近年来伴随生产、生活水平的提高, 对自来水的水质和供水安全保障水平提出了更高的要求。对常规自来水处理工艺, 进行臭氧-活性炭深度处理升级改造, 是非常迫切、有效、可行的方法。
深度处理建设的主要设施有预臭氧接触池、深度处理综合池 (含后臭氧接触池、活性炭滤池、中间提升泵房与反冲洗泵房) 、臭氧制备车间、回用水池、液氧站各1座。其电气设计是在工艺、结构设计的基础上进行变配电、电气拖动设计, 与自动化设计有密切联系。
一、变配电现状
某2×104m3/d自来水厂现有20k V总降压站一座, 二路20k V电源一用一备。变电所拥有二台20/6k V 4000k VA主变压器一用一备, 总降压站紧靠水厂负荷中心二级泵房, 20KV和6k V变电间均有扩容增加配电柜的空间。有二级泵房、砂虑池6/0.4k V变电所二座。
二、电气设计
(1) 负荷性质及电源:项目用电负荷主要是水泵电动机类负载, 根据现有水厂负荷等级、改造后的规模及供水用户性质, 改造后仍属二级负荷。
(2) 负荷估算
水厂新建总计算负荷约651k W (同时系数取0.9, 并记入变压器损耗) , 补偿后约667k VA, 电源进线端功率因数约为0.95以上;水厂原有6k V计算容量5382k W, 水厂6k V合计计算容量5885k W (同时系数取0.95, 并记入变压器损耗) 。
(3) 变配电系统:水厂20k V总降压站现有20/6.3k V 4000k VA变压器二台, 满足深度处理供电要求, 不需要扩容。主变压器原有运行方式为一用一备, 改造后运行方式改为二常用并互为备用, 负荷率为78%, 事故保证率64%。当一台主变压器故障时, 另一台主变压器应保证全厂100%出水量, 深度处理需暂停部分负荷。须增加两台6k V馈电柜为新建项目变电所电源, 另增加一台作为备用。6k V主接线如下图, 虚线内为新增6KV开关柜, 原有6KV馈电柜有省略。
扩建项目负荷中心在深度处理综合池, 在此处新增6/0.4k V变电所一座, 二路6k V电源引自20k V总降压站, 运行方式一用一备。二台变压器选用6/0.4/0.23k V 800k VA, 运行方式为一用一备, 负荷率为83%, 事故保证率100%。0.4k V系统为单母线分段带设联络的接线方式, 二路低压进线柜和联络柜须设置电气联锁和机械联锁 (三锁两钥) 双重闭锁装置, 最多合其中两台断路器, 以免双电源并排。0.4k V系统接地形式TN-S制。供电范围:深度处理综合池、臭氧制备车间、回用水池、预臭氧接触池、氧气站、室外照明等全部新建设施。
(4) 继电保护
6k V变压器:电流速断、反时限过电流保护、超高温保护跳闸, 过负荷、超温、单相接地报警;变频自诊断作用于报警和跳闸。继电保护装置采用测控保护一体化微处理机继电保护装置, 就地分布于6k V开关柜, 对每个回路实施数字式继电保护、电量参数测量和数据变送, 并通过现场总线与变电所电力监控前置处理机联接。低压配电回路以空气断路器作短路保护, 采用多功能仪表采集电量参数。
(5) 主要生产设备的拖动控制:0.4k V系统中, 除深度处理综合池提升泵和反冲洗泵根据工艺要求采用变频调速外, 55k W及以上低压电机都采用软启动, 其余设备均采用直接起动方式。变频器、软启动器安装在6/0.4k V变电所低压柜内。水厂工艺流程中主要生产设备设置就地机旁箱手动操作、PLC站远方程控二级控制。水厂中控室可做到全厂运行管理的集中监视和控制。
(6) 无功功率补偿:在6/0.4k V变电所0.4k V侧采用电力电容器集中自动投切方式进行无功补偿, 使水厂20k V总进线侧功率因数控制在0.95及以上。在0.4k V侧二段母线分别采用有源滤波消除变频器高频谐波。
(7) 计量与测量:水厂电源仍采用电业高供高计方式, 二路20k V电源计量表计不变, 作为供电部门计费之用。对不小于37k W的生产设备电动机回路、照明馈线回路及重要馈线回路设置多功能表计, 作单体设备用电计量和厂内考核之用。
(8) 避雷与接地
本项目新建构筑物中深度处理综合池、臭氧制备车间等按第二类避雷建筑物要求设计避雷设施, 其它建筑物按三类避雷设计。
(9) 主要电气设备的选择
6k V开关柜采用空气绝缘金属铠装手车中置式真空断路器成套柜, 6k V负荷开关柜采用空气绝缘金属封闭式固定柜。6/0.4k V配电变压器采用13系列高效低损耗型环氧树脂真空浇注干式变压器, 无载调压。
三、结语
自来水厂电气设计对水厂运行有重要意义, 变配电系统中干式变压器、微机综合继电保护装置、真空断路器等设备的应用提高了运行可靠性;中低压变频器、软启动的广泛应用节约了电能, 减少设备的运行冲击。为提高运行可靠性, 自来水厂的主要机械设备均有备用, 变配电系统从总降变电所电源、总降变压器、各分部变电房电源和变压器, 到沉淀池、加药间、脱泥机房、臭氧发生器等重要低压用电实施的电源均应设置一用一备。电力监控后台处理机除了监控高低压电量参数, 还与水厂自动化系统共享变配电数据, 全面提高水厂自动化水平, 可达到水厂无人值守。
摘要：本文以某2×104m3/d自来水厂深度处理改造项目电气设计为例, 阐述设计要点, 供相关人员参考。
关键词：自来水厂,电气设计,配电系统,电气拖动
参考文献
[1] 建筑电气设计手册
[2] 给排水设计手册——电气与自控