论城镇污水处理厂电气自控的运行管理

林浩

（厦门市政环境科技股份有限公司，福建 厦门 361009）

0 引言

近年来，随着我国树立践行“绿水青山就是金山银山”的理念，环境保护已成为基本国策，污水处理更是属于各级环保督察重点关注行业。因此有必要加强污水处理厂的电气自控设备设置及日常运行管理，保障污水处理厂安全稳定运行。

1 污水处理厂电气系统设置方法

1.1 合理布置配电系统，提高供电可靠性

根据《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）、《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008），目前国内污水处理厂供电负荷为二级负荷[1-2]。二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。我司下属各污水处理厂均采用两根电缆组成电缆线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷，供电安全保障能力较强。

笔者对公司现有污水处理厂配电系统进行梳理改造，将污水处理厂高低压供电系统接线型式及运行方式通过专项改造项目进行了统一。总、分配电室高压采用双进线供电，总配高压系统接线型式为单母线分段联络接线，低压系统接线型式为单母线分段联络接线；分配高压系统接线型式为单母线分段不联络接线，低压系统接线型式为单母线分段联络接线。通过上述形式改造，污水处理厂供电可靠性得以大大提升。

1.2 采取有效措施，提高供电安全性

为保障污水处理厂安全运行，我司开展企业安全风险分级管控与隐患排查治理双机制建设，对生产区域进行危险源辨识，其中配电室作为重大危险源管理，因此非常有必要采取有效的电气措施及配电室标准化配置措施提高配电系统安全性。

电气措施一般通过设置完善的微机保护装置、采取可靠的闭锁方式等电气措施保障配电系统安全性：

配电室进出线柜采用保护、测控一体化的微机装置，监控选用馈线型保护，实现对进出线的过流速断、零序保护及测控。进线PT柜的有关信号接入本段的临近馈线柜保护装置；远方、就地信号应一并接入本柜微机保护装置[3]。

闭锁设置是配电系统安全保障的核心。高压开关柜应满足“五防”闭锁要求；变压器门应与相应10KV出线柜设电气闭锁，同时加装电磁锁，防止误入带电间隔；高低压I回路进线开关、II回路进线开关、母联开关应配分励、过流、失压脱扣器，互为联锁，保证它们之间最多只能两台同时处于合闸状态，防止任一开关退至检修位置时造成全站或部分失电。

通过完备的闭锁保护，保证运维人员进入配电室操作时无法接触到带电部分发生危险，同时杜绝因误操作造成配电系统发生安全事故。

2 污水处理厂自控系统设置方法

2.1 合理进行设备控制，实现智慧化运行

污水处理厂自控设计一般遵循实用性、可靠性、经济性、先进性的原则。我司根据这个原则，形成污水处理厂自控系统技术标准，实现污水厂设备分级控制。

运行管理调度级，即通过厂区运行管理决策系统软件中预设的运行控制模式预案，或根据历史运行经验数据记录的运行方式给出的调度运行建议，并结合管理人员人工调度决策结论向中央控制级下达调度命令，中央监控级操作人员根据调度命令进行运行参数修改及设备控制；中央控制级，即通过各厂自控系统中央控制室的中央控制站计算机进行控制的方式（有些污水厂中控室即调度室）。其作用在于采集和储存污水厂自动运行的所有设备和工艺参数数据；现场PLC自动控制级，即现场控制站PLC控制方式，设备的运行完全由PLC根据各仪表、设备测量参数以及设定的运行参数来自动控制设备的运行；现场手动（MMI）控制级，即每个现场控制站就地人机界面（MMI）如：触摸屏、现场操作站等，操作人员通过现场人机界面（MMI）输入控制指令或修改运行参数，进行现场软手动操作，运行数据送中央控制站；就地手动控制级即通过就地电控（箱）柜上的现场按钮控制方式[4]。

2.2 着力建立智慧管理平台，提升运营水平

我司于2017年起，对所属各污水厂进行提标改造，除了提升污水处理工艺，着重对现有陈旧落后的自动化控制系统进行更新改造升级，综合污水厂处理工艺过程、构筑物布局、设备和检测仪表分布等相关因素，新设一套智慧污水运营管理平台。

我司以三维数字化模型及工艺建模模型为核心构建适合企业自身需求的污水厂智慧运营管理平台：对每一个污水处理厂进行全厂、工艺段三维数字模型搭建，采用高空相机、平面巡视相机等视角建模，可形象展示具体厂站三维立体空间的结构、工艺段、运行实景的模拟情况，达到实景体验、有效监管的目标。同时根据调控目标的不同，设计不同的服务模块，包括进水单元分析模块、工艺运行状态分析模块、投加碳源优化模块、智能曝气模块、化学除磷优化模块、整体能耗分析模块等。利用生物建模技术（离线生物建模）和大数据建模智能分析技术（基于历史数据分析建模），提供上述模块的风险控制参数表和工艺运行优化方案，从而将运行风险降到最低、减少能耗药耗，实现污水厂的高效运行。

图1 （污水处理厂深度处理段3D建模效果图）

我司在公司总部建立总调度室，并将各厂智慧污水厂运管平台，通过VPN专线，采用接入云计算服务中心的方式进行数据计算存储，实现更便捷有效的管理方式。

3 加强电气自控设备的日常维护

污水厂因占地面积大、设备分散的特点，电气系统一般都设有一个总配及数个分配，已达到配电系统的经济合理性。从供电便捷和节约用地角度考虑，配电室一般与工艺处理段构筑物合建，如配电室与生化池、鼓风机房、加氯消毒车间合建等等。这就意味着，污水处理过程产生的硫化氢等容易造成设备严重腐蚀的气体，可直接影响电气设备运行。因此非常有必要加强对电气设备的巡视维护。

我司通过智慧污水运管平台的智慧巡养系统，形成一整套规范化设备保养管理制度。这里与大家交流电气自控系统主设备的一些维护保养心得。

3.1 高压设备的巡视和维护工作

高低压柜投入运行后，要保证高压设备在恶劣的污水处理环境中稳定、高效、安全运行，关键在于提高维护保养频次和标准。

对于比较常见的故障部位和重要部位，如低压室、母线室、电缆室等，进行重点检查保养。尤其应重点关注断路器室航空插座、活门机构、静触头盒及静触头；电缆室避雷器、接地开关、静触头盒、下分支母线；母线室上分支母线、压力释放板等部位的检查及保养。

近年我司严格执行周期制保养制度，取得了明显的效果。经过常态化保养，解决了诸多设备隐性问题，如通过紧固主母线螺栓避免因螺栓松动引起的电弧事故；检查维护 PT 车，有效预防 PT 绝缘破损及二次错误导致的事故等等。

这里将一个梅花触指状态异常的问题作为典型案例与读者分享。我司同安污水处理厂使用的断路器为VD4 型真空断路器共 8 台，2008 年投入运行。一次例行维护时，保养人员发现断路器操作机构的储能切换盘可能由于油脂卡涩或异物等原因导致其变形，该机构变形可引发断路器储能系统故障，无法储能，致使设备无法合分闸。此类故障我司操作人员暂时无能力修复，经专业机构经验丰富的专业工程师对开关柜进一步检查和维修，解决了存在问题，消除一个重大安全隐患。

3.2 低压设备的巡视和维护工作

低压框架开关是保障设备安全，供电安全的关键。因此，在众多低压设备的保养项目中，我司将低压框架断路器的保养作为重点保养项目[5]。

虽然大多数用户会定期对低压配电室进行检修、除尘，但是大多数操作人员旺旺不会对包含框架开关在内的元器件进行细致的维护。低压元器件经过多年的运行，其中的操作机构、机械连接方面都可能存在的隐患。比如：绝缘失效、弹簧无法复位、缺少润滑、接触不良、机构卡塞等等，容易引发操作故障，甚至产生安全事故。

为了防止故障发生，我司原来常用的检查手段主要通过低压设备年检，按照常规的项目要求对开关柜进行测试，来判断当前设备是否能通过试验。而很多情况下，故障隐患在年检的过程中不能提早发现。笔者对此结合我司实际情况，制定专项框架断路器维护保养制度。

框架断路器的维护保养一般可分为：断路器保养（包括除尘、除锈、加油、润滑、清洁）、保护单元检测、合闸接触电阻测试、绝缘电阻测试等步骤。具体维护项目包含断路器外观检查、断路器灭弧室检查、断路器内部（机械）检查、断路器绝缘检查、断路器触头检查等。

根据专业的维护保养方案，以当前实际工况为依据，通过严格的现场检测，识别出故障的早期特征，对开关的薄弱环节及发展趋势作出科学判断，并提出有效的处理措施，真正的做到防患于未然。

3.3 自控系统及仪表的巡视和维护工作

目前国内污水处理厂基本都实现自动化控制，如果把电气系统比喻为污水处理厂的心脏，那么自控系统就是污水处理厂的大脑。全厂自控系统主要由软件（智慧污水厂运管平台、SCADA软件）、仪表（液位计、过程仪表、检测仪表）和PLC站三大部分组成。

软件因涉及专利权，在运行界面及操作控件满足使用的前提下，基本没有需要日常维护的内容。PLC站的CPU、电源模块、输入输出模块等均为高度集成电子产品，进行日常常规维护即可，如：检查接地是否牢靠、以免雷暴击穿PLC模块；定期做好PLC柜除尘；随时紧固有松动的螺钉等。

污水处理厂各工艺段遍布液位计、流量计等过程仪表及检测仪表，实时传递工艺运行数据。目前污水处理厂使用的仪表采取投入式即电极法检测的占较大比例，涉及不锈钢电极、合金电极、铂金电极等。电极长期浸没于污水中使用，若不及时清洗维护，容易结垢影响检测效果及使用寿命。应根据不同的电极采取相应的维护方式。如在氧化沟使用的溶解氧仪、还原氧仪，建议每周将电极拉起用清水清洁一次；而在深度处理段使用的硝氮仪，建议每三天用5%稀盐酸清洗一次电极。

自控仪表及PLC均为精密仪器设备，要求维护人员理解和掌握设备的构造和工作原理，针对运维过程中发现的故障情况进行深入分析，方能找到解决问题的正确方法。我司某污水处理厂反硝化工艺段进水硝氮检测仪为电极法检测仪表，操作人员严格遵守维护手册规定，每三天用5%稀盐酸对电极进行清洗，但是仅过几个小时，检测数据就出现波动。为解决该问题，操作人员加大清洗频次，改为每天清洗一次，问题依然存在。经查阅仪表使用说明，结合安装现场实际情况，班组组织研究讨论，初步判断问题原因为安装位置不正确：现状安装位置在水流平缓段，水中杂质容易在电极上聚集结垢，影响电极检测。操作人员将仪表调整至上一工艺段出水处安装，该位置水流流速大，杂质无法聚集于电极表面。调整安装后，问题迎刃而解，仪表正常工作。

4 结语

近年来，中央环保部门对生态环境整理督察力度不断加大，国内各污水处理厂逐步规范运行维护工作，保证污水处理厂安全稳定运行和达标排放，提高污水处理厂运行效率和管理水平，全面提升污水处理能力。因此必须采取有效措施，强化污水处理厂安全稳定运行。目前许多污水处理厂注重污水处理工艺及设备，积极探索新工艺、尝试使用新设备，但对于污水处理厂“心脏”和“大脑”却不重视，认为每年进行电气设备年检就足够了。污水处理厂应具备强有力的电气系统以及先进的自控系统，以便保障污水处理厂稳定高效运行、增强企业效益。我司根据自身运行实际情况，制定了完善的电气自控设备维护保养制度和管理办法，采取一系列措施，取得了一定成效，今后将继续积极探索总结相关经验。