1 污水處理廠電氣設計節能減排技術內涵

污水處理廠的電氣設計中，節能減排工作是從兩個技術領域加以闡釋的。一個是節能技術，一個是減排技術。二者有聯系，也有區別。節能減排相互之間是相輔相成的。要進行減排，就要以節能技術作為鋪墊，要達到節能的目的，減排是必然要做的工作。如果只注重節能而忽略減排，則會導致能耗激增，帶來巨大的經濟損失。只有對節能和減排技術都加以均衡發展，才能得到社會效益和環境效益的均衡發展。隨著國內城鎮化的提高，城市生活污水處理廠的發展高速前行，因此污水處理廠的節能減排工作意義重大。

進行污水處理節能和減排技術的設計，首要的是對電氣系統的節能減排技術進行規劃和布局。主要集中在變壓器的損耗、無功及諧波電流損耗、照明損耗、設置不當帶來的空載損耗等問題上。

2 城市污水處理廠電氣節能的實現

2.1 電機節能

電機能耗是污水處理廠電能消耗的主要部分，常用的電機包括風機、攪拌機、水泵、污泥泵等，為了提高污水廠電氣節能效果，需要做好電機的節能設計，采取有效的節能措施。電機能耗高低的影響因素主要包括電機自身性能、數量、容量、配置、控制方式、運行管理等因素，可從這幾個方面入手采取節能措施：在購置電機時，應優選效率高、能耗低、運行可靠的電機。污水處理廠要結合實際運營情況，合理設計電機容量，確保電機輸出功率與機械負載功率相匹配，提高電機的負載率，進一步實現電機自然功率因素的改善；在選擇水泵時，污水處理廠要根據用水量、季節變化、*大流量等條件進行選擇，預留出一定額度；一般情況下，電機達到滿負荷運轉的時間不超過 10%，其余時間均處于低效運行。由于電機處于高效運行狀態下才能降低電能消耗，所以污水處理廠應采用調控方式，對電機輸出負荷進行合理設置，調控電機的運行狀態，使電機長時間處于高效運轉，降低電能耗用量。

2.2 對污水處理工藝進行優化

城市產生的污水量逐年遞增，這對污水處理廠的污水處理能力提出了更高的要求。污水處理廠需要采用先進的設備和污水處理工藝，在提高污水處理能力的同時降低能耗，實現傳統污水處理工藝的轉型升級。在污水處理廠建成初期，要及時清理污水處理系統中的漂浮物，減少廠區雨污排水系統中的柵渣量，便于在污水量突然增大的狀況下實現順利分流分壓，避免對潛水泵造成破壞，延長潛水泵的使用壽命；及時獲取電網運行信息，利用電網峰谷平的具體情況以及計價規則，對污水處理廠中功率較大的設備運行時間進行調整，以降低用電成本；升級改造現有設備，保證全部污水能夠準確入槽；將監控設備安裝到車間，實時監控污水處理的全過程，提高污水處理質量；污水處理廠要采用變頻調速技術對現有電氣技術進行改造升級，通過采用該技術能夠大幅度提高年處理污水量，降低電氣耗電量，節約能源消耗量約為25%，并且降低電費支出，有利于提高污水處理廠的經濟效益。

2.3 供配電系統節能

2.3.1 降低線損

電纜選用電導率小的材質，盡量選用銅芯電纜，雖然成本投入較鋁芯電纜成本高，但是可在后期運行中節省電費支出；優化電纜設計，縮短電纜長度，在水泵房和風機房附近設置配電房，減小電纜用量；若電纜線路較長，則要加大一級電纜截面，并且保證電纜截面的熱穩定性、載流量、電壓損失均符合設計要求，雖然這種做法會增加前期的建設投入，但是在后期運行中可有效降低線路損耗，節約成本。

2.3.2 無功補償

分散補償與集中補償是無功補償的兩種形式：分散補償只需在用電設備上并聯專用電容器即可，安裝簡單，可提高低壓線路電網的功率因數，降低線路損失，但這種補償方式難以有效減少變壓器銅損；集中補償根據負荷情況將裝置集中安裝到低壓配電房，可降低變壓器銅損。由于污水處理廠在污水處理過程中的負荷較為集中，所以應在負荷中心建設低壓配電房，采取集中補償的方式。

2.4 選用變頻節能設備

在污水處理廠運行中需要使用數量較多的風機、水泵，由于這類設備通常根據*大需量確定設備能力，所以導致設備在正常工作狀態下不會處于滿載運行，實際負載明顯小于設計值，導致污水處理中的能耗較高，能源利用效率偏低，造成電能的嚴重浪費。此外，若電機長時間處于高速運轉狀態，未能得到有效調控，不僅會加快電機磨損，而且還會額外付出較高的維修費用，縮短電機使用壽命。根據相關定律可知，流量與轉速成比例，功率與轉速的 3 次方成比例，所以應在水泵中引入調速控制技術，根據流量的大小對功率進行調節，提高電機的節能效率。同時，也可采用智能化節電設備，借助于計算機模糊控制理論跟蹤控制設備的負荷狀態，根據負荷變化情況智能調節水泵的流量和風機的風量，促使水泵和風機隨著負荷變化作出變動，有效降低電能消耗量，提高節能效果。

2.5 照明節能

城市污水處理廠中的照明系統，在電氣能耗中所占的比例較大，為此，應采取有效的措施降低照明系統能耗。

2.5.1 選用節能型光源附件

鎮流器是照明系統中的重要組成部分，其種類眾多、性能各異，在選擇氣體放電燈的鎮流器時，要盡量避免使用普通電感型鎮流器，而是要使用電子鎮流器、低能耗鎮流器，以達到降低線損、提高供電質量的效果。在氣體放電燈中設置就地補償電容，提高燈具的功率因素，在同等照明亮度和時長的情況下降低線損。

2.5.2 優化照明控制系統

污水處理廠的值班室、辦公室的燈具控制應采用一對一的控制方式，而在大型車間中可根據生產情況采取區域型控制方式，在滿足照明需求的情況下實現節能；在樓梯間、公共走道等場所采用聲光控方式，降低燈具的電能消耗，做到人來燈開、人走燈閉，提高節電效果；廠區內的道路采用光控方式，白天吸收太陽能，將太陽能轉換為電能，天黑時自動開啟照明，天亮關閉照明，實現道路照明的自動化控制，避免電能浪費。

2.5.3 對光源進行合理選擇

隨著城市污水處理廠規模的不斷擴大，大型車間數量也隨之增多。在大型車間中，需要采用充足的光源以滿足生產條件。為了實現照明節能，污水處理廠應合理選擇節能型的光源。大型廠房應采用大功率細管徑熒光燈、高壓鈉燈或金屬鹵化物燈，這些光源的節能效果較高。在污水處理廠配電室、辦公室、值班室等人員工作的地方，要盡量避免使用白熾燈，而是要選擇緊湊型熒光燈、三基色細管徑熒光燈或金屬鹵化物小功率燈等。

3 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

3.1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品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，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、精細的解決方案。

3.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

3.3平臺拓撲圖

3.4平臺子系統

3.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

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

3.4.2電能質量監測與治理

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

3.4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、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、監測和報警。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

3.4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中污水廠、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、環比、對標等。通過污水處理產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，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

3.4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

3.4.6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纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、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，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

（3）消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

（4）防火門監控系統

防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，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。

3.4.7 環境監測

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，排除隱患，保持良好的水處理環境。

3.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

3.4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、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。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、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。