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探討城鎮小型污水處理廠電氣與自動化系統

點擊:2087  添加時間:2020-05-26 13:49:00  来源:科技创新与应用

某小型污水處理廠一期處理規模爲1.5萬m3/d,遠期規模3萬m3/d。污水處理系統採用以“水解酸化”爲預處理工藝,“AAC氧化溝”爲生化主體工藝。爲確保污水處理過程安全可靠、出水穩定和連續生產的要求,提高自動化控制水平,該廠電氣與自動化系統設計必須穩定可靠、配置完善,爲具有先進管理水平的現代化污水處理系統。

1、电气设计

1.1負荷等級

根據《供配電系統設計規範》(GB50052-2009):“中斷供電將在經濟上造成較大損失時,應視爲二級負荷”。本工程電力負荷等級確定爲二級,供電系統採用兩回線路供電。

1.210/0.4kV系統主接線

本工程在廠區用電負荷中心建設一座10/0.4kV變配電所,變電所土建面積均按3萬m3/d的規模進行設計,除低壓母排及進線、母聯開關按3萬m3/d的規模設計外,其他設備按1.5萬m3/d的規模設計。同時考慮便於遠期污水處理系統擴容需要,預留2面高壓出線櫃。

本次設計10kV高壓配電裝置採用單母線分段運行方式,中間設聯絡開關,平時兩路電源一路常用,一路備用;當一路電源故障時,通過手/自動操作聯絡開關,由另一回路能滿足全廠全部二級負荷的供電需求。低壓配電爲單母線分段運行,兩臺變壓器各帶一段母線,變壓器所帶母線之間設有聯絡櫃。

1.3繼電保護及計量方式

繼電保護:採用綜合機電保護裝置實現三相定時限過流保護及電流速斷保護,零序保護;變壓器10kV側單相接地信號裝置、溫度保護及信號裝置。低壓進線處採用過流、速斷保護;出線處採用過流、速斷保護;變壓器設置高溫報警、超高溫跳閘保護。

計量:採用高供低計,低壓側設置兩套計量裝置分別對兩路電源計量。

1.4低壓配電系統

對於一般負荷採用樹幹式與放射式相結合的供電方式,對於單臺容量較大的負荷採用放射式配電。

1.5防雷與接地

本工程對辦公樓、泵房等屬於三類防雷建築物的場所,採取防直擊雷和防雷電波侵入的措施。變電所的低壓總保護櫃內設一級電源浪涌保護器;現場總站配電箱及電末端重要的儀表配電箱分別設二級、三級浪涌保護。

自動化控制系統的工作接地和低壓供電系統的保護接地採用聯合接地方式,接地電阻不大於1歐姆。在敷設屏蔽電纜時,連接外場設備屏蔽線纜接地採用單點接地,可有效避免環流噪聲干擾。

2、自動化設計

2.1系統結構

本工程污水處理系統採用基於PLC+上位機的集中管理和分散控制的系統架構,包括信息層、控制層和設備層。


計算機監控系統拓撲圖


計算機監控網絡採用基於光纖通訊的自愈環網方式,主幹網100Mbit/s,節點速率≥10Mbit/s,系統各組成部分具有相對獨立性,通過網絡技術完成系統的縱向與橫向擴展,單個節點斷開不會影響其他子系統的運行,增加網絡的可靠性,做到完全的冗餘和即插即用。同時考慮設置路由器,建立與上層信息中心的聯繫。

2.2自動控制系統組成及功能

2.2.1中央控制室

中央控制室位於綜合樓一層,控制室設全廠操作、監控管理系統,配置工程師站、操作員站、冗餘數據服務器、打印機和高清投影儀等設備。主要功能爲:

(1)採集全廠生產過程的工藝參數、電氣參數、電氣設備運行的狀況。

(2)在操作站顯示工藝流程圖、供電系統圖、工藝參數、電氣參數和設備運行狀態,可設定、修改工藝參數。

(3)建立數據庫,對於重要的工藝參數、電氣參數可自動生成趨勢曲線。

(4)打印運行報表(班、日、月、年)和報警、故障實時報表。

(5)工程師站通過工業以太網與各個分控制室的PLC、化驗室計算機等進行通訊,可以對工程項目文件進行新建、編輯、修改,和項目程序的下載、上載,以及生產設備的監控、操作,生產數據的實時採集、存儲、報警、打印等。

2.2.2現場控制站

本工程綜合污水處理工藝過程、構築物佈局、設備和檢測儀表分佈等在各工藝區域內設3個現場控制站。分別爲進水儀表小屋現場控制站(PLC01)、變配電間現場控制站(PLC02)、出水儀表小屋現場控制站(PLC03)。現場控制站選用安全可靠、技術成熟、系統開放、後續擴展靈活的可編程邏輯控制器(PLC)作爲硬件平臺。

主要功能爲:

(1)根據PLC預先編制的控制程序對所轄區域內的工藝過程、電氣設備進行控制,同時採集工藝(電氣)參數及電氣設備運行狀態。通過觸模屏可設定、修改工藝參數以及控制各電氣設備的運行狀況。

(2)PLC通過工業以太網與中控室過程控制系統進行通訊,向過程控制系統傳送信息,並接受過程控制系統發出的命令。

(3)採集的主要參數有:液位(差)、流量、H2S、D0、ORP、MLSS、PH/T、SS、COD、NH3-N、TP等。

2.2.3成套設備控制系統

全廠成套設備控制系統包括污泥脫水控制系統、加藥控制系統和紫外消毒控制系統。由於成套設備本身的操作複雜性,以及成套裝置內部各設備的相互關聯性,控制系統由設備配套供應;各控制系統根據其所處控制層次的不同可接入快速工業以太網或現場總線網絡。

2.2.4設備的控制方式

污水處理廠設備的控制優先級由高至低依次爲:現場控制/機旁控制、配電盤控制、就地(單體)控制、中央控制,較高優先級的控制可屏蔽較低優先級的控制;每一級控制均設置選擇開關。

3、远期扩展

該污水處理廠遠期規劃控制規模3萬m3/d。遠期擴展根據工藝流程、構築物佈局、設備和檢測儀表分佈增設相應的現場控制站,增設站點可靈活接入中央監控級工業以太網;中控室面積及佈局按遠景規模考慮,擴展時可根據管理及遠、近期系統兼容性等因素綜合考慮,增加數據服務器組成分佈式服務器構架或是對近期服務器進行升級改造,也可根據管理要求增加相應的操作站。

4、结束语

在我國城鎮化建設過程中,積極開展中小型污水處理廠電氣與自動化系統的設計研究,可有效提高中小城市污水處理能力和環境保護能力,促進城市可持續性發展。

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