)指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。

4.4.6電氣安全

（1）電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動(dòng)疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。

（4）防火門(mén)監控系統

防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控器能發(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。

4.4.7環(huán)境監測

污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)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警，保障污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8分布式光伏監測

實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監視，對逆變器直流側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、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。

平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.4D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。

4.4.9工藝仿真監控

平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、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、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，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、堵轉、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(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機管理及配電室環(huán)境監控系統

4.5.2智能照明系統

4.5.3電氣火災監控系統

5總結與展望

本文簡(jiǎn)要介紹了地下污水處理廠(chǎng)智能配電系統的部分軟硬件配置及帶來(lái)的效果。智能配電系統帶來(lái)的前期造價(jià)增加，可在后期運營(yíng)過(guò)程中節省下來(lái)，長(cháng)期來(lái)看是更經(jīng)濟的選擇。采用智能配電系統的水廠(chǎng)，彰顯先進(jìn)性，實(shí)現數字轉化型，提升水廠(chǎng)價(jià)值，智能配電地下污水廠(chǎng)未來(lái)發(fā)展的趨勢，將會(huì )在越來(lái)越多的同類(lèi)建設工程中得到應用

參考文獻：

[1]高智箭，肖亮.地下污水處理廠(chǎng)智能配電方案設計[J].天津建設科技，2022，第32卷增刊：69-72.

[2]劉廣勝.上海某大型供水廠(chǎng)智能配電系統設計與應用[J].建筑氣，2020，39(8):29-34.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計應用手冊.2022.04版

作者簡(jiǎn)介：

韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務(wù)研究發(fā)展。