探讨城镇小型污水处理厂电气与自动化系统

《科技创新与应用》2017年26期

王岩

引言

某小型污水处理厂一期处理规模为1.5万m³/d，远期规模3万m³/d。污水处理系统采用以“水解酸化”为预处理工艺，“AAC氧化沟”为生化主体工艺。

为确保污水处理过程安全可靠、出水稳定和连续生产的要求，提高自动化控制水平，该厂电气与自动化系统设计必须稳定可靠、配置完善，为具有先进管理水平的现代化污水处理系统。

1、电气设计

1.1负荷等级

根据《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）：“中断供電将在经济上造成较大损失时，应视为二级负荷”。本工程电力负荷等级确定为二级，供电系统采用两回线路供电。

1.210/0.4kV系统主接线

本工程在厂区用电负荷中心建设一座10/0.4kV变配电所，变电所土建面积均按3万m³/d的规模进行设计，除低压母排及进线、母联开关按3万m³/d的规模设计外，其他设备按1.5万m³/d的规模设计。同时考虑便于远期污水处理系统扩容需要，预留2面高压出线柜。

本次设计10kV高压配电装置采用单母线分段运行方式，中间设联络开关，平时两路电源一路常用，一路备用；当一路电源故障时，通过手/自动操作联络开关，由另一回路能满足全厂全部二级负荷的供电需求。低压配电为单母线分段运行，两台变压器各带一段母线，变压器所带母线之间设有联络柜。

1.3继电保护及计量方式

继电保护：采用综合机电保护装置实现三相定时限过流保护及电流速断保护，零序保护；变压器10kV侧单相接地信号装置、温度保护及信号装置。低压进线处采用过流、速断保护；出线处采用过流、速断保护；变压器设置高温报警、超高温跳闸保护。

计量：采用高供低计，低压侧设置两套计量装置分别对两路电源计量。

1.4低压配电系统

对于一般负荷采用树干式与放射式相结合的供电方式，对于单台容量较大的负荷采用放射式配电。

1.5防雷与接地

本工程对办公楼、泵房等属于三类防雷建筑物的场所，采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。变电所的低压总保护柜内设一级电源浪涌保护器；现场总站配电箱及电末端重要的仪表配电箱分别设二级、三级浪涌保护。

自动化控制系统的工作接地和低压供电系统的保护接地采用联合接地方式，接地电阻不大于1欧姆。在敷设屏蔽电缆时，连接外场设备屏蔽线缆接地采用单点接地，可有效避免环流噪声干扰。

2、自动化设计

2.1系统结构

本工程污水处理系统采用基于PLC+上位机的集中管理和分散控制的系统架构，包括信息层、控制层和设备层。

计算机监控网络采用基于光纤通讯的自愈环网方式，主干网100Mbit/s，节点速率≥10Mbit/s，系统各组成部分具有相对独立性，通过网络技术完成系统的纵向与横向扩展，单个节点断开不会影响其他子系统的运行，增加网络的可靠性，做到完全的冗余和即插即用。同时考虑设置路由器，建立与上层信息中心的联系。

2.2自动控制系统组成及功能

2.2.1中央控制室

中央控制室位于综合楼一层，控制室设全厂操作、监控管理系统，配置工程师站、操作员站、冗余数据服务器、打印机和高清投影仪等设备。主要功能为：

（1）采集全厂生产过程的工艺参数、电气参数、电气设备运行的状况。

（2）在操作站显示工艺流程图、供电系统图、工艺参数、电气参数和设备运行状态，可设定、修改工艺参数。

（3）建立数据库，对于重要的工艺参数、电气参数可自动生成趋势曲线。

（4）打印运行报表（班、日、月、年）和报警、故障实时报表。

（5）工程师站通过工业以太网与各个分控制室的PLC、化验室计算机等进行通讯，可以对工程项目文件进行新建、编辑、修改，和项目程序的下载、上载，以及生产设备的监控、操作，生产数据的实时采集、存储、报警、打印等。

2.2.2现场控制站

本工程综合污水处理工艺过程、构筑物布局、设备和检测仪表分布等在各工艺区域内设3个现场控制站。分别为进水仪表小屋现场控制站（PLC01）、变配电间现场控制站（PLC02）、出水仪表小屋现场控制站（PLC03）。现场控制站选用安全可靠、技术成熟、系统开放、后续扩展灵活的可编程逻辑控制器（PLC）作为硬件平台。

主要功能为：

（1）根据PLC预先编制的控制程序对所辖区域内的工艺过程、电气设备进行控制，同时采集工艺（电气）参数及电气设备运行状态。通过触模屏可设定、修改工艺参数以及控制各电气设备的运行状况。

（2）PLC通过工业以太网与中控室过程控制系统进行通讯，向过程控制系统传送信息，并接受过程控制系统发出的命令。

（3）采集的主要参数有：液位（差）、流量、H2S、D0、ORP、MLSS、PH/T、SS、COD、NH3-N、TP等。

2.2.3成套设备控制系统

全厂成套设备控制系统包括污泥脱水控制系统、加药控制系统和紫外消毒控制系统。由于成套设备本身的操作复杂性，以及成套装置内部各设备的相互关联性，控制系统由设备配套供应；各控制系统根据其所处控制层次的不同可接入快速工业以太网或现场总线网络。

2.2.4设备的控制方式

污水处理厂设备的控制优先级由高至低依次为：现场控制/机旁控制、配电盘控制、就地（单体）控制、中央控制，较高优先级的控制可屏蔽较低优先级的控制；每一级控制均设置选择开关。

3、远期扩展

该污水处理厂远期规划控制规模3万m³/d。远期扩展根据工艺流程、构筑物布局、设备和检测仪表分布增设相应的现场控制站，增设站点可灵活接入中央监控级工业以太网；中控室面积及布局按远景规模考虑，扩展时可根据管理及远、近期系统兼容性等因素综合考虑，增加数据服务器组成分布式服务器构架或是对近期服务器进行升级改造，也可根据管理要求增加相应的操作站。

4、结束语

在我国城镇化建设过程中，积极开展中小型污水处理厂电气与自动化系统的设计研究，可有效提高中小城市污水处理能力和环境保护能力，促进城市可持续性发展。