污水处理厂电气节能措施探讨

 摘要：针对污水处理厂电气系统的节能问题，从供配电系统、电气设备控制、照明系统等几个方面阐述了污水处理厂的电气节能措施，探讨了在满足国家规范及污水处理厂正常运行的前提下，如何更好地利用电能、合理节约运行费用的可行方法，可供同行参与。 

　　关键词：污水厂；电气系统；节能措施 

　　中图分类号：U464.235文献标识码：A 文章编号： 　 

　　污水处理厂运行费用中电费所占比例很大，因此在污水处理厂电气系统中如何实现节能降耗尤重要。 

　　１供配电系统的节能措施 

　　１. １变电站的合理布置 

　　变电站或配电室应尽量布置在负荷中心（例如，可将变电站设在鼓风机房、进水泵房或者出水泵房等用电量大的建筑物附近或贴邻布置），这样可减少配电半径、降低供电电缆的初始投资及线路损耗，而且对供电的稳定性、安全性也有提升作用。 

　　１. ２供配电级数应减少 

　　国内大部分污水处理厂总用电负荷为1000-10000kＷ，供电电源电压采用10、20或35kV，用电设备为0.4、6或10kV，应尽量减少配电级数，减少电源配电环节的损耗。例如可以将6kV电动机改为10kV电动机，减少6kV配电电压级；有些污水厂供电电源为35kV或20kV，如果厂区没有6kV或10kV用电设备，则应尽量采用35kV（或20kV）直变0.4kV的变压器，减少配电电级数，通过这些措施可以有效降低由于配电级数过多造成的电能损失。 

　　1.3合理选择变压器容量及台数 

　　合理选择变压器容量及台数，可以使其运行在最佳经济负载率附近，并且可以根据用电性质合理调整变压器的运行台数，减少变压器轻载导致的电能浪费。根据变压器的有功功率损耗特性曲线可知，其最低损耗率一般发生在电力变压器负载率为0.5-0.6之间。负载率太高或太低都会使变压器有功损耗增加，因此考虑变压器的合理运行，一般根据污水负荷变化特性，使变压器的合理运行，一般根据污水厂负荷变化特性，使变压器负载率控制在0.5-0.7之间为宜。 

　　1.4提高供配电系统的功率因数 

　　提高供配电系统的功率因数，可以减少线路及变压器的无功功率损耗，从而实现节能。由于提高了功率因数，减少了无功功率，供给同一负荷功率所需的视在功率和负荷电流均减少，可以更合理地选择变压器容量和线路截面，既可以节能，又达到降低投资的目的。可通过以下措施提高功率因数： 

　　①在选择设备时采用功率因数较高的用电设备。 

　　②用电设备均为低压设备的污水厂采用低压集中补偿方式，有利于管理；但对于功率因数很低的设备应采用就地补偿装置进行合理补偿，例如紫外线消毒设备，由于功率因数很低，因此应在其控制设备内进行补偿，可有效降低线路无功损耗。 

　　③对于供电距离较远的高压电动机设备，应采用就地单独补偿装置进行无功补偿。 

　　1.5采取抑制高次谐波的措施 

　　随着污水处理厂变频调速装置的应用及非线性负载的增多，污水处理厂电气系统谐波含量也随之增多。谐波不仅会使系统的功率因数下降，而且在设备及线路中产生热效应，导致电能大量损失。因此，对供配电系统存在的谐波进行监控和检测，并采取行之有效的谐波抑制措施，减少谐波对电网的影响，对污水处理厂供配电系统节能显得尤为重要。 

　　抑制和治理谐波的常用措施如下： 

　　①低压变压器采用△/Y0-11点接线方式，防止3次及3n次谐波对电网系统的污染。 

　　②采用带消谐电抗器的并联电容组补偿装置，可有效防止补偿电容与系统电抗造成的并联谐振对谐波的放大及对电容器组造成的损坏。 

　　③采用无源滤波器抑制高次谐波。如果配电系统具有相对集中的大容量非线性负载时，宜选用无源滤波器，这样成本较低，经济合理。 

　　④采用有源滤波器抑制高次谐波。如果配电系统具有大容量非线性负载，且变化较大，用无源滤波器不能有效工作时，采用有源滤波器，可以有效地抑制及消除高次谐波，尽管投资较高，但从安全运行、节能降耗等多方面考虑，还是比较合理的选择。 

　　2电气线路的节能措施 

　　2.1电气负荷的合理分配 

　　尽量保证三相负荷的平衡，尤其在一些照明负荷供电、路灯负荷供电及部分通风装置、电热设备的供电回路上，必须考虑负荷的平衡及合理性，避免单相负荷过大造成的线路损耗。 

　　2.2合理选择电缆及导线截面 

　　按照导线及电缆的经济电流截面选择电缆。根据《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）第3.7.1条第4款的规定：10kV及以下电力电缆截面选择除考虑工作电流、短路电流及电压降以外，尚宜按电缆的初始投资与使用寿命期间的运行费用综合经济的原则选择。 

　　配电线路的电能损耗主要取决于线路的阻抗及电流，由公式P损耗＝I2R可知，线路损耗与线路的阻抗成正比，再由公式R＝pL/S截面可知，线路的阻抗与导线的导电率和长度成正比，与导线的截面积成反比。因此，配电线路应采用高导电率的导体，并且宜增大导线或电缆的截面，降低线路损耗。 

　　在传统的电气设计中，习惯于10kV或6kV线中按经济电流密度选择电缆及导线，低压电缆一般按计算电流及短路参数、电压降考虑截面，根据GB50217-2007规范的要妹 ，10kV及以下电缆均宜按经济电流密度来选择，这样可以有效减少配电线路中的电能损耗。 

　　2.3尽量减少供电线路的长度 

　　将变压器深入负荷中心，配电线路尽量走直线，减少低压配电电缆或导线的长度，不仅可以降低线路损耗，而且还可以减少线路压降，提高供电质量及可靠性。 

　　3合理选择电气设备 

　　3.1选择节能型变压器 

　　不同型号的变压器由于其绕组材质、截面积不同，电能传递效率存在显著差异，价格也有明显不同，根据不同变压器节能和价格差的回收年限计算，绝大部分低损耗节能型变压器资金（比普通变压器投资高出部分）回收年限为2-5年，因此应优选高效、低损耗、节能型变压器。 

　　3.2选择高效电动机 

　　根据国标《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》（GB18613-2006）的相关规定，从2011年7月1日起开始强制实施高效电动机的考核指标。该标准适用于690V及以下电压、功率＜315kV的异步电动机，该规范针对电动机的限定值考核指标是强制性要求，必须选用符合标准的产品。根据相关资料，高效电动机的节电率＞15%。 

　　对于污水厂来说，节能型高效电动机尤为重要，尤其是一些大容量潜水设备，在设备选择时一定要剔除不合格产品，电机达不到节能要求的必须禁用。 

　　4合理选择控制系统 

　　4.1选择变频调速节能设备 

　　污水处理厂的风机、水泵类负载较多，工艺专业都是按最大需量来考虑选择设备的能力，而设备正常工作时的负载往往比设计值要小许多，在大多数时间里水泵和风机都不会满载运行，这就造成了整个污水处理过程的能源利用效率低、浪费严重。同时，由于电机长期处于高速运转状态，机械磨损大，维护费用高，使用寿命相应缩短。由流体学相似定律可知，流量与转速成比例，而功率与转速的3次方成比例，由于水泵采用调速控制，当流量减小时，所需功率近似按流量的3次方大幅下降，采用新型的智能化节电设备，运用计算机模糊控制理论和变频技术，通过对设备负荷的状态跟踪，适时调节风机的风量或水泵的流量，使其随负荷的变化而同步变化，可以最大限度地节约电耗，因此节能效果非常明显。 

　　4.2合理选择控制系统 

　　针对污水厂用电设备多、工艺复杂的特点，采用智能化精确控制系统，合理调节控制系统参数，使得用电设备开停及运行时间更合理，也能够最大限度地节约电耗。例如，可以精确测定进水流量、曝气池需氧量等，运用合理的控制系统模型，精确调整水泵的流量及鼓风机的风量，可降低无谓的消耗，节约运行成本。 

　　5照明系统节能 

　　5.1合理采用高效光源 

　　随着污水再生回用项目的增多，污水处理厂内大型车间越来越多，大型厂房及车间应采用高压钠灯、金属卤化物灯或大功率细径荧光灯等高效节能型光源。办公室、值班室、配电室等场所应采用三基色细管径荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率金属卤化物灯等，尽量不采用白炽灯。 

　　5.2合理采用节能型光源的用电附件 

　　气体放电灯镇流器种类多、质量参差不齐，应尽量淘汰普通电感型镇流器，建议使用低损耗的镇流器（如电子镇流器、低损耗节能电感镇流器等），可减小线路损失，提高供电质量。 

　　选用的气体放电灯应在灯具内设就地补偿电容，提高功率因数，降低线路损耗。 

　　5.3合理改进灯具控制方式 

　　办公室、值班等房间内灯具采用一灯一控的方式，对灯具进行控制。大型车间采用多区控制，既节能，又能满足照明需要。 

　　公共走道、楼梯间等场所采用声光控开关，人到灯开，人走灯关，该开关具有成本低、节电效果好的特点，应尽量采用。 

　　厂区道路照明尽量采用光控与时控相结合的控制方式，天黑时自动开启、天亮后自动关闭，避免由于人为原因忘记关灯，造成电能浪费。 

　　6结语 

　　由于污水处理厂工艺过程复杂，线路和电器设备繁多，所以进行电气节能化设计及改造是很有必要的。污水处理厂电气节能的重点在于建立和健全节能理念，合理设计供配电系统，有效控制电气系统能耗，选用节能电气产品，实现供配电系统及用电设备的经济运行。 

　　参与文献： 

　　[1]GB50052-2009，供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009. 

　　[2]GB50034-2004，建筑照明设计标准[S].北京：中国计划出版社，2004. 

　　[3]GB50217-2007，电力工程电缆设计规范[S].北京：中国计划出版社，2007