中国市政工程中南设计研究总院有限公司 广东汕头 515041
摘要：随着我国经济以及社会的快速的发展,我国的环境受到了很大的污染,城市的污水是现在城市生活以及工作当中面临的比较主要的一种环境污染,因此，城市污水处理厂在改善城市人民生活质量方面有着非常重要的作用。本文主要结合工程实例分析了城市污水处理厂电气自控系统的设计。
关键词：城市污水处理厂；电气自控系统；设计
1工程概况
某城市污水处理厂采用了一回路11kV进线结合大容量柴油发电机作为备用电源的供电方式；选用2500kVA油浸式变压器取代干式变压器以及容量≥7.5kW电机配备软启动器，以符合当地工程的习惯做法；为应对夏季的炎热气候，提高了空调设备的制冷量；为夜间工作人员人身安全考虑，装设了建筑物外墙壁灯。自控系统方案通过工业以太网组成分布式监控系统，采用整体控制与局部控制相结合的策略，并将手动与自动功能互相隔离，自动功能发生故障时仍可采用手动方式运行，保障生产不中断，以适应当地技术人员维护水平较低的情况。
2电气系统设计
2.1配电系统架构
污水处理厂运行过程中若长时间停电会影响进水泵站提升，造成上游污水管内水位升高，同时停电还会造成处理厂生物处理单元内微生物缺氧死亡、污泥脱水不能进行，消毒设施停用形成事故，致使出水水质不能达标、污泥排出不符合要求等。因此根据污水厂运行要求，按照二级负荷考虑，应保证两路回路供电或一路专线供电。然而根据业主提供的资料，当地电网供电能力不足、频繁停电，暂时只能为污水厂提供1路11kV市政供电，因此考虑将柴油发电机作为备用电源，与低压系统实现自动投切，保证污水处理工艺不间断运行。全厂供配电系统组成见图1。
图1 供配电系统结构
根据全厂负荷中心的分布情况，设置2座变配电室，11kV电源进线由主配电室高压隔间分一路出线至分配电室。11kV系统采用单母线分段接线，1路进线，应业主要求为远期预留1组进线柜，进线和母联断路器采用3合2的联锁方式。主变计算负荷为2700kVA，根据业主要求，为增加供电系统的可靠性，设置2台2500kVA油浸式变压器，同时运行，互为备用，每台可保障下挂所有二级负荷供电。分变计算负荷为1400kVA，设置2台1000kVA干式变压器，也是同时运行，互为备用。主变及分变均设置柴油发电机作为备用电源，通过封闭母线桥与低压系统母线相连，柴油发电机进线断路器与市政电源进线断路器、0.4kV低压柜母联断路器设置3合2联锁；同时在0.4kV低压柜内设置小型PLC系统，通过检测市政电源进线侧电压，判断送、断电情况，实现发电机的自动投切。
3自控系统设计
污水厂工艺具有以下特点: ①各生产工艺段相对独立，单体设备众多。②采集数据量大，且工艺参数种类多，包括压力、流量、温度、差压、液位、电流、电压、功率等。③污水处理具有连续性、不间断性。④各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。根据以上特点，本系统选用西门子S7－300 系列中小型PLC对各工艺段生产设备分散控制，通过工业以太网组成开放的分布式控制系统。服务器和工程师站、操作员站设在综合楼中控室内，通过人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。4个控制分站根据工艺流程及地理位置的分布，分别设在主配电室、分配电室、出水提升泵房配电室和浓缩机房配电室。控制分站设置可编程序逻辑控制器(PLC)、工业操作中端(触摸屏)、以太网交换机及PLC柜，PLC内置针对工艺流程及电气监控所开发的应用程序。
3.1监控系统构成
监控系统分为3层:过程设备层，现场控制层，中心监控层。过程设备层包括工艺流程中的过程设备(如格栅机、加氯机、浓缩机、提升水泵、表曝机等)以及电气设备(如变频调速柜、智能IMCC、高压柜继电保护系统)，现场水质及水位监测仪表，温度、压力、流量变送器等。现场控制层包含控制网络上的各控制分站、交换机、现场操作箱及触摸屏等，主要完成过程数据采集、转换，控制逻辑的执行，控制参数的设定及调整，控制指令的输出等，是监控系统的核心层。中心监控层包括服务器、工程师站、操作员站等人机界面，实时接收现场上传的各种数据，可对系统所有设备进行远程操作和控制，并具备显示工艺布置图、实时动态参数、设备工作状态、实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势线、水泵运行时间等功能，同时可进行离线/在线编程及设定参数的修改，编制和打印生产与管理报表等。通过中心监控层可以及时全面准确地了解各现场控制分站以及各控制设备的运行工况。
3.2 系统控制功能
全厂的生产工艺流程控制策略为整体控制与局部控制相结合的方式。整体控制要点包括:①物流平衡控制。物流不平衡会造成局部地区的满溢或抽干，引发事故。物流是否平衡反映在液位参数上，所以除了个别装置外，其他所有液位(或泥位)均需设置闭环控制系统。②质量控制。主要反映在对污水处理的控制上，如氧化沟中的溶解氧控制、活性污泥回流控制等。③安全控制。包括工艺过程的安全运行和设备的安全运行两方面，如高/低水位、高/低泥位报警，电动机过载等。
局部控制要点包括:①栅渣清除控制。格栅除污机的控制除现场手动启停外，控制器根据格栅前后液位差来决定启停时机，可适应污染物负荷的变化。液位差检测由格栅前后液位差计实现，须确保液位差计的良好运行状态。②氧化沟溶解氧控制。每座氧化沟设置3台溶解氧分析仪，5台倒伞型表曝机(其中3台可变频调速，2台为软启动控制)。通过溶解氧分析仪的检测信号调节表曝机的转速，调节响应快，有益于溶解氧的平均分布。③污泥提升泵池控制。剩余污泥泵根据污泥浓缩机工作制控制流量，与贮泥池液位进行联锁；回流污泥泵通过与集泥池液位联锁，保持恒定回流比，将终沉池沉淀下来的大多数活性污泥回流到氧化沟，以保证氧化沟有足够的微生物浓度。④加氯、加药系统控制。加氯系统按照处理流量成比例投加，在接触池设余氯检测仪，根据余氯浓度值自动调节投加量的比例设定值。加药控制采用污泥量与药品成比例投加，用污泥流量计和浓度计检测污泥流量和浓度来计算固形物质量，据此按一定比例控制投药量。这两套系统均为厂家成套供货，自带小型PLC 控制器，与厂区自控系统通过现场总线完成信号交换。考虑到当地技术人员的维护水平有限，控制系统设计中只有自动控制功能是由PLC完成的，手动控制功能则由按钮、继电器回路组成，这样即使自动功能出现故障，如通讯故障、程序误修改等，仍可切换为手动控制，不受PLC系统的影响，可保障生产不中断，为维护人员赢得较充分的维修时间。另外监控系统还包含了视频监控、火灾报警、有毒有害气体泄漏报警等部分。
4结束语
本工程设计的供配电系统安全、可靠；监控系统开放、先进、成熟、适用，控制功能齐全，可做到无人值守；注重节能、投资及运行成本，充分考虑了当地的实际情况，为将来的稳定运行及解决当地居民污水排放需求打下了坚实基础。
参考文献
[1]任亚清．污水厂改、扩建电气自动化设计[J].中国仪器仪表，2009，(6):53－57．
[2]中国市政工程西北设计研究院．给水排水设计手册(第11册):常用设备[M]．北京:中国建筑工业出版社，2002．
论文作者:林锦伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/10/31
标签：污泥论文; 系统论文; 污水处理论文; 液位论文; 溶解氧论文; 污水论文; 设备论文; 《基层建设》2017年第21期论文;