截污调蓄池站电气设计

2020-03-09林生源

四川水泥 2020年1期

林生源

（厦门市市政工程设计院有限公司，福建厦门 361000）

0 引言

随着城市化进程的加快和气候的变化，近年来，许多城市面临着大量雨水资源流失、内涝频发和径流雨水污染等一系列环境问题，严重影响人们的生活质量和城市环境。因此，通过调蓄池减少面源污染越来越受到关注，而调蓄池电气设计的好坏优劣直接关系到调蓄池以后的调度运行，起着至关重要的作用。本文以海沧区新垵村庄截污调蓄池站为例，从电气设计角度,通过对供配电系统的布局、仪表自动控制2个方面详细阐述如何对调蓄池自动化远程控制，实现对初期雨水收集、调蓄，从而有效改进新垵村庄的环境质量。

1 供电系统设计

1.1 供电电源

截污调蓄池站属于市政项目，但停电对调蓄池站及系统的影响较小，故截污调蓄站采用三级用电负荷。本工程的两个截污调蓄池供电电源从地区电网就近引一回10kV线路供电，配电电压等级为380/220V。

各水渠截流井的下开式堰门涉及到排洪安全，按二级负荷考虑，本次就近引一路0.4kV电源，并设置一台EPS应急电源。

1.2 负荷计算

截污调蓄池站主要用电负荷为：自清洗水平格栅、液动旋转堰门、智能喷射器、闸门以及控制系统等。截污调蓄池站工艺设备动力负荷按利用系数法计算，结果如下：

新垵村截污调蓄池全站设备装机容量为225kW：

Pjs=156.80kW；Qjs=75.94kVar；Sjs=174.22kVA；COSØ=0.9

考虑到截污调蓄站主要为地下构建物，项目用电负荷较大，供电系统设置一台预装式变电站，包括变压器、高压环网柜、低压柜。由市电引一回路10kV电源至截污调蓄站的预装式变电站，变电站设置在截污调蓄站的旁边绿化用地内。预装式变电站内变压器选用SC11-250kVA/10/0.4，变压器负荷率为69.69%。高压柜选用SAFE型环网柜，SAFE型环网柜具有体积小，运行安全可靠的特点。低压柜选用GGD固定式开关柜，经济、体积小，运行安全可靠。

1.3 电动机启动控制方式

需变速设备电机采用变频器运行，功率较大的低压电动机采用软启器启动，其它小功率低压电动机可采用直接启动方式。对于本工程15kW及以上（潜水泵及智能冲洗装置）低压电动机采用软启器启动，其余电动机采用直接启动方式。

所有工艺设备电气控制原则上设计为三处操作：

（1）直接在控制屏或开关柜上操作；

（2）机旁控制箱或机旁按钮箱上操作；

（3）远程控制操作。

1.4 计量、功率因素补偿

（1）计量

截污调蓄站的计量采用高供高计，在箱变进线设计量柜进行计量。供电回路设电流测量，电压测量。主要计量值可通过电量变送器传输至控制中心管理系统。

（2）功率因素补偿

无功功率补偿采用集中方式，在低压0.4kV母线侧集中进行电容无功功率补偿，补偿后的功率因数可达到0.9以上。

1.5 照明及防雷接地

（1）照明

调蓄池主要为地下构建物，故池内不设置照明。在调蓄站的区域设置路灯照明，光源选用LED灯。预装式变电站内设LED灯照明。

（2）接地

1）防雷接地

预装式变电站设置避雷针防直击雷，在预装式变电站周围设置接地网，并与基础钢筋及柱内主钢筋可靠连通，作防雷接地装置。调蓄池为地下构建物，不设置防直击雷装置。

2）工作及保护接地

电气系统采用TN-S系统，站区的工作、防雷及保护接地共用一套接地装置，变压器的中性点直接接地。全站的接地电阻不大于1欧姆。

1.6 电缆敷设

截污调蓄站的动力电缆、控制电缆采用穿钢管直埋敷设。

2 仪表自动控制系统设计

2.1 设计要求

为了调蓄站能够安全可靠的运行以及操作人员简捷准确的操作整个设备，根据截污调蓄站工艺要求，在站区现场配置必要的检测仪表、可编程序控制器(PLC)和通信系统，在控制中心设管理计算机构成自动控制管理系统。设计仪表及测控系统时应满足下列要求：

（1）高可靠性，尽量简化系统结构，并保证系统的高稳定性。

（2）高先进性，应选择技术先进、性能价格高、有潜力的控制系统。

（3）高容量，合适的精度和数据传输速率，可容纳各种输入信号。

（4）系统应具有灵活的扩展性，以便后期扩建。

2.2 设计内容

本系统由现场测控终端和控制中心的SCADA智能系统两部分组成。

（1）现场测控终端

现场测控终端接受在线检测仪表传输来的信号，以及电动机、电动阀门等设备在运行状态信号，对各类信号进行运算和产生程序控制，自动调节，并把主要信息通过无线GPRS方式向控制中心的SCADA智能系统传输，或接收控制中心SCADA智能系统的指令，进行相应操作。

现场测控终端以PLC为核心控制器，自动控制时，对现场设备进行控制信号输出，同时采集设备状态的实时数据，形成稳定可靠的闭环控制。

图1 设备控制示意图

现场测控终端可以实现各设备的自动控制：

a、实现水平格栅的自动控制

当传感器检测到水位超过设定的高度时，油缸开始动作，驱动耙齿左右移动清理格栅中的固体物质，清理的固体物质留在污水侧。

b、智能喷射器的自动控制

冲洗过程为：调蓄池底部的潜污泵对调蓄池开始排水，当智能喷射器感应到调蓄池水位开始下降时，设备自动开启，水泵开始抽水并进行搅拌，水中沉积物处于悬浮状态，喷出的水气混合物对调蓄池进行同一方向的冲洗，此时设备不旋转。当调蓄池内水位下降到一半时，设备开始260°旋转，对调蓄池进行全方位冲洗。当调蓄池内的水快要排空时，设备可以利用调蓄池底部存水区内的水对调蓄池进行强力冲洗，也可进行定点冲洗，冲洗后的污水经过调蓄池底部的潜污泵排出调蓄池外。

c、最大流量控制闸门的自动控制

控制系统通过电磁流量计对出口流量位进行检测，同时采集电控闸门的开度位置信号进行计算后，发出控制指令，调控电动阀门的开度，使排水量达到预设值，实现精确的维持恒定流量。

d、液动旋转堰门的自动控制

控制系统通过超声波液位传感器对调蓄池水位进行检测，当调蓄池达到最高水位时，控制系统自动控制液动旋转堰门关闭，从而防止调蓄池继续进水。

（2）SCADA智能控制系统

调蓄池在控制中心设有SCADA智能控制系统。SCADA智能控制系统通过无线GPRS通信方式将现场测控终端传送的各类实时数据和信号，主要实现数据处理、数据存储、动态画面显示、故障报警、趋势曲线绘制、各类报表打印等过程监测及管理功能。

具体来说，SCADA智能控制系统可以实现以下功能：

a.可以实时监测缓冲池、调蓄池的水位；

b.可以实时查看水平格栅、最大流量控制、水泵、喷射器、液动旋转堰门等各设备的运行状态；

c.如果需要，可以远程控制各设备的运行;

现场监测到的数据（水质、水位等）可通过现场测控终端进行传输和分析，从而控制调蓄池各设备的运行。

（3）调蓄池自动控制过程

a.流程初始化，液动旋转堰门处于关闭状态。最大流量控制闸门处在设定的流量控制值内，即污水处理厂最大处理流量。智能喷射器旋转电机旋转到设定的初始位置，其他电机设备处于停止状态。

b.降雨发生时，当液位传感器感应到雨水达到设定值时，反馈到PLC，根据工艺需求和污水处理厂实际处理污水能力控制最大流量控制闸门的电机驱动正反转来控制闸门的开度。当出水管达到最大设计排水流量时，一部分混合污水（初期雨水+污水）进入污水处理厂进行处理，剩余的污水会在缓冲池中蓄积，当液位传感器感应到雨水达到水平格栅的进水高度时，液位感应器感应到的水位输入到PLC，然后驱动液压站的液压泵和控制液动旋转堰门打开电磁阀，控制液动旋转堰门打开，初期雨水进入调蓄池。当安装在液动旋转堰门开到位的行程开关感应到液动旋转堰门打开了，会把一个开关量输入给PLC，停止液压泵和液压电磁阀的运行，同时驱动格栅水平耙齿的液压电磁阀，水平耙齿的左右两个极限位置，均有行程感应开关，当左边行程开关感应到输入到PLC机会自动驱动向右移动的电磁阀，即当液位传感器检测到水位达到水平格栅的进水高度时，油缸开始动作，驱动耙齿左右移动清理格栅中的固体物质，清理的固体物质留在污水侧。

c.当调蓄池蓄满水后，调蓄池内的液位传感器将水位信号输入到PLC，驱动液压泵使液动旋转堰门关闭，直到感应到液动旋转堰门关到位的行程开关的信号。

当降雨继续进行，调蓄池蓄满，缓冲池的水位会继续上升，当排放口的水位高于自然水体的水位时，溢流井内的闸门自动打开，排放口的后期雨水通过截流井直接排入自然水体，达到不影响泄洪效果。此时的雷达感应器感应到的水位输入到PLC，驱动溢流井的液动下开式闸门打开。

d.当降雨停止时，缓冲廊道内的液位传感器反馈的液位降低到设定值时，调蓄池的潜污泵开始运行，将调蓄池雨水抽入缓冲池。如果调蓄池的液位传感器感应到水位低于设定值时，智能喷射器的潜水泵开始运行，主要是将水向一个方向冲刷，智能喷射器不旋转。水位继续降低，当池中的水位下降约到一半时，液位传感器将感应到水位，将信号输入到PLC，控制智能喷射器左右摆动，驱动电机开始由正到反不停旋转，智能喷射器内的水气混合体对调蓄池内的沉积物进行冲刷。冲洗后的污水通过潜污泵抽到缓冲池，最后排入污水处理厂。