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【摘要】电气设计是水厂实现功能的重要组成部分，本文结合几个EPC总包项目的设计采购施工运行全过程经验，对水处理厂中的电气设计要点进行浅析，提供水厂电气设计的借鉴，促进水厂设计的发展。
【关键词】水厂;电气设计;节能;配电
随着国家的快速发展，“两山”理念的践行和“五水共治”的广泛应用，各地都新建了很多水处理厂项目。对水质处理的效果深刻影响着广大人民的生活品质。加强对水处理厂电气设计具有重要意义。本文以某地新建水厂及提标改造工程为研究对象，结合调试、试运行与移交建设单位使用后的反馈意见，对水处理厂的电气设计进行浅析。
1 水处理厂的电气特点
水处理厂的特点相对于其他项目，从规模上来说分布广泛，单体较多;从工艺特点上，不同工艺段的设备往往从不同设备厂家进行采购，设备的控制要求多样，调试与检修对现场控制的要求较高;从特殊环境来说，部分区域的水质有较强的腐蚀性，甚至在处理过程中会产生易燃易爆的气体;从运营稳定性来说，有些工艺段根据环保部门要求需要连续运行、不能中断，对用电可靠性要求较高。
2 水处理厂的电气设计要点
2.1 供配电系统
为保障水厂可靠、稳定的运行，一般水处理厂的电源等级是二级负荷，按双电源供电。城区具备条件的地区，通常用两路10kV供电线路接至现场，经环网柜进入变压器。低压段采用低压单母线分段，通过设置母联开关的方式提高供电的稳定性。在设计变压器的容量时，应考虑建设单位和相关部门对用电负荷的实际要求情况，当一路高压进线停电时，单台变压器能够满足全部二级负荷的正常使用。
变配电房的选址应选在负荷中心附近，以减少电缆的建设投资及运营过程中电能的损耗。
由于水处理厂面积较大，单体和工艺段较多，因此配电建议采用树干式与放射式相结合的方式。具体地，对于同一工艺段功率不大的设备，由变配电间放射式供电至各建构筑物单体动力柜，再由各建构筑物单体内动力柜放射式供电至设备末端;对于功率较大的设备，由配电间直接放射式配电至设备末端;照明采用树干式供电。
根据建设单位和相关法律法规的要求，对用电等级要求较高的负荷进行考虑。运行中即使有低压母联的保障，在部分低压配电柜进行调整或后续的提标扩容过程中仍然有可能切断一段低压柜的情况，因此需要对工艺上需要连续运行的设备尽可能设置在变压器的一段低压母线上，避免每段检修的过程中都引起停电，增加停电的次数，影响生产运营。
由于近几年国家对水质的要求越来越高，很多项目在施工过程中也有可能面临建设单位对部分工艺段的标准提高要求，导致功率的增加等。在电气设计过程中，应与工艺加强沟通，对于在设计过程中建设单位未予明确的部分应有前瞻性的考虑。
2.2 用电设备的选择与控制
由于水處理厂中的工艺包较多，加药、污泥处理、生化处理等环节往往由不同设备厂家分别负责。在初步设计阶段由于提资深度不够，仅需要考虑给一路总电源至现场动力箱，具体的控制在订货后深化设计中实施。为了建设单位后期运行和检修的便利，这就需要在采购过程中电气设计的介入。对于工艺设备自带控制系统的，应对通讯协议、控制系统的版本等进行统一要求，避免多种通讯协议或是软件版本不兼容带来的后期联合控制出现困难;对不同厂家的二次控制系统图中直接起动、软起动、变频控制、不同功率电机的反馈信号等做出几种通用方案，要求厂家选择其中一种，便于后期安装、调试及运营检修过程中的工作开展，避免每个单体的情况不尽相同;在设备壳体上，应根据现场环境的要求对防腐、防潮、防爆等根据实际情况要求，对壳体的颜色、高度等外观做到标准化处理，满足整个厂区标准化、统一化的要求。
在部分腐蚀性区域，应当注意设备的防护等级。在一些腐蚀性严重的区域，往往出现外部不锈钢壳体仍完好，但箱内元器件上的金属已经腐蚀的情况。必要时需要采用不锈钢双层门的箱体加强防护。
根据运营的要求，部分设备在现场需要按钮箱的，应当在工艺招采过程中明确界限，避免重复采购。由厂家自带的按钮箱，应对二次原理图的内容、外观尺寸颜色等统一要求。按钮箱的设置应能够满足现场情况观察的要求。
因为工艺设备厂家对整个配电系统不够了解，为了保险起见往往对功率较小的设备也采用软起动方式。在设计过程中应根据实际变压器的容量，对起动电流进行校验，能够满足直接起动的采用直接起动，避免不必要的投资浪费。
对于电机的选型，应结合工艺设备厂家的经验与运营的实际要求，合理选择普通电机与变频电机的数量，综合考虑建设投资成本与运营投资成本，实现最优选择。当选用变频电机时，应当根据其工艺特性是重载还是一般负荷起动，选择合适型号的变频器。
2.3 设备平面布置
在水厂中，往往功率较大的设备区域也是给排水和暖通主干管的位置，空间比较紧张，应在设计过程中与各专业进行充分沟通，对管线、桥架、支架和配管进行综合排布，保证后续施工的可行性与运营检修的便利性，以及整体的美观性。如有条件，可采用BIM软件对各专业的管线进行综合排布。
对于腐蚀区域的桥架，应采用不锈钢材质，相应的支架也需要采用不锈钢材料，与接地材料的连接处应当注意不同金属之间避免电化学腐蚀。
2.4 照明与防雷接地
从节能的角度考虑，现在广泛推荐采用LED照明。LED灯具具有寿命长，能耗低的优点。但实际运行过程中，LED灯具往往会由于镇流器的寿命影响其使用效果。特别在潮湿、腐蚀环境下，不同设备厂家的镇流器表现性能不尽相同。因此，在特殊区域布置照明时，应充分考虑环境的影响，对灯具本身及相关附件的防护等级提出相应的要求，满足使用标准。
防雷一般采用三类防雷，按照设计规范进行设计。对于特殊易燃易爆的区域相应提高防护等级。由于水厂的单体较多，室外工程较多，因此对于室外部分的设备，浪涌保护器的设置应予考虑。
接地设置由于单体较多，分散较广，通常采用TN-C-S或TN-S的接地方式。不同单体之间应用-40x4接地扁铁可靠连通。对腐蚀区域的设备接地也应注意材料的选择。
3 结语
综上所述，水处理厂的电气设计相对于一般通用设计，有其特殊性。随着国家水处理项目越来越多，在进行水处理项目时应充分考虑其特点，使电气设计能够实现工艺设备的各项要求，进而保障水厂的正常运行，为社会生活提供可靠的用水。
参考文献
洪晓明。关于水厂电气设计的研究。《建设科技》2017年第6期75-76。
李炜，管利君。水厂电气设计探讨。《科技情报开发与经济》2011年第12期178-180。
作者简介：
冯嘉琦，男，1988年1月生，2010年毕业于浙江大学电子信息工程专业，2012年毕业于荷兰埃因霍芬理工大学电气工程专业，工程师，现就职于杭州市城乡建设设计院股份有限公司，浙江省杭州市江干区顾家畈路22号，310004。
王琦，毕业于浙江理工大学电子信息工程专业，助理工程师，现就职于杭州市城乡建设设计院股份有限公司电气设计。
【关键词】水厂;电气设计;节能;配电
随着国家的快速发展，“两山”理念的践行和“五水共治”的广泛应用，各地都新建了很多水处理厂项目。对水质处理的效果深刻影响着广大人民的生活品质。加强对水处理厂电气设计具有重要意义。本文以某地新建水厂及提标改造工程为研究对象，结合调试、试运行与移交建设单位使用后的反馈意见，对水处理厂的电气设计进行浅析。
1 水处理厂的电气特点
水处理厂的特点相对于其他项目，从规模上来说分布广泛，单体较多;从工艺特点上，不同工艺段的设备往往从不同设备厂家进行采购，设备的控制要求多样，调试与检修对现场控制的要求较高;从特殊环境来说，部分区域的水质有较强的腐蚀性，甚至在处理过程中会产生易燃易爆的气体;从运营稳定性来说，有些工艺段根据环保部门要求需要连续运行、不能中断，对用电可靠性要求较高。
2 水处理厂的电气设计要点
2.1 供配电系统
为保障水厂可靠、稳定的运行，一般水处理厂的电源等级是二级负荷，按双电源供电。城区具备条件的地区，通常用两路10kV供电线路接至现场，经环网柜进入变压器。低压段采用低压单母线分段，通过设置母联开关的方式提高供电的稳定性。在设计变压器的容量时，应考虑建设单位和相关部门对用电负荷的实际要求情况，当一路高压进线停电时，单台变压器能够满足全部二级负荷的正常使用。
变配电房的选址应选在负荷中心附近，以减少电缆的建设投资及运营过程中电能的损耗。
由于水处理厂面积较大，单体和工艺段较多，因此配电建议采用树干式与放射式相结合的方式。具体地，对于同一工艺段功率不大的设备，由变配电间放射式供电至各建构筑物单体动力柜，再由各建构筑物单体内动力柜放射式供电至设备末端;对于功率较大的设备，由配电间直接放射式配电至设备末端;照明采用树干式供电。
根据建设单位和相关法律法规的要求，对用电等级要求较高的负荷进行考虑。运行中即使有低压母联的保障，在部分低压配电柜进行调整或后续的提标扩容过程中仍然有可能切断一段低压柜的情况，因此需要对工艺上需要连续运行的设备尽可能设置在变压器的一段低压母线上，避免每段检修的过程中都引起停电，增加停电的次数，影响生产运营。
由于近几年国家对水质的要求越来越高，很多项目在施工过程中也有可能面临建设单位对部分工艺段的标准提高要求，导致功率的增加等。在电气设计过程中，应与工艺加强沟通，对于在设计过程中建设单位未予明确的部分应有前瞻性的考虑。
2.2 用电设备的选择与控制
由于水處理厂中的工艺包较多，加药、污泥处理、生化处理等环节往往由不同设备厂家分别负责。在初步设计阶段由于提资深度不够，仅需要考虑给一路总电源至现场动力箱，具体的控制在订货后深化设计中实施。为了建设单位后期运行和检修的便利，这就需要在采购过程中电气设计的介入。对于工艺设备自带控制系统的，应对通讯协议、控制系统的版本等进行统一要求，避免多种通讯协议或是软件版本不兼容带来的后期联合控制出现困难;对不同厂家的二次控制系统图中直接起动、软起动、变频控制、不同功率电机的反馈信号等做出几种通用方案，要求厂家选择其中一种，便于后期安装、调试及运营检修过程中的工作开展，避免每个单体的情况不尽相同;在设备壳体上，应根据现场环境的要求对防腐、防潮、防爆等根据实际情况要求，对壳体的颜色、高度等外观做到标准化处理，满足整个厂区标准化、统一化的要求。
在部分腐蚀性区域，应当注意设备的防护等级。在一些腐蚀性严重的区域，往往出现外部不锈钢壳体仍完好，但箱内元器件上的金属已经腐蚀的情况。必要时需要采用不锈钢双层门的箱体加强防护。
根据运营的要求，部分设备在现场需要按钮箱的，应当在工艺招采过程中明确界限，避免重复采购。由厂家自带的按钮箱，应对二次原理图的内容、外观尺寸颜色等统一要求。按钮箱的设置应能够满足现场情况观察的要求。
因为工艺设备厂家对整个配电系统不够了解，为了保险起见往往对功率较小的设备也采用软起动方式。在设计过程中应根据实际变压器的容量，对起动电流进行校验，能够满足直接起动的采用直接起动，避免不必要的投资浪费。
对于电机的选型，应结合工艺设备厂家的经验与运营的实际要求，合理选择普通电机与变频电机的数量，综合考虑建设投资成本与运营投资成本，实现最优选择。当选用变频电机时，应当根据其工艺特性是重载还是一般负荷起动，选择合适型号的变频器。
2.3 设备平面布置
在水厂中，往往功率较大的设备区域也是给排水和暖通主干管的位置，空间比较紧张，应在设计过程中与各专业进行充分沟通，对管线、桥架、支架和配管进行综合排布，保证后续施工的可行性与运营检修的便利性，以及整体的美观性。如有条件，可采用BIM软件对各专业的管线进行综合排布。
对于腐蚀区域的桥架，应采用不锈钢材质，相应的支架也需要采用不锈钢材料，与接地材料的连接处应当注意不同金属之间避免电化学腐蚀。
2.4 照明与防雷接地
从节能的角度考虑，现在广泛推荐采用LED照明。LED灯具具有寿命长，能耗低的优点。但实际运行过程中，LED灯具往往会由于镇流器的寿命影响其使用效果。特别在潮湿、腐蚀环境下，不同设备厂家的镇流器表现性能不尽相同。因此，在特殊区域布置照明时，应充分考虑环境的影响，对灯具本身及相关附件的防护等级提出相应的要求，满足使用标准。
防雷一般采用三类防雷，按照设计规范进行设计。对于特殊易燃易爆的区域相应提高防护等级。由于水厂的单体较多，室外工程较多，因此对于室外部分的设备，浪涌保护器的设置应予考虑。
接地设置由于单体较多，分散较广，通常采用TN-C-S或TN-S的接地方式。不同单体之间应用-40x4接地扁铁可靠连通。对腐蚀区域的设备接地也应注意材料的选择。
3 结语
综上所述，水处理厂的电气设计相对于一般通用设计，有其特殊性。随着国家水处理项目越来越多，在进行水处理项目时应充分考虑其特点，使电气设计能够实现工艺设备的各项要求，进而保障水厂的正常运行，为社会生活提供可靠的用水。
参考文献
洪晓明。关于水厂电气设计的研究。《建设科技》2017年第6期75-76。
李炜，管利君。水厂电气设计探讨。《科技情报开发与经济》2011年第12期178-180。
作者简介：
冯嘉琦，男，1988年1月生，2010年毕业于浙江大学电子信息工程专业，2012年毕业于荷兰埃因霍芬理工大学电气工程专业，工程师，现就职于杭州市城乡建设设计院股份有限公司，浙江省杭州市江干区顾家畈路22号，310004。
王琦，毕业于浙江理工大学电子信息工程专业，助理工程师，现就职于杭州市城乡建设设计院股份有限公司电气设计。