康藝偉

（中原環(huán)保股份有限公司，河南 鄭州 450000）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)各行各業(yè)都取得了較大的發(fā)展，但是我國(guó)所取得發(fā)展在一定程度上付出了較大的環(huán)境代價(jià)，是以犧牲環(huán)境為代價(jià)而得來(lái)的。隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境問(wèn)題之間的矛盾也逐漸凸顯出來(lái)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到以破壞環(huán)境和資源為代價(jià)是不可取的。在這種背景環(huán)境下，“節(jié)能減排”的理念得到了普及推廣。所謂節(jié)能減排，實(shí)際上就是節(jié)約能源，然后盡可能地降低能源消耗，在生產(chǎn)過(guò)程中要減少污染物的排放。我國(guó)許多城市在發(fā)展過(guò)程中，都產(chǎn)生了不同程度的水污染問(wèn)題，這就需要加強(qiáng)對(duì)城市生活污水的處理，以防止水污染問(wèn)題的日漸嚴(yán)重，進(jìn)而制約城市的可持續(xù)發(fā)展[1]。但是，在處理廠的電氣設(shè)計(jì)中，在節(jié)能設(shè)計(jì)方面還存在一定的問(wèn)題，這就與“節(jié)能減排”的理念不相符合，需要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。本文就處理廠電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能進(jìn)行探析。

1 電氣設(shè)計(jì)節(jié)能減排技術(shù)的主要內(nèi)涵

在城市生活污水處理廠中，其電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能減排工作至關(guān)重要，主要從以下兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域來(lái)進(jìn)行闡釋：節(jié)能技術(shù)、減排技術(shù)。這兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域不僅有聯(lián)系，也存在一定的區(qū)別，兩者相輔相成。如果要實(shí)現(xiàn)減排，那么就需要以節(jié)能技術(shù)為基礎(chǔ)，而要想實(shí)現(xiàn)節(jié)能，則需要做好減排工作。若過(guò)于重視節(jié)能，但是卻忽視了減排工作的開(kāi)展，那么就會(huì)使得能耗激增，進(jìn)而使企業(yè)面臨著較大的經(jīng)濟(jì)損失。只有兩者均衡發(fā)展，才能夠?qū)崿F(xiàn)社會(huì)效益與環(huán)境效益的統(tǒng)一發(fā)展。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市生活污水處理廠的作用愈加突出，對(duì)城市居民的正常生活影響較大，因此，做好處理廠的節(jié)能減排工作也就尤為重要了。

2 電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能分析

2.1 總體考慮，合理布局

在城市生活污水處理之中，有許多不同類型的單體，在每個(gè)單體內(nèi)，少則幾臺(tái)用電設(shè)備，多則幾十臺(tái)乃至上百臺(tái)的用電設(shè)備在運(yùn)行。每一臺(tái)用電設(shè)備都有一條配電線路，所以這么多的用電設(shè)備，其總線路的數(shù)量達(dá)到幾萬(wàn)米之多。此外，配電線路還包含有電阻，在電流通過(guò)之時(shí)，功率的損耗也就由此產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，泵站所造成的線路損耗，能夠達(dá)到年用量的1%，至于污水處理廠，其線路損耗的數(shù)量則更大。配電線路功率損耗公司為：ΔP=3I2·R10-3。

在這個(gè)式子中：ΔP為三相輸電線路的功率損耗；R為線路相電阻；I則為線電流。從這個(gè)公式中我們可以知道，要想促使配電線路損耗有所減少，主要有以下幾種方式。

（1）采取措施來(lái)減少配電線路的電阻R，而R=ρL/S，在這之中，ρ是電阻率，S為線路的截面積，L則為線路的長(zhǎng)度。從這個(gè)公式中我們就能夠知道，電阻與線路的長(zhǎng)度以及電阻率成正比，其與線路的截面積成反比。故此，要想減少電阻，可以采取以下幾種方法：①在對(duì)配電線路的材質(zhì)進(jìn)行選擇時(shí)，盡可能地選擇電阻率較低的材質(zhì)。當(dāng)前市場(chǎng)上，常見(jiàn)的配電線路材質(zhì)有以下幾種，一種是鋁電纜，另一種是銅電纜，在電阻率方面的對(duì)比中，銅電纜要更低，所以在目前的配電線路材質(zhì)中，主要選擇銅電纜。②在選擇材質(zhì)之后，如果電流I不變，那么線路的截面積如果越大，它的電阻R就會(huì)越小。如果增大截面積，那么就能夠使電阻有所降低，不過(guò)卻會(huì)增加投資[2]。故此，為了降低電壓，在小功率設(shè)備電力較弱的情況之下，可以采取增加一級(jí)截面積的方法。③要想達(dá)到減少電阻的目的，可以減少配電線路的長(zhǎng)度。對(duì)于城市生活污水處理廠而言，負(fù)荷較為集中。通過(guò)相應(yīng)的布局，對(duì)變電所進(jìn)行合理的設(shè)置，將其設(shè)置于負(fù)荷中心處；在配電設(shè)計(jì)中，線路需要走直線，要避免走彎路，不能夠走回頭路，以促使配電線路的長(zhǎng)度有所減少。

（2）減少電流I。由于提供給設(shè)備的功率不變，要想減少電流I，那么需要提高電壓的等級(jí)。一般來(lái)說(shuō)，城市生活污水處理廠所使用到的電壓等級(jí)為380/220 V，6 kV，10 kV。故此，就需要對(duì)大功率設(shè)備以及主副變電所之間的聯(lián)系進(jìn)行控制。

2.2 抑制諧波電流

在供配電系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)備以及變壓器的比重較大，在整個(gè)廠區(qū)內(nèi)部，其功率因數(shù)在0.8%左右，電氣系統(tǒng)如果要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，就需要將因數(shù)進(jìn)行提高，提高到0.9。如此一來(lái)，一方面能夠減少配電線路的截面積，另一方面也能夠使供配電的無(wú)功率損耗有所降低。

在生活污水處理廠內(nèi)部，變頻調(diào)速設(shè)備中的非線性線路負(fù)載比較多，故此，諧波電流的含量也會(huì)有所增加。采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞接幸韵聝煞N：就地補(bǔ)償、集中補(bǔ)償，這兩種方式互為補(bǔ)充。如，在變電所地壓側(cè)，如果設(shè)置了無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置，就可以提高功率因素。

諧波能夠使電能的利用效率有所降低，還可以使電能的傳輸效率以及生產(chǎn)效率有所降低，但是卻會(huì)使得電氣設(shè)備出現(xiàn)以下3種現(xiàn)象：噪聲、震動(dòng)、過(guò)熱。在對(duì)變頻調(diào)速設(shè)備的非線性負(fù)載進(jìn)行調(diào)試時(shí)，如果非線性負(fù)載不斷地增加，那么諧波的危害也會(huì)不斷增大，這樣就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命有所縮減，進(jìn)而導(dǎo)致事故的發(fā)生。諧波有可能會(huì)引起電力系統(tǒng)的串聯(lián)諧振，會(huì)燒毀電容器，繼而導(dǎo)致自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，會(huì)擾亂電能計(jì)量。故此，為了應(yīng)對(duì)諧波對(duì)電子設(shè)備所產(chǎn)生的嚴(yán)重干擾，就需要采用抑制的方法，例如，采用接線方法來(lái)對(duì)變壓器的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行連接，或者是使用無(wú)源濾波器等。

2.3 核算負(fù)載，降低變壓器損耗

變壓器的損耗主要有以下兩種：變壓器的空載損耗；變壓器額定負(fù)載傳輸?shù)膿p耗。第一種又被稱為鐵損，主要是由鐵芯鍋流損耗以及漏磁損耗所組成，其值與鐵芯材料有關(guān)，還與制造工藝有著密切的聯(lián)系，但是與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)。第二種又被稱為變壓器線損。它主要由變壓器繞組的電阻所決定，與流過(guò)繞組的電流大小有所聯(lián)系，而且與符合率平方成正相關(guān)。當(dāng)變壓器的負(fù)債率處于50/100的時(shí)候，其能耗最小，不過(guò)這個(gè)時(shí)候僅減少變壓器的線損，卻沒(méi)有減少鐵損。另外，變壓器負(fù)債率較低，空載所造成的損耗比重會(huì)增大，而且功率因素也會(huì)不斷降低，這樣會(huì)導(dǎo)致電能的損耗變得更大，進(jìn)而增加較大的初裝費(fèi)用。故此，對(duì)以下幾種費(fèi)用進(jìn)行綜合考慮：初裝費(fèi)、土建投資費(fèi)用、變壓器費(fèi)用等，又需要確保變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)挠嗔?，就需要?duì)變壓器的負(fù)載率進(jìn)行控制，將其控制在60%～75%。

規(guī)范上提出，在對(duì)污水處理廠的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算時(shí)，最好使用需要系數(shù)法，在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算的過(guò)程中，一方面需要對(duì)設(shè)備的備用情況進(jìn)行考慮，對(duì)需用系數(shù)的取值進(jìn)行考慮之外，另一方面也需要對(duì)設(shè)備的使用情況進(jìn)行考慮。在某污水處理廠的工程設(shè)計(jì)中，該廠的尾水排放至周邊的河涌之中。出水水位要低于洪水位，并且高于河涌常水位。故此，該廠設(shè)立了退水泵房，在洪水位時(shí)，可以將尾水排放出去。根據(jù)相關(guān)資料表示，河涌每年的洪水位超出的情況不低于10次，每次不超過(guò)一日。在對(duì)退水泵房進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就需要對(duì)這一加載進(jìn)行分析，要對(duì)工程負(fù)荷進(jìn)行更充分的考慮，以促使用電負(fù)荷能夠滿足實(shí)際需要，滿足變壓器總負(fù)載的60/100。如此一來(lái)，就能夠使負(fù)荷運(yùn)行得科學(xué)合理。

2.4 合理搭配，減少運(yùn)行損耗

對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的搭配，并對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制。在城市生活污水處理廠之中，以下兩種用電設(shè)備較為常用：水泵、風(fēng)機(jī)。工藝專業(yè)在選型過(guò)程中，需要根據(jù)最大的負(fù)載來(lái)選型。但是，實(shí)際情況卻很難達(dá)到工藝設(shè)定的值。例如，水泵時(shí)間段不同，那么來(lái)水量也會(huì)不同。因?yàn)檫M(jìn)水泵是采用組合的方式，由許多臺(tái)水泵組成，所以進(jìn)水量是會(huì)發(fā)生變化的，但是進(jìn)水泵的功率卻是相對(duì)固定的[3]。那么就可以給水泵安裝變頻調(diào)速裝置，來(lái)對(duì)水泵的流量進(jìn)行控制，使其貼近進(jìn)水量。如果流量與轉(zhuǎn)速成比例，而功率與轉(zhuǎn)速的3次方成比例，那么當(dāng)水泵以及風(fēng)機(jī)等設(shè)備采用了變頻調(diào)速裝置時(shí)，流量減少，這樣一來(lái)，所需功率也會(huì)大幅度下降，從而達(dá)到節(jié)約電耗的效果。在生活污水處理廠內(nèi)，要盡可能使用自動(dòng)控制系統(tǒng)，這樣才能夠提高工作的效率。此外，在系統(tǒng)的調(diào)試期間，需要對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以減少設(shè)備的空載運(yùn)行，這樣就能夠提高設(shè)備的運(yùn)行效率。

3 結(jié)語(yǔ)

在城市發(fā)展過(guò)程中，城市生活污水處理廠發(fā)揮著階段的作用，在減少污水排放方面以及保護(hù)城市環(huán)境質(zhì)量方面起到了較大的作用。在減排的過(guò)程中，還需要采用相應(yīng)的節(jié)能措施，這樣對(duì)于緩解社會(huì)能量需求的壓力，保護(hù)社會(huì)環(huán)境方面有著較大的意義。本文對(duì)污水廠的電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

[1]顏圭鵬.污水處理廠電氣優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2017（9）：135-138.

[2]謝向陽(yáng).淺談污水處理廠電氣優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（15）：94.

[3]林太和.污水處理廠電氣設(shè)計(jì)中負(fù)荷計(jì)算與節(jié)能優(yōu)化分析[J].城市建筑，2013（4）：183-188.