石油化工装置污水处理场电气设计
污水处理场在现阶段石油化工装置中发挥着越来越重要的作用，依法合规做好石油化工装置污水处理场的电气设计是保证污水处理场正常运作的基础，在提高污水处理效能的同时，有效为污水处理场节能。本文从供配电系统设计、动力系统设计和照明系统设计等几个方面简要阐述了污水处理场的电气设计方法，对后续污水处理设计项目提供了一定的参考。
关键词：污水处理场；电气设计；供配电系统设计
在现阶段石油化工企业生产中，污水处理场是降低全厂水资源污染及工业污染的关键下游装置，通常要求全年不间断运行。为了支撑污水处理场装置中大、中型电气设备的可靠运转及污水处理场的正常运作，就必须合理设计污水处理场的电气系统，从而保证污水处理场持续、可靠、安全、不间断地供电，满足污水处理场对生产污水、废水的处理要求。本文以古雷炼化一体化项目中污水处理场装置的电气设计为实例进行简要阐述[1-2]。
1污水处理场概述
根据总体院签发的各装置界区条件表及本工程项目排水系统划分，本工程污水处理场装置主要对上游各工艺装置、公用工程装置及辅助装置排放的生产污水、生活污水、生产废水进行统计分析和强化处理，使排出的水符合国家标准，提高用水质量，保护水环境，污水、废水经处理达标后外排或回用于循环水装置。本项目用电负荷主要包括工艺动力负荷和照明检修负荷两大类，主要工艺动力设备为鼓风机棚含盐污水曝气风机和泵类，其中鼓风机棚含盐污水曝气风机单机容量为90kW，泵类单机最大容量为110kW（生产废水膜处理RO高压泵）和90kW（污泥干化机）。
2污水处理场变配电系统设计
2.1负荷特性及供电电源
2.1.1负荷特性根据《供配电系统设计规范》(GB50052—2009)中对负荷分级的规定[3]，并结合本项目实际情况，将污水处理场的大部分用电设备确定为一、二级负荷。中断供电可能造成人员伤亡、重大设备损坏、爆炸和火灾事故的用电负荷（包括工艺控制系统DCS及应急照明等）确定为一级负荷中特别重要负荷（即保安负荷）。2.1.2供电电源本项目变电所的两路10kV电源引自上一级区域变电所10kV不同母线段。开关柜断路器操作系统、综合自动化系统等所需直流电源引自本变电所内的直流电源装置；电信专业的电视监视系统、综合布线系统、无线通信系统的不间断交流电源引自本变电所内UPS不间断电源装置。
2.2负荷计算及变电所设计
2.2.1负荷计算本项目负荷计算采用的是需要系数法。需要系数的取值要综合考虑用电负荷的实际情况、年工作时间（连续、短时、重复短时）和同时系数等方面的因素，再折算成稳定负载率下的计算有功功率，用这个功率乘以此类设备年工作运行时间，来统计一年工作周期内的用电总量。这种方法相对简洁高效，在现阶段石油化工工程设计中应用的范围也比较广泛，尤其适用于污水处理场这类设备长期运行且负荷平稳的装置。本项目用电工作设备约有552台套，额定电压为220/380V，包含照明检修负荷在内的总安装容量为13306kW，总计算有功功率6716.79kW，经低压无功补偿后视在功率6420.37kW。根据本项目的电气总体要求，目标功率因数需要提高到0.95以上。2.2.2变电所设计（1）本项目设置1座10kV装置变电所，为建筑面积1834.32m2、建筑高度9.5m的双层建筑。污水处理场变电所设置10kV母线段，10kV电源引自上一级区域变电所；10kV系统主接线方式为单母线分段接线，正常运行时两路电源分列运行，相互为备用，当一段电源出现失电现象后，由另一段电源带全部负荷。本站内设置6台10/0.4kV1600kVA全密封油浸式变压器，主要为污水处理场内各装置的用电设备供电。同时，污水处理场变电所0.4kV配电系统也为单母线分段接线，正常情况下两段分列运行，当一段电源失电后，母联自投，另一段电源可带全部负荷。0.4kV进线柜及分段柜具有备自投自动切换功能，由保护装置实现；设置单独的照明检修段，进线采用双电源手动切换，为照明检修负荷提供电源。本站总共设置10kV开关柜24面，0.4kV开关柜173面。（2）本项目变电所内设置有1套65Ah的双套并机型直流电源装置，为中压柜、低压进线及母分提供储能、控制电源，为综合自动化系统提供直流电源；设置1套60kW交流应急电源系统（EPS），提供应急照明电源；设置1套10kVA在线式UPS电源装置，为场内电视监视、无线通信等系统提供不间断电源。同时设置一套综合自动化系统及一套五防遥视系统。2.2.3微机综合保护装置本项目继电保护按照《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB/T50062)、《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T14285）及电力行业标准配置进行设置，确保能在最短的时间内有选择性地切除故障设备。线路-变压器组接线方式采用线路差动+变压器差动的配置方案，线路差动由上一级变电所统一考虑，变压器差动保护由本装置污水处理场变电所负责。（1）10kV系统。本项目继电保护装置安装在中压柜及低压柜内。10kV进线回路设置带时限电流速断保护，与上一级变电站电流保护相配合，同时设置过负荷保护和电流速断保护低电压保护；10kV母联回路设置过电流保护和电流速断保护，电流速断保护仅在断路器合闸时起作用，断路器合闸投入后0.5S保护自动解除退出。10kV变压器回路设置过电流保护、带时限电流速度保护和低压侧单相接地保护，同时设置变压器的非电量保护，主要包括油箱油位高低报警、轻瓦斯报警和重瓦斯跳闸、压力释放保护及油温保护。本项目选取的10kV系统继电保护装置具有先进的通讯功能，各种故障信号都可以通过RS-485接口上传至后台系统。（2）0.4kV系统。低压综合保护装置继电保护包括低压电动机全电量型综合保护装置和低压线路全电量型保护装置。低压电动机设置过载保护、单相接地保护、电流速断保护、堵转保护及断相保护，均动作于跳闸。低压线路设置定时限过电流保护、反时限过电流保护、单相接地短路保护和漏电保护。
3污水处理场照明系统设计
污水处理场的照明系统设计主要包括全厂道路照明、正常照明及应急疏散照明。在照明设计中，严格遵照《石油化工企业照度设计标准》SH/T3027—2003、《建筑照明设计标准》GB50034—2013和《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》（GB51309—2018），采用利用系数法进行照度计算。考虑到不同的视觉对象及工作现场的具体条件，本项目采用新型高效节能型灯具并合理选用LED新型光源，尽量减少眩光以创造良好的视觉条件，保障工作人员的操作安全。
3.1全厂道路照明本装置
道路照明共2个回路，为全厂宽度在9m以上及以下道路的马路灯提供电源，电源引自污水处理场变电所照明检修段配电柜。马路灯采用单悬臂式，灯杆高8m，配150WLED光源，路灯间距30~40m，采用自动控制方式。
3.2正常照明
污水处理场各装置的正常照明灯具电源引自正常照明配电箱，配电箱电源引自污水处理场变电所照明检修段配电柜。露天装置区的灯具根据爆炸危险区域划分图来定义照明灯具的环境特性，采用光控方式。变电所、机柜间、生产废水厂房、鼓风机房、干化污泥厂房等室内建筑照明采用三防LED灯就地控制，满足相关照度要求。
3.3应急照明和疏散照明
污水处理场各装置的应急照明灯具电源引自应急照明配电箱，配电箱电源引自污水处理场变电所EPS应急电源装置，备用时间为30min。正常情况下，应急照明作为正常照明的一部分使用。在露天装置区、变电所、控制室、人员密集处及疏散通道等地设置有应急照明，配置比例不低于总照明灯具的20%。在变电所、机柜间等建筑物的走道及门口设置消防应急照明，消防应急照明单独设置消防应急照明配电箱，消防应急照明灯具采用直流24V供电并自带蓄电池，后备时间30min；消防应急照明灯具应符合《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》（GB51309—2018）的规定并具有经消防部门认可的消防认证标识。
4污水处理场防雷接地设计
（1）本项目采用TN-S接地系统，电气设备的防静电接地、防雷接地、保护接地、工作接地共用一个接地网。接地装置利用混凝土柱基础内的钢筋作为自然接地体，利用混凝土柱内钢筋由上而下连成可靠的电气通路作为防雷引下线，要求整个装置接地电阻≤10Ω（变电所、机柜间≤4Ω）。若实测接地电阻不能满足要求时，应设置人工接地体。（2）正常情况下本项目内不带电的电气设备金属外壳均利用单独的接地支线与接地干线可靠连接；装置内所有设备均通过接地支线、接地干线与接地端子板连接；屋顶所有凸起的金属构筑物通过φ12的热镀锌圆钢与避雷带可靠连接，同时与全厂接地网可靠连接。依据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065—2011）4.5.1的要求，本项目中变电所按第二类防雷建筑物设防；仪表机柜间按照第一类防雷建筑物设防，其余建筑按第三类防雷建筑物设防。
5结语
综上所述，本文简要阐述了古雷炼化一体化项目中污水处理场装置的电气系统设计的相关内容，从供配电系统设计、照明系统设计、防雷接地设计等三个方面直观地介绍了石油化工装置污水处理场在设计阶段的建议方案，分析了采取这些措施的有效性及必要性，为新建及改建的污水处理场的合理电气设计提供了一些可参考的思路。
参考文献：
[1]高诗白.污水处理厂电气设计和节能措施探讨[D].郑州：郑州大学，2016.
[2]黑健宁，李静豪.污水处理厂电气设计若干问题探讨[J].中国给水排水，2017,33(18):82-85.
[3]中国航空规划设计研究总院有限公司.《工业与民用配电设计手册》(第四版).中国电力出版社，2016.
作者：樊一江
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