万龙电气用户侧电气监控及能耗管理系统在宁波***污水处理项目的应用

       1、污水处理行业的发展及能效现状

       中国“十三五”规划中明确对“加快改善生态环境”提出了规划内容及改善要求，为了城市的发展，新建及原批建再扩容的污水处理厂项目不断增多，同时对污水处理厂的排放及处理要求也在不断提高。作为宁波较大，运营时间较久的污水处理厂，在污水处理工艺及污水处理能力上被不断要求提升，最新的处理要求为：新增日生活污水处理能力8万立方米；同步实施日处理生活污水24万立方米现有处理设施的出水提标改造；再生水回用设施建设，按污水处理总量的20%考虑，总规模达到6.4万立方米/天；新增10吨（干化污泥）/天污泥深度脱水设施，脱水后污泥含水率低于60%。

       最新的技术要求不仅仅是厂区的扩建，更是注重对污水处理新工艺的应用。污水处理厂在污水处理过程中，提升污水和污泥、生物处理供养及污泥处理等工艺中存在大量电器设备的应用，大量的能源消耗是个问题，特别是污水生物处理和污泥处理过程中能耗比重更大，在曝气、污水提升及污泥处理等生化处理阶段也存着较大的能耗。

由于污水处理厂存在的高能耗及运行成本高的问题，对城市污水处理厂的建设和发展起到了较大的阻碍作用，因此需要加大对污水处理工艺和设备能耗等问题进行监测管理和大数据统计，改善并提升污水处理工艺，从而实现污水处理的高效性和低能性。

       2、用户侧电气监控及能耗管理系统

       对于新建污水处理厂，在污水处理过程中的工艺节能技术是首要的节能降耗措施，不论是水泵扬程、曝气系统、污泥处理、紫外线消毒等，采用新技术是最直接的降能降耗措施。但是已经建成的污水处理厂，由于城市发展和已签署的排污合同协议，往往需要在扩建厂区选用新技术的同时，与已建投用的厂房同步运行一段时间才能完成新老技术的交替。那么，对于这些已建的电气设备，用户侧电气监控及能耗管理系统在能效控制方面作用巨大。

       2.1、用户侧电气监控及能耗管理系统的数据采集

用户侧电气监控及能耗管理系统首先不仅要全厂电气监测，更要结合工艺流程图，增加对其中较高能耗的电气设备数据采集频率。

       图1污水处理及污泥处理工艺流程图

       在与宁波***污水处理厂的工艺技术交流后，按照工艺流程图（图1），设计用户侧电气监控及能耗管理系统时仍由站控层、间隔层、以及连接两层的通讯网络组成，在污水处理厂电气监控已采集的电气设备数据中，针对工艺能耗较大的重要区域（粗格栅进水泵房、沉砂池、生物反应池、污泥泵房、出水泵房等），重点采集相关电气设备的运行数据，同时为了加强数据通讯的稳定性和可靠性，减少通讯间隔时间，关键电气设备设置双网冗余。

       图2电气监控及能耗管理系统网络拓扑图

       2.2、用户侧电气监控及能耗管理系统功能

       2.2.1、电气监控

       重新设计并增强系统监控界面关于工艺段的电气设备显示，以电气一次系统图或柜面布置图的形式体现，实现整所供电负荷情况的观察及各回路负荷状态的监视，通过图标及颜色切换方式对现场各个电气回路的运行状态进行监视，同时辅以文本和按钮实现相应回路的电气参数的监测，必要时可进行远程分合闸操作控制。用户侧电气监控及能耗管理的随时监测、实时控制、电能数据管理分析等，极大的提高了用电监控管理工作的工作效率,减少人工巡视可能出现错误。

图3 电气系统界面

       2.2.2设备管理

       系统状况一览显示系统连接的各电器设备或智能单元的运行状态、故障警情、报警异常及通信中断等各类正常和非正常设备状态。

       图4 设备状态界面

       2.2.3能耗管理

       能耗数据分析以棒图、饼图等图形直观显示，查看所有模拟量的实时趋势图、历史曲线图。查看可设置的模拟量的一小时的实时趋势图。查看模拟量的实时棒图、电度量的历史棒图。查看电度量一天的峰、谷、平电量饼图、多个电度量一天的用电量饼图，图文并茂；通过年月日选择，检索历史报表进行查阅、打印输出；可按设定时间自动打印输出报表；并支持各种公式计算。将能耗数据数字化的同时，也使日常的电能报表更加准确可靠。

       图5 电气能耗棒形图及负荷曲线图

       A、分项电能统计

       污水处理厂按照工艺段、负荷类型、重要程度等进行了分项电能的统计管理，便于用户根据日常生产管理及用能管理进行分析汇总。按工艺段分项包括进水泵房部分、曝气沉沙部分、污泥泵房部分、消毒处理部分；按负荷类型分项包括生产电机类负荷、生产照明类负荷、生产辅助类负荷、办公区照明插座类负荷、办公区空调类负荷、办公区动力类负荷、其他类负荷等类型；按照重要程度分项包括生产安全类负荷、生产保障类负荷、生产辅助类负荷、办公区安全类负荷、办公区日常用电负荷等。能耗报表功能能自动生成的图形对比（柱型对比，饼型环比）在重要电气设备的着重表示，明显直观，利于电气值班人员比较参考。同时，当能耗同比或环比异常较大时，也可最为此电气老化故障的预警信息，电气值班人员可以及时更新设备，以预防更加严重故障的发生。

图6变配电间（污水泵房）

图7变配电间（进水泵房）

       B、同比环比分析

       在污水厂处理设计时，通常以时高峰或是日高峰需氧量来确定曝气系统的规模，而在实际运行中，采用合理的控制措施，这样即使在氧气不足的情况下，活性污泥浊也能够正常运行一段时间，不会影响曝气效果。那么，通过能耗管理系统中的曝气系统电气设备用电数据，可自动生成环比的24小时（或月度）负荷棒图或趋势曲线，比较高低峰数据，综合考虑供养能力和调节能力时，可以以此控制并调节曝气系统设备运行状态，减少在低峰时间过高的能源浪费。

       图8 曝气设备

       C、节能改善决策

       水泵作为污水处理厂中非常重要的电气设备，其在运行过程中存在着大量的电能消耗，因此需要有效的提高水泵的运行效能。在电气监控的同时，对于各个水泵的能耗饼图、同种类及功能水泵的能耗饼图。根据能耗饼图，我们可以做到将经常处于较低功率运行的水泵，经过能耗数据对比，选用变频设备更新这些水泵，再应用于污水系统，减少长期的资源浪费。同时，在实际水泵启动过程中，通过能耗管理，可以更精确的选择能耗高的设备分批启停，进一步减少水泵运行过程中对电网带来的冲击，根据实际情况进行合理科学的操作，减少相应水泵启动停机的频率。

       图9 生活污水二级沉淀池