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摘要：針對地下污水處理廠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，進行了相應的經濟分析。結果表明，智能配電系統將成為未來發展趨勢，將在越來越多的同類建設工程中得到應用。
關鍵詞：智能配電；地下污水處理廠；配電系統；
1背景
隨著經濟的發展，城鎮化進程的加快，越來越多的污水處理廠建設突破傳統地上污水處理廠用地觀念，科學合理地利用地下空間，建設地下式污水處理廠。地下污水處理廠具有占用空間小、節省地上土地資源等優點，同時減少對周圍景觀的美觀性產生影響，不僅提高了周圍土地資源的價值，也解決了污水處理過程中產生的污濁氣、噪音等問題，對周圍居民和環境產生“零影響"。目前已建的地下污水處理廠多采用傳統配電設計方案，在提質增效方面基本無改進空間。通過地下污水處理廠智能配電系統的搭建，可以降低人工成本、優化運營環境、降低能耗。
2地下污水處理廠智能配電系統設計
早期污水處理廠往往按照傳統配電方案進行設計，隨著技術的進步，污水處理廠管理水平的提升，對電氣設計不再滿足于安全、可靠、經濟、便利、節能等常規要求；而是希望更加智能化，能夠通過技術手段優化生產方案，降低生產成本、便于后期維護；并且污水處理廠內變配電間相對其他區域更易發生火災，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行一定時間的培養和馴化，對供電要求較高；并且全地下式污水處理廠的通風、消防等負荷大，如果中斷供電，還可能造成污水浸泡整個箱體。
對傳統污水處理廠配電系統進行設計總結后，可以將傳統污水處理廠配電系統缺點歸納總結為3點：存有隱患、管理粗放、缺少分析。
2.2地下污水處理廠智能配電系統的解決方案
除常規自動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品老化所致。傳統配電方案往往僅通過多功能表監測電壓、電流、頻率等參數，無法監測設備老化狀態。選用能監測設備老化的電氣產品可大大降低火災風險，設備自帶的內嵌式設計的溫度檢測，可以保證開關設備原有絕緣性，通過自供電測溫單元及磁飽和技術，實現免維護，確保安全、穩定地長期工作，依托NFC自動識別組網技術，實現APP與設備的快速對接，通過Zigbee非接觸式無線通訊技術，實現接收單元與高壓側的電氣隔離。見圖1。
站控單元：
火災發生往往是因為設備老化發生故障所致。站控單元可以顯示產品老化程度，提醒運維人員在適當時機更換設備，降低發生火災的概率。此類產品能可視化呈現容量信息，讓風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關鍵運行信息能夠直觀呈現。設備內置軟件，擁有自動化工具，標準化模板，可縮短50%左右的調試時間。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。見圖2。
采用PME/PSO：
PME（電能管理系統）可以對全廠的設備運行進行監視。系統后臺時刻監測能源使用狀態、生成清晰的能耗視圖，助力建立能源使用的管理方針，優化能耗成本。PSO（電力監控系統）可以對全廠的設備進行控制。通過靈活的九余架構、開放的協議支持，實現高可靠性、高實時性的系統方案。同時，PSO具有模塊化特性，可在電力監控的基礎上實現能源管理、電力資產管理等靈活的功能組合，滿足用戶的多樣化需求。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，方便客戶進行監控管理，實現了能耗分析等能源管理功能。見圖3和圖4。
精細化管理：
軟件的實施可以實現資產存檔、資產快查、規范工作流程、追蹤運維過程、體現能源使用狀態等功能
3）主動運維：
傳統的維護是被動調整，哪壞修哪，響應時間長；通過預測主動維護，設備老化到一定程度進行預警提示，來決定修或者換，帶來的運行損失更小。主動提示風險，輔助運維快速反應。
傳統污水處理廠缺少運行電氣系統數據分析，傳統的軟件更加關注工藝流程，電力數據利用率較低；分析基本依托運維人員個體的經驗，速度和能力遠不及專業的電腦及分析軟件。各種智能軟硬件的應用可以進行大數據收集，收集后采用智能分析評估、智能應用，結合資產評估，依托專家服務留存處理方案，提升運維體系的高效性。
3地下污水廠智能配電系統的效益
智能配電系統的應用雖然會帶來工程建設造價增加，但通過精細管理、專家服務可以主動運維帶來以下收益。
3.1降低人工成
現在專業電工普遍年齡偏大并且人員數量少以處理規模10x104m/d水廠為例，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。主動運維可以更有計劃的進行電力維護，減少工作量上較明顯的波谷。運維人員可優化為3班次，每2人一班，共計6人，減少運維人員9人。
3.2優化運營環境
傳統污水處理廠的一些工藝步驟需要白天進行，因此需要有足夠人力物力給予保證；采用智能配電體系后，如污水處理廠內的污泥脫水等非連續運行設施，可以全部調整在電價波谷段運行。
3.3降低能耗
地下污水處理廠的非生產用電占比較傳統污水處理廠高，可挖掘的節能潛力較多，如果沒有PSE和PSO，節能方案將無所依據。通風、照明、綜合樓等非生產用電，鼓風曝氣、進水、出水等生產用電，可通過智能化分析，合理調整運行時間。設備組合實現能源利用的優化，例如：通風系統通過環境儀表檢測，采用局部區域運行，或不同區域輪流運行等措施，實現能耗的降低。見圖5。
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，重點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。
4.2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。
4.3平臺拓撲圖
4.4平臺子系統
4.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控
對水務配電系統中34kV、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。
4.4.2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。
4.4.3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。高效、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。
4.4.4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/先進指標對標，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。
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、舒適、高效的目的。
（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。
4.4.7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。
4.4.8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2.4D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。
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。
5總結與展望
本文簡要介紹了地下污水處理廠智能配電系統的部分軟硬件配置及帶來的效果。智能配電系統帶來的前期造價增加，可在后期運營過程中節省下來，長期來看是更經濟的選擇。采用智能配電系統的水廠，彰顯先進性，實現數字轉化型，提升水廠價值，智能配電地下污水廠未來發展的趨勢，將會在越來越多的同類建設工程中得到應用
參考文獻：
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