电气节能技术在污水处理工程中的应用

【摘 要】本文阐述了污水处理工程中供配电系统， 照明系统、设备选型以及控制系统四方面的电气节能设计的措施及意义。

【关键词】污水处理；环保；电气节能

随着生活质量的不断提高，以及绿色环保、节能减排等环保理念的不断深入，污水处理工程越来越受重视。电气设计作为工程项目中不可缺少的一部分，它占着非常重要的地位，电气节能设计在污水处理这种环保工程中也应得到全面的体现。

电气节能设计在污水处理工程中需满足的基本原则：

首先，在满足国家现行规范、工艺生产要求和保证安全的前提下，节省能源，减少能源消耗，提高能源利用率。

其次，满足经济性，应考虑总体的投资和实际的运行费用，不能因为过度追求节能而增加投资和运行费用，而应通过经济分析，合理选用节能设备及材料，使增加的节能方面的投资，能在最短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

最后，优先选用技术先进，高效节能、环保、安全的电气产品。

下面就从供配电系统， 照明系统，设备选型以及控制系统四方面讨论电气节能设计。

1 供配电系统的节能设计：

1.1 合理设计供配电系统和线路

（1）根据用电容量、用电设备的特性、供电距离、供电线路的回路数、当地公共电网现状及其发展规划等因数，经技术经济比较确定供电电压等级和供配电系统，供配电系统应尽可能的简单可靠。根据负荷的容量和分布，配变电所应靠近负荷中心。

（2）由于线路上存在电阻，当电流流过时，便会产生功率损耗。

三相线路中有功功率功率损耗ΔPL=3IC2R*10-3 kW

式中 IC―计算相电流，A。

R―每相线路电阻，Ω，

从ツ上式可看出，线路上的电流不会改变，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。线路电阻R=ρl/S，即线路电阻与电导ρ和线路的长度l成正比，与线路截面S成反比。因此，要减少线路的损耗应从以下三方面入手：

①选用电导率较小的材质作为导线，比如采用铜芯电缆；

②尽量减小导线长度；

③对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护配合及电压损失所选定的截面外，宜适当增加导线截面换取较低的线路损耗，同时应对增加投资的费用与回收年限进行计算和比较。

提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，达到节能的目的。

（1）提高自然功率因数

①正确选择电动机、变压器的容量，使变压器达到经济运行，并应降低线路的感抗；

②限制电动机的空载运转。当工艺条件允许时，可安装空载断电装置；对大型非连续运转的风机、泵类的电动机，采用调节风量，流量自动控制方式，以节省能源。

（2）功率因数的人工补偿

当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，采用并联电力电容器作为无功补偿装置。

①采用并联电力电容器作为无功补偿装置时，宜就地平衡补偿。低压部分的无功功率，由低压电容器补偿；高压部分的无功功率，由高压电容器补偿；容量大，负荷平稳且经常使用的设备的无功功率，单独就地补偿；补偿基本无功功率的电容器组，应在配变电所内集中补偿。

②无功补偿容量，按以下公式确定：

式中：QC―无功补偿容量（kvar）；

P―用电设备的计算有功功率（kW）；

tanФ1―补偿前用电设备自然功率因数的正切值；

tanФ2―补偿后用电设备功率因数的正切值，取cosФ2不小于0.9值。

1.3 平衡三相负荷。

低压电网在运行中三相负荷不平衡，会在线路、变压器上增加损耗，三相不平衡负荷电流越大损耗增加越多。

1.4 合理的选择变压器的容量和台数

根据用电负荷的特性和变化规律正确选择和配置变压器的容量和台数，通过运行方式的择优，合理调整负荷，实现变压器及配电网的经济运行。

2 照明系统的节能设计

2.1 照明节能遵循的原则

是保证有足够的照明数量和质量的前提下，尽可能的做到节约照明用电。

2.2 照明节能的技术措施

（1）合理选择和确定照度标准值。在满足基本视觉要求的条件下，选择合理的照度值，同时在计算照度时，不应超过标准值的110%。

（2）合理选择照明方式。当同一场所内的不同区域有不同照度要求时，应采用分区照明；对作业面照度要求较高，只采用一般照明不合理的场所，宜采用混合照明。

（3）采用高光效照明光源。在一般功能性照明场所比如办公室，使用直管荧光灯时，在满足照度均匀度要求条件下，选用功率较大的灯管（T8不小于36W，T5不小于28W），可提高能效约30%～45%；对于比较高大的厂房，比如粗格栅间，应采用金属卤化物灯；尽量不用或少用白炽灯；扩大发光二极管的使用范围。

（4）采用高效节能灯具。

（5）ห采用高效节能镇流器。荧光灯选用电子镇流器或节能电感镇流器；金属卤化物灯、高压钠灯选用节能电感镇流器或电子镇流器。

（6）照明配电和控制的节能。照明配电系统应减小灯具端电压的偏差，使其端电压不超过其额定电压的105%；气体放电灯配用节能电感镇流器，应装设电容补偿，最好是采用单灯补偿，以提高功率因数和减低线路损耗。照明控制要按着建筑物的使用条件和天然采光情况采取分区、分组控制措施。

（7）充分利用天然光，把照明和天然采光结合。

3 选择高效、低能耗的设备 3.1 选择节能型变压器：

变压器节能的实质是：降低有功功率损耗、提高运行效率。变压器的有功功率损耗公式为：ΔPb=Po+Pkβ2

其中： ΔPb―变压器有功损耗（kW）；

Po―变压器的空载损耗（kW）；

Pk―变压器的有载损耗（kW）；

β―变压器的负载率。

但这仅仅是从变压器节能的单一角度出发，而没有考虑综合经济效益。因为β=50%的负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此节能效果有限；且在低负载率下，需加大变压器容量，而多付的变压器价格和变压器增大使出线开关和母联开关增大而引起的设备购置费、设备运行、折旧、维护等费用，累积起来也是一笔不小的投资。因此，取变压器负载率为50%是得不偿失的。综合考虑以上各种费用因素，以及变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率β应选择在75%～85%为宜。这样既经济合理，又物尽其用。

3.2 选用高效电动机

高效电动机比普通电动机的效率高，功率因数也高，损耗也会减少，因此，高效电动机具有较好的节电效果。

3.3 使用变频装置

采卐用变频控制不但保证运行可靠、降低故障率，而且减少了设备损耗，节能效果相当明显。

4 控制系统的节能设计

据统计，潜水排污泵和鼓风机的耗电量大约占污水处理工程总耗电量的1/3，因此，在满足工艺生产的同时对这两种设备进行优化控制，减少其耗电量。

4.1 潜水排污泵采用变频控制并与液位计联锁

潜水排污泵采用变频控制并与液位计联锁能有效地节约水泵的能耗，并能够平稳地实现水量供给，缓解泵的频繁启动次数，同时解决了生化池进水周期的不稳定性。变频控制过程：取液位计的信号至PLC，由PLC系统发出指令信号至变频器，实现潜水排污泵自动变频运行。

4.2 鼓风机采用变频运行与溶解氧联锁优化控制方法

在污水处理工程中，鼓风机是对生化池进行曝气控制，对活性污泥的培养起很重要的作用。变频控制过程：将溶解氧分析仪的模拟量信号传送至PLC，由PLC发出信号至变频 ﭢ器，从而控制鼓风机的风量，从而保证生化池曝气时溶解氧参数的准确度，达到了安全自动运行ท、高效节能目的。

综上所述，污水处理工程的电气节能设计，要不断总结经验，深入调查研究，把握成熟的新技术、新设备并加以应用，既要采用高科技的，联动控制的节能技术，也应重视行之有效的传统的节能方案，既重视大范围、大容量的节能大户，也不应忽略局部、点滴的节能功效。所以，应在设计中精心考虑各种可行的技术措施，以真正达到有效节能的目的，让污水处理工程这种环保项目更加环保。

参考文献：

[2]北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册（第二版） [M].北京：中国电力出版社， 2006.

[3]注册电气工程师执业资格考试复习指导教材委员会.注册电气工程师执业资格考试专业考试复习指导书（供配电）[M].北京：中国电力出版社，2007.

[4]供配电系统设计规范GB50052-2009 [M].中国计划出版社，2010.