电气及自动控制专业设计演讲稿(实用)课件

电气及自动控制专业 设计与制图中国市政工程中南设计研究总院 周 斌n国家及地方有关设计规范和标准n工艺（排水）专业提供的用电负荷资料n当地供电部门提供的资料及要求n批准的可行性研究报告（初步设计）n批准的初步设计文件（施工图）等一、电气及自控工程设计依据一、电气及自控工程设计依据电气及自控设计常用的设计规范和标准如下：电气及自控设计常用的设计规范和标准如下：nGB 50052-2009 供配电系统设计规范nGB 50053-1994 10kV及以下变电所设计规范nGB 50054-1995 低压配电设计规范nGB 50055-1993 通用用电设备配电设计规范nGB 50057-1994 建筑物防雷设计规范（2000年版）nGB 50060-1992 3110KV高压配电装置设计规范nGB 50062-1992 电力装置的继电保护和自动装置设计规范nGB 50065-1995 交流电气装置接地设计规范nGB50014-2006 室外排水设计规范nGB50265-2010 泵站设计规范负荷分级及供电要求：n排水泵站供电应按二级负荷设计，特别重要地区的泵站，排水泵站供电应按二级负荷设计，特别重要地区的泵站，应按一级负荷设计。当不能满足上述要求时，应设置备用应按一级负荷设计。当不能满足上述要求时，应设置备用动力设施。动力设施。（强条强条）（GB50014-2006 第5.1.9条）n污水厂的供电系统，应按二级负荷设计，重要的污水厂宜污水厂的供电系统，应按二级负荷设计，重要的污水厂宜按一级负荷设计。当不能满足上述要求时，应设置备用动按一级负荷设计。当不能满足上述要求时，应设置备用动力设施。力设施。（强条强条）（GB50014-2006 第6.1.19条）n一级负荷应由双重电源供电；当一电源发生故障时，另一一级负荷应由双重电源供电；当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。电源不应同时受到损坏。（强条强条）（GB50052-2009 第3.0.2条）n二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6KV及以上专用的架空线路或电缆供电。（GB50052-2009 第3.0.7条）1 有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：1 有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：符合下列情况之一时，用户宜设置自备电源：符合下列情况之一时，用户宜设置自备电源：（供配电系统设计规范GB50052-2009 第4.0.1条）n需要设置自备电源作为一级负荷中特别重要负荷的应急电源时或第二电源不能满足一级负荷的条件时。n设置自备电源较从电力系统取得第二电源经济合理时。n有常年稳定余热、压差、废气可供发电，技术可靠、经济合理时。n所在地区偏僻，远离电力系统，设置自备电源经济合理时。n有设置分布式电源的条件，能源利用效率高、经济合理时。1 有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：n隔栅间应设置通风设施和有毒气体的检测与报警装置。隔栅间应设置通风设施和有毒气体的检测与报警装置。（强条）强条）（GB50014-2006 第6.3.9条）一般规定（GB50014-2006）n排水工程运行应进行检测和控制。（第8.1.1条）n排水工程设计应根据工程规模、工艺流程、运行管理要求确定检测和控制的内容。（第8.1.2条）n自动化仪表和控制系统应保证排水系统的安全和可靠，便于运行，改善劳动条件。提高科学管理水平。（第8.1.3条）n计算机控制管理系统宜兼顾现有、新建和规划要求。（第8.1.4条）1 有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：检测仪表的设置（GB50014-2006）n污水厂进、出水应按国家现行排放标准和环境保护部门的要求，设置相关项目的检测仪表。（第8.3.1条）n下列各处应设置相关监测仪表和报警装置:（第8.2.2条）排水泵站：硫化氢（H2S）浓度；消化池：污泥气(含CH4)浓度；加氯间：氯气(CL2)。n排水泵站和污水处理厂各处理单元宜设置生产控制、运行管理所需的检测和监测仪表。（第8.2.3条）n参与控制和管理的机电设备应设置工作与事故状态的检测装置。（第8.2.4条）1 有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：n控制项目的设置（GB50014-2006）排水泵站宜按集水池的液位变化自动控制运行，宜建立遥测、遥讯、遥控系统。（第8.3.1条）10万吨/日规模以下的污水厂的主要生产工艺单元，可采取自动控制系统。（第8.3.2条）10万吨/日及以上规模的污水厂宜采用集中管理监视、分散控制的自动控制系统。（第8.3.3条）采用成套设备时，设备本身控制宜与系统控制相结合。（第8.3.4条）n计算机控制管理系统（GB50014-2006）n计算机控制管理系统应有信息收集、处理、控制、管理和安全保护功能。（第8.4.1条）1 有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：有关电气及自控设计的比较重要的条文如下：计算机控制系统的设计，应符合下列要求：（GB50014-2006第8.4.2条）n宜对监控系统的控制层、监控层和管理层做出合理的配置。n应根据工程具体情况，经技术经济比较后选择网络结构和通信速率。n对操作系统和开发工具要从运行稳定、易于开发、操作界面方便等多方面综合考虑。n根据企业需求和相关基础设施，宜对企业信息化系统做出功能设计。n厂级中控室应就近设置电源箱，供电电源应为双回路，直流电源设备应安全可靠。n厂、站级控制室面积应视其使用功能设定，并应考虑今后的发展。n防雷和接地保护应符合国家现行有关规范的规定。2 工艺（排水）专业提供的工程基础资料工艺（排水）专业提供的工程基础资料：n在进行排水工程电气设计时，应首先向工艺设计人员了解工程性质、规模、投资、建设周期和近远期如何结合等内容，然后应对下列资料进行综合分析，以确定工程负荷等级，变电所位置、线路走向以及电气及自控设计标准。n主要工程基础资料如下：工艺总体布置图、工艺流程图；工程用电设备的型号、规格、工作制、安装和备用台数以及远期设备增加情况等；工艺对电气控制的要求。3 当地供电部门提供的资料及要求当地供电部门提供的资料及要求 需要向供电部门提供的资料n本工程的负荷性质以及对供电可靠性的要求。n本工程设计规模的最大负荷、工程分期建设情况及投产日期；n变电所数量及容量n变电所配电系统图和标有电源进线方向的变电所位置平面图；n电源线路一般由供电部门设计，需提供变电所进、出线平面图。3 当地供电部门提供的资料及要求当地供电部门提供的资料及要求 需向供电部门索取的资料n向本工程供电的变电所或发电厂的名称及位置；n向本工程供电的线路电压等级、线路规格、线路走向、线路长度及回路数；n本工程总变电所受电端电力系统的最大和最小运行方式下的短路数据；n电网中性点接地方式级电网系统单相接地电容电流值；n供电端的继电保护方式（有无自动重合闸装置等）以及对用户受电端的继电保护设置和时限配合的要求；n对功率因数的要求；n对大型电动机启动方式的要求；n电能计量要求及电费收取办法（包括计费方式、地区电价等）。4 其它基础资料其它基础资料 地区气象资料n最热月平均最高温度（用于校正裸导线及母线在室外敷设时的允许载流量）；n最热月平均温度（用于校正裸导线及母线在室内敷设时的允许载流量）；n最热月日平均最高温度（用于校正电缆在空气中敷设时的允许载流量）；n年雷暴日数（用于防雷设计）。改扩建工程需向业主索取的资料n原有供电系统图及平面布置图；n近几年最大用电负荷、年耗电量、功率因数等；n原有供配电系统存在的问题和改进建议；n原有电气设备设置情况和改进建议；二 电气及自控工程设计的主要内容电气及自控工程设计的主要内容 n1 供配电系统设计供配电系统设计n1.1 用电负荷计算n计算目的：确定供电电压、变压器容量、无功补偿容量等。n计算依据：根据工艺（排水）专业提供的用电负荷资料进行负荷计算。n计算方法：轴功率计算法、需要系数法、单位面积指标法。n环保工程用电设备的特点：主要设备如水泵、鼓风机等，单机容量较大，一般为连续工作制，占总用电量的绝大部分；辅助机械设备的用电量占的比例较小，且多为短时工作制。n根据上述特点，排水工程的负荷计算，对主要设备，采用轴功率计算法；对辅助设备，采用需要系数法；辅助用房照明，采用单位面积指标法。n1.2 短路电流计算n计算目的：当电力系统中发生短路故障时，将破坏系统的正常工作或损坏电路元件。为消除或减轻短路所造成的后果，应根据短路电流正确选择和校验电器设备。n计算依据：电力系统的短路容量和电抗标么值，电气系统的接线方式和运行方式。n计算方法：标么制、有名单位制等。n1.3 供电系统设计n1.3.1 供电电压的选择n供电电压应根据工程的总用电量、主要用电设备的额定电压、供电距离、当地供电网络现状和发展规划等因数综合考虑决定。各级电压线路送电能力一览表n表中数字为架空线路数据，括号内为电缆线路数据；n表中数据计算依据：线芯截面最大240mm2，电压损失5%，功率因数0.85。n1.3.2 配电电压的确定n配电电压的高低取决于工程的供电电源电压，主要用电设备额定电压以及配电半径、负荷大小和负荷分布情况等。n排水工程，供电电压一般为10kV，厂区面积较大，负荷又比较分散，可采用10kV和0.4kV两种电压混合配电方式。即，将10kV作为一次配电电压，先用10kV线路将电力分配到几个负荷相对比较集中的地方，建立各自的10/0.4kV变电所，然后用0.4kV作为二次配电电压再向下一级用电设备配电。n1.3.3 变、配电所主接线n排水工程的变、配电所，为电力系统的用户终端，其主接线一般可分为二大类：n有汇流母线接线，如：单母线、分段单母线；n无汇流母线接线，如：线路，变压器单元接线、桥形接线等。n 单母线接线：n优点，接线简单清晰、设备少、操作方便，还便于扩建和采用成套配电装置；n缺点：不够灵活，可靠性低，当母线或与母线相连的任一元件故障或检修时，会造成整个变、配电所停电。n 分段单母线接线n优点：用开关设备（断路器或隔离开关）将母线分段后，对重要负荷可以从两段母线各引出一个回路供电，相当于有二个电源供电；当一段母线故障或检修时，另一段母线扔可以正常工作，提高了供电的可靠性。n缺点：投资较单母线大。排水工程变配电所常用的一些主接线方式：单母线 分段单母线 n1.3.4 变压器的选择n 为了降低电能损耗，应选用低损耗变压器。n 变压器台数的选择：变压器台数应根据供电电源回路数、负荷性质、用电容量及运行方式等条件综合考虑。在有一、二级负荷的变电所中，宜装设二台变压器。当用电负荷较大，负荷较分散，或采用大容量变压器需要增加限制短路电流设备时，也可选用二台以上变压器。n 变压器容量的选择：变压器容量应根据计算负荷来选择。n1.3.5 变配电所总体布置方案n 变配电所选址应考虑以下因数综合考虑：接近负荷中心、接近电源侧；进出线方便，并应考虑远期的发展；运输设备方便；不宜设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，也不宜与上述场所不毗邻。n 变、配电所型式n变、配电所的型式应根据工程的具体情况、使用环境和设备型式的不同来决定。n 变、配电所的布置n布置应紧凑合理，便于设备的操作、搬运、检修、试验和巡视，还要考虑发展的可能性。n适当安排建筑物内各房间的相对位置，使配电室的位置便于进出线。低压配电室应靠近变压器室。n1.3.6 变、配电所二次接线n 操作电源n变、配电所的操作电源，在正常情况下和事故情况下均应保证变、配电所的控制系统、继电保护装置和信号系统正常工作。n操作电源分为直流操作电源和交流操作电源二类。n排水工程中的变、配电所，一般采用直流操作电源，选用成套的镍镉电池直流屏或免维护铅酸蓄电池直流屏。n对主接线简单且供电可靠性要求不高的小型排水工程的变、配电所，也可采用交流操作电源。n 断路器控制、信号回路n断路器的控制回路是依据断路器、操作机构的型式及运行上的不同要求而设计的。n控制、信号回路一般分为控制保护回路、合闸回路、事故信号回路、预告信号回路、隔离开关与断路器闭锁回路等。n断路器的控制、信号回路电源取决与操作机构的型式和控制电源的种类。断路器一般采用电磁或、弹簧操作机构。控制电源可以用直流也可以用交流，电磁操作机构的控制电源要用直流。n 继电保护n继电保护目的：保证安全供和电能质量，使电器设备在规定的电气参数范围内安全可靠的运行。n继电保护依据：是国家规程。在不违背国家有关规程的条件下，可根据当地供电部门的具体要求和工程的具体情况，对继电保护内容适当进行增减，是继电保护更适应当地电网的实际情况。n继电保护设计原则：在满足要求的基础上，力求接线简单，避免有过多的继电器和其它元件，以减少保护元件引起的其它故障。n继电保护基本要求：n选择性：动作于跳闸的继电器保护装置应有选择性。短路故障时，仅将与故障有关的部分从电力系统中 切除，而让其它无故障部分仍保持正常运行。n速动性：继电保护装置应能迅速地将故障设备从电网切除，以减轻故障的破坏程度，缩小故障范围和提高电力系统的稳定性。n灵敏性：继电保护装置在保护范围内对故障的反应能力。要求保护系统应满足规定的灵敏系数。n 电能计量n电能计量用互感器的精度等级：电流互感器0.2S级，电压互感器0.2级。n315kVA以下变压器可采用低压计量。315kVA及以上的变压器应采用高压计量。三 自控系统的设计n1.在线检测仪表的设计n 概述n在线检测仪表一般包括传感器和变送器。n根据被测对象的不同，排水工程中常用的在线检测仪表有物理量、物性与成分量、电工量三类检测仪表。n物理量检测仪表：包括液位、压力、流量、温度等检测仪表。n物性与成分量检测仪表：在排水工程中也称水质分析仪表，包括固体悬浮物、污泥浓度、PH值、氧化还原电位、溶解氧、余氯、总有机碳、总磷、氨氮、硝铵、化学需氧量、生化需氧量、硫化氢等。n电工量检测仪表：网络智能数显仪表灯。n 在线检测仪表选配的一般要求：n精确度：是指在正常使用条件下，仪表测量结果的准确程度，误差越小，精确度越高。n生产过程物理检测仪表的精确度为1%，水质分析仪表的精确度为2%(测高浊水的浊度仪的精确度为5%)。n响应时间：当对被测量进行测量时，仪表指示值总要经过一段时间才能显示出来，这段时间即为仪表的响应时间。n输出信号：仪表的模拟输出应是420mA DC信号，负载能力不小于600。n防护等级：仪表的防护等级应满足所在环境的要求，用于药剂投加系统的检测仪表要求能耐腐蚀。n供电电源：四线制的仪表电源多为220V AC、50Hz，两线制的仪表电源为24V DC。n应选择能够提供可靠服务和有丰富经验的仪表生产厂商。n 排水工程中在线检测、控制项目一览表污水泵站在线检测、控制项目一览表污水处理厂在线检测、控制项目一览表 n注1：生物池采用表面曝气时，无此项。n注2：出水采用紫外线消毒时，无此项。n注3：尾水采用自流排放时，无此项。n住4：总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、硝氮（NO3-N）、生化需氧量（BOD）等水质分析仪表的价格较高，设计中应根据需要慎重选用。n2.自控系统的设计n 编写自控系统功能说明书n该说明书应详细列举生产过程对自控系统的功能要求，是进行自控系统设计的重要依据。n说明书应包括以下内容：n工艺情况简介（含工艺流程）、工艺设备布置、需测控的工艺和电气参数一览表、中控室及现场终端的位置、现场操作终端的测控点数、控制方式（手动、自动等）、控制要求、各类图标的数量和内容要求说明、电气设备传动性能和接口形式说明、电气设备连锁关系图表等。n 确定自控系统组态及结构n自控系统站点分布原则：根据现场I/O点的分布情况，确定自控系统站点设置的数量和位置。即将地理位置相对集中的I/O点划成一个区域。对一般的污水处理厂，可以划分46个区域。nPLC系统因其系统规模和特点不用有多种结构形式，最主要的机构形式有总线型和非总线型两大类。大、中型PLC一般为总线型结构形式，小型及微型PLC多采用飞总线型结构形式。n 自控系统的站点的设置要求：n站点所含I/O点在地理位置上相对集中，可以节省大量信号电缆，减少因电缆过长而带来的干扰问题；n尽量使在工艺上联系密切的I/O点集中在同一个站点上，使自控系统的各站点能相对独立运行。n针对排水工程的实际情况，每个站点的I/O点数宜控制在500以内。n在排水工程中，一般情况下自控站点的设置如下：n污水预处理部分（含隔栅间、污水提升泵房、沉砂池），n生物池处理部分（鼓风机房、曝气池、二沉池），n污泥处理部分（污泥泵房、污泥浓缩池、污泥脱水车间），n尾水处理部分（接触消毒池、加药间）n回用水处理部分 n 自控系统网络n排水工程中，常用的自控系统网络分为现场总线和工业以太网两类。n现场总线：是安装在现场装置与自控装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线。它主要负责PLC站点与现场智能仪表。智能设备和控制子系统之间的通信。传输介质以双绞线为主。常用的现场总线有ProfiBus、ModBus、DeviceBus等。n工业以太网：是目前使用最广泛的用于工业现场的计算机局域网。它的网络拓扑结构有总线型和星型两种，传输解释可以使用同轴电缆、双绞线、光缆等。n 自控系统的软件n自控系统的软件包括系统软件和应用软件两大部分。n系统软件：指操作系统、网络安全管理软件和防病毒软件、办公软件、以及未作说明但是测控系统正常运行所必备的支撑软件。n应用软件：是与某一目标系统相对应的、能实现其全部工艺要求的程序集。它包括工业自动化组态软件和工业历史数据库软件。一般所说的自控系统软件，指的就是应用软件。n 应用软件的功能设计n应用软件功能设计主要包括：n控制功能、检测功能、人机接口功能、管理功能、系统功能、在线修改功能、生产过程的优化等设计。n应用软件一般由设计院提出具体功能要求，由自控系统承包商负责设计和调试。四 电气及自控工程设计电气及自控工程设计制图标准n1 电气及自控工程设计制图应满足下列国家标准：n 电气制图标准n GB/T6988-1997 电气技术文件的编制;n GB/T16679-1996 信号与连接线代号；n 电气简图用图形符号标准n GB/T4728-1998 电气简图用图形符号n 电气设备用图形符号标准n GB/T5465-1996 电气设备用图形符号 n 电气文字符号标准n GB/T5094-85 电气技术中的项目代号n GB/T7159-87 电气技术中的文字符号制定通则 nGB 4026-83 电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则nGB 4884-85 绝缘导线的标记n图形符号：图形符号是用于电气制图中表示项目或概念的一种符号。是电气技术领域中最基本的工程语言。在国标GB/T4728.14728.13电气简图用图形符号中，规定了符号的绘制方法和使用规则。有些符号规定了几种型式，在绘图时可根据需要选用。对符号的大小、方向和引出线位置等，可按照规则做某些变化，以达到图面清晰、减少图线交叉、或突出某个电路的目地。n检测仪表和控制流程图用符号按国标GB 2625-81过程检测和控制流程图用图形符号和文字符号规定绘制。n 2 文字符号和项目代号：n国标规定项目代号由代号段组成，代号段有四种型式：高层代号、位置代号、种类代号、端子代号。n各代号段可以由拉丁字母或数字组成，也可以由字母和数字组合而成。它不仅表示了设备的种类，还表示了该设备的安装位置和隶属关系等信息。n在排水工程设计中，根据工程的复杂程度和实际需要，一个项目代号可以由一个代号段构成，也可以由几个代号段构成。五 排水工程设计案例1 初步设计n1.1 设计说明书内容设计说明书内容n1.1.1 供电设计n 说明设计范围及电源资料概况。n 电源及电压：说明电源电压，供电来源，备用电源的运行方式，内部电压选择。n 负荷计算：说明用电设备种类，并以表格表明设备容量，计算负荷数值和自然功率因数，功率因数补偿方法，补偿设备的数量以及补偿后功率因数结果，补偿方式。n 供电系统：说明负荷性质及其对供电电源可靠程度的要求，内部配电方式，变电所容量、位置、变压器容量和数量的选定及其安装方式（室内或室外），备用电源、工作电源及其切换方法。n 保护和控制：说明采用继电保护方式。控制的工艺过程，各种遥测仪表的传递方法、信号反映、操作电源类型等，确定防雷保护措施，接地装置，防曝要求。n 厂区管缆敷设、主要设备选型、电话及火灾报警装置的设置。n 计量：说明计量方式。n1.1.2 仪表、自动控制及通讯设计n 说明厂站控制模式、仪表、自动控制设计的原则和标准，全厂控制功能的简单描述，仪表、自动控制测定的内容、各系统的数据采集和调度系统，包括带监控点的流程图（PI）。n 说明通讯设计范围及通讯设计内容，有线及无线通讯。n 仪表系统防雷、接地和克服干扰的内容。n1.2 主要材料及设备表主要材料及设备表n提出全部工程及分期建设需要的主要设备及材料的名称、规格（型号）、数量等（以表格方式列出清单）。n1.3 设计图纸设计图纸n初步设计一般应包括下列图纸，根据工程内容可增加或减少。n 供电系统和主要变、配电设备布置图，厂区管缆路由图n表示变电、配电、用电起动保护等设备位置、名称、符号及型号规格，附主要设备材料表。n 自动控制仪表系统布置图n仪表数量多时，绘制系统控制流程图，当采用微机时，绘制微机系统框图。n2.4 初步设计工程案例初步设计工程案例n工程名称：同安污水处理厂改扩建工程（二期）n工程简介：同安污水处理厂位于厦门市同安区，一期工程规模为5万m3/d。二期扩建规模为5万m3/d，扩建后总处理规模为10万m3/d。采用氧化沟工艺，出水水质一级B标准。2008年11月完成初步设计。本人为电气、仪表及自控的专业设计负责人。n电气设计说明书内容电气设计说明书内容n7.1电气工程设计n7.1.1 设计依据设计依据n本设计依据招标文件有关要求及以下国家相关的电气设计规范。n10KV及以下变电所设计规范 （GB50053-94）n3-110KV高压配电装置设计规范 （GB50060-92）n低压配电设计规范 （GB50054-95）n供配电系统设计规范 （GB50052-2009）n通用用电设备配电设计规范 （GB50055-93）n电力装置的继电保护和自动装置设计规范 （GB50062-92）n电力工程电缆设计规范 (GB50217-94)n建筑物防雷设计规范 （GB50057-94，2000年版）n工业与民用电力装置的接地设计规范 （GBJ65-83）n建筑照明设计标准 （GB50034-2004）n爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 （GB50058-92）n7.1.2 设计范围设计范围n本工程电气设计包括以下新建和扩建改造工程内容：n 污水厂变电所的设计；n 污水厂所有用电设备配电设计；n 污水厂电缆敷设设计；n 污水厂各构筑物接地设计；n 污水厂防雷设计；n 污水厂各构筑物照明及厂区道路照明设计。n本工程以电源电缆进户电缆头为设计分界点，电缆头以下新建和扩建改造工程部分属本工程设计范围，电缆头及以上部分（电源外线）属当地供电局范围（电源外线投资列入本工程概算）。n7.1.4 负荷计算负荷计算n污水处理厂用电负荷电压等级均为400/230V，分为动力负荷和生产辅助用电负荷两大类。主要动力设备按轴功率计算用电负荷，小型设备按需要系数计算用电负荷，生产辅助用电按单位面积用电指标法计算用电负荷。n经计算，二期扩建工程在10kV侧增加负荷1260kVA；一、二期工程全厂总计算负荷约为1860kVA（功率因数0.95）。n7.1.5 供配电设计供配电设计n 变电所设置及变压器选用n由厂外引双回10kV专用电源至污水处理厂总配电所的高压配电室，双回电源一用一备，当任一回路故障，则切换至另一回路，保证全厂设备正常运行。n污水处理厂的配电电压等级为380/220V级。全厂总变配电所布置在接近用电负荷最大的氧化沟附近，并以380V和10KV放射式馈电方式分别引至进水泵房、污泥脱水车间区域配电所，辅助生产区及生活区的区域变配电所。再就近分区放射式馈电至用电设备。变配电所均为户内型。进水泵房配电所与进水泵房合建；污泥脱水车间配电所与污泥脱水车间合建；辅助生产区及生活区变配电所设置与二期新建的机修仓库合建。n厂区内变配电所采用双电源、双变压器方案。当一回电源或一台变压器故障时，另一路电源或变压器可承担用电负荷计算容量的60%及以上。0.4kV低压母线采用单母线分段运行，进线开关与母联开关联锁，正常工作时，母联开关合上。n污水处理厂变配所二期工程二台现状S9-1000/10，10/0.4kV，1000kVA变压器同时运行，变压器负荷率为约80%。n在二期新建的机修、仓库、变配电间内增设一台SCB10-315/10，10/0.4kV，315kVA变压器，该变电站为紫外线消毒渠（一、二期）、综合楼（一期）、车库仓库化验（一期）、传达室（一期）、抢修用房(二期)、机修仓库食堂(二期)、化学品专用仓库及监控室(二期)等建（构）筑物供电。n 变配电所接线方式n10kV侧采用双电源单母线分段（含母联）的结线系统，两台进线柜及母联柜互锁，禁止同时合闸。在10kV高压配电室增设一台变压器柜，用于增设的生活辅助用电变压器的出线及保护。n变电所0.4kV侧采用双电源单母线分段联络的结线方式，单列布置。n 继电保护n10kV电源进线柜设电流速断及延时过电流保护。n10kV母线联络柜设电流速断保护。n变压器柜设电流速断、过电流、过负荷、低压侧单相接地保护、轻（重）瓦斯保护、温度保护。n10kV电压互感器柜设短路、高压系统接地保护。n10kV出线柜设电流速断和过电流保护。n低压潜水泵电动机除常规保护（短路、过负荷等）外，还设有漏油、渗水及湿度等特殊保护。n低压进线总开关设过载延时、短路速断保护。n高压系统采用智能微机电力监控仪，集电气参数检测、保护、通讯和控制于一体，可实现智能型继电保护、定时或实时采集并向主机传输数据（电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率，有功电能、无功电能。断路器、接触器的分、合闸、故障状态，断路器运行时间、断路器操作次数、事件记录、最值记录、波形信号、故障记录及录波、谐波分析等）、自动事故跳闸、防跳、闭锁和接受主机控制信号等功能。低压系统电气参数检测采用智能电网络仪表，可定时或实时采集并向主机传输数据（电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等）。n 操作方式n高压开关柜采用220V直流弹簧操动机构，设专用直流屏，电源为38AH免维护铅酸电池，低压设备控制电源为交流220V。n7.1.6 计量及无功补偿计量及无功补偿n计量方式采用10kV高压计量，专用计量装置设在污水处理厂10kV进线柜后串接的专用计量柜内。n无功补偿采用低压侧集中补偿的方式，集中补偿时，在低压母线侧设自动电容器补偿柜，保证10kV进线侧的功率因数达0.9以上，满足供电部门的要求。电容器柜内设电抗率6%的调谐滤波电抗器，达到保护电容器和降低谐波危害的目的。n7.1.7 7.1.7 控制方式控制方式n所有的电机运行设备均采用手动和自动两种控制方式，设有手动和自动选择开关，当开关置于手动状态时，可在机旁和控制柜上控制，主要在安装调试和设备检修时使用；当开关置于自动时，可根据工艺流程在PLC上进行单元自动控制，亦可在中控室进行程控和远控，正常时均采用自动控制方式。n二期工程增设的二台进水泵采用变频调速控制。n二期氧化沟二十台曝气转碟采用变频调速控制。n二期四台回流污泥泵中的二台采用变频调速控制。n二期二台剩余污泥泵采用变频调速控制。n7.1.8 7.1.8 电动机启动方式电动机启动方式n进水泵等大功率低压电动机采用软启动或变频启动方式，其它小功率低压电动机采用全压直接起动方式。n7.1.9 7.1.9 电缆敷设电缆敷设n全部电缆采用交联电力电缆和控制电缆，厂区内电缆沿室外电缆沟或直埋敷设，进入户内采用电力电缆沟或电缆桥架敷设，然后穿钢管或PVC管至用电设备。n7.1.10 7.1.10 设备选型设备选型n 10kV高压开关柜采用KYN28-10型金属铠装移开式开关柜，高压开关采用真空断路器。n 380/220V配电装置采用抽屉式开关柜，组合灵活，更换设备操作简单，检修时不影响其它设备的正常供电运行。n 变压器采用低损耗节能型变压器。n 直流屏选用智能免维护型铅酸电池直流屏。n7.1.117.1.11照明照明n室内照明优先选用节能型高效灯具，厂区室外照明保持一期工程的风格，对大池体照明采用高杆灯，同时根据绿化需要，适当选用园型灯具，另外在各主要建筑物重要场所设置应急照明灯具，在主要景观建筑外立面设泛光照明。n7.1.12 7.1.12 防雷接地系统防雷接地系统n变配电间设置工作接地和保护接地，保护接地系统应通过电缆沟的接地干线接到所有的用电设备外壳，形成全厂封闭的接地网络。本工程低压电气接地系统采用“TN-C-S”制，并按要求做好建筑物内等电位联结，低压系统工作接地、电气保护接地、弱电系统接地共用一组接地系统，接地电阻要求不大于1欧。爆炸危险场所接地线为专线。n7.2 仪表及自控设计仪表及自控设计n7.2.1 设计依据设计依据n本设计依据设计招标文件中的有关要求及下列国家相关的仪表及自动化设计规范。n(1)工业自动化仪表施工及验收规范 GBJ93-86n(2)工业计算机监控系统抗干扰技术规范 CECS81:96n(3)电子计算机房设计规范 GB50174-93n(4)计算机软件开发规范 GB8566-88n7.2.2 设计范围设计范围n(1)在线检测仪表的设计；n(2)计算机测控管理系统的设计；n(3)仪表及计算机测控管理系统电缆敷设的设计；n(4)闭路电视监控系统的设计。n7.2.3 仪表设计仪表设计n全厂的检测仪表根据本工程污水处理工艺流程和计算机测控管理系统的要求配置。n仪表的选型除满足被测对象的性质和环境条件、测量范围及精度、防护等级等要求外，还要适合厦门市的气候特点。水质分析、气体检测分析及流量检测仪表均选用进口名牌产品，物位、温度与压力检测可考虑国内先进产品。n全厂新增在线检测仪表设置如下：n(1)进水泵房（已建，增加设备）n(2)曝气沉砂池（新建）n一期氧化沟进水流量计 1台n二期氧化沟进水流量计 1台n DE型氧化沟（扩建）n溶解氧测定仪 4台nMLSS测定仪 2台nPH/T测定仪 2台nORP测定仪 2台n 污泥泵房（扩建）n污泥泵房液位计 1台n回流污泥流量计 1台n剩余污泥流量计 1台n 二沉池（扩建）n 紫外线消毒渠（扩建）n二期出水流量计 1台n 污泥浓缩池（扩建）n 脱水车间（已建，增加设备）n3#的脱水机组进泥流量计 1台n3#的脱水机组加药流量计 1台n 7.2.4 计算机测控管理系统设计计算机测控管理系统设计n监控系统设计遵循以下原则：n 可靠性：选用稳定可靠的工业控制系统产品，硬件上采用备用冗余技术，简化系统结构，减少出错环节。所有关键设备均选用进口名牌性能价格比高的工业控制产品。n 先进性：控制系统应技术先进、性能价格比高。n 灵活性：系统组态灵活，扩展方便，可用性、可维护性好。n 实时性：控制系统对工况变化适应能力强，控制滞后时间短。n本工程一期设计的计算机测控管理系统分为三层，即现场测控层、生产管理层和办公自动化层。其中，现场测控层与生产管理层之间通过10M/100M工业光纤环网进行数据通信和信息交换，生产管理层与办公自动化层之间通过10/100M以太网进行数据通信和信息交换。n7.2.4.1 7.2.4.1 现场测控层现场测控层n现场测控层直接面向生产过程，是计算机测控管理系统的基础，它主要由可编程序控制器（PLC）、液晶显示操作员终端和在线检测仪表等组成。n扩建工程现场测控层新增1个现场PLC分站（4#），氧化沟4-1#RI/O及污泥泵房4-2#RI/O。4#PLC分站位于二期氧化沟控制室内，PLC分站通过以太网与一期计算机测控管理系统联网。新增PLC分站负责的区域如下：n二期扩建氧化沟、污泥泵房、二沉池、加药间、除磷池、紫外线消毒渠、除臭设备(远期)等。n另外，对一期原有PLC分站进行改造，增加扩建改造工程新建的曝气沉砂池、污泥浓缩池及扩建的粗格栅、进水泵房、污泥脱水车间等工艺设备的监控。n现场PLC分站分别接受各自在线检测仪表传输来的模拟量信号，以及水泵电机、转碟曝气机、电动闸门等设备运行状态的开关量信号，对各类信号进行处理和运算，实现程序控制和自动调节，并把主要信息向生产管理层主机传输，或接受生产管理层主机的指令。现场测控终端的主要功能如下：n 数字采集功能：具有模拟量、数字量、脉冲量、状态量的实时数据采集功能；n 数据处理功能：具有数字滤波、数据暂存、冗余备份、事故追忆等功能；n 数据显示功能：能在液晶显示操作员终端上显示文字、表格、图形、曲线及报警，所有显示全部汉化；n 控制输出功能：具有开关量、模拟量输出功能；n 接收中控室主机的调度命令，并进行相应的操作。n本工程中的动力设备除电气设计中的手动控制方式外，在自动化系统设计中还有三种控制方式，即现场控制、集中控制和自动控制。现场控制是在PLC的操作面板上对设备进行独立键控；集中控制是由中央控制室主机完成对全厂所有工艺电气设备的控制；自动控制是自动化系统根据各种工艺参数检测值和状态，按照预定控制程序自动完成特定功能的控制。n三种控制方式可在PLC操作员面板和中控室主机上进行转换，以满足实际工作中调试、检修和自动运行的需要。n各PLC分站的自动控制项目如下：n(1)污水提升泵房分站（1#PLC分站，一期已建）na.粗（细）格栅机n根据格栅前后液位差信号和时间周期自动开停，并与输送机联动。nb.污水提升泵n通过网络与4台污水提升泵的软启动器(一期)和2台污水提升泵的变频器（二期）通信。根据污水提升泵房液位信号自动确定启动的污水提升泵台数和二台变频泵的转速。nc.刮砂机和鼓风机n按预先编制好的程序联动运行来实现，通过调节曝气管路上电动调节阀来实现最佳砂粒沉降。n(2)配电中心分站（2#PLC分站，一期已建）、氧化沟分站（4#PLC分站，二期扩建）na.曝气转碟n根据氧化沟溶解氧信号，通过网络连接曝气转碟变频器，自动控制变频器的开/停、调速。nb.回流污泥泵n回流污泥泵自动控制有三种模式：定回流量控制、进水量比例控制和定MLSS控制。n定回流污泥量控制n根据污水厂长期监测结果编制不同季节、工况和时间对应的回流污泥量设定值来控制回流量。通常白天与夜间按两个不同设定值来控制。n进水量前馈比例控制n根据进水流量按一定比例来控制回流污泥量，此法应实时依据水质检测结果自动适当修正回流比。n定MLSS控制n在回流污泥管道上设置一个在线污泥浓度检测仪，根据进水流量、回流污泥浓度和MLSS目标值，计算出使MLSS浓度等于MLSS目标值所需要的回流量，然后按这个量进行控制。nc.剩余污泥泵n剩余污泥泵自动控制有定量排放、间隔定时排放和随机排放几种方式。随机排放时，可根据进水水质、水量、MLSS浓度和DO浓度等变化，应用模糊控制原理，实现非定量非定时的MLSS浓度计算机在线控制。n回流污泥泵及剩余污泥泵除了以上所描述的控制方式外还有一些外部限制条件，第一种情况，当污泥泵房水位过低时，回流污泥泵及剩余污泥泵都应停止运行并报警，控制二沉池排泥量增大。第二种情况，当污泥泵房水位过高时自动启动剩余污泥泵运行并报警，控制二沉池排泥量减少。第三种情况，当污泥泵房污泥浓度小于4g/L时，剩余污泥泵应停止运行并报警，控制二沉池排池量增大。第四种情况，当回流污泥及剩余污泥泵启动5秒后若PLC没有接收到运行信号，则判定控制电路故障，此时应停止此台泵的运行并报警同时投入备用泵运行。nd.二沉池吸泥机n吸泥机按预先编制好的程序连续运行。n(3)污泥泵房PLC分站（3#PLC分站，一期已建）na.污泥浓缩机n根据污泥浓缩池液位，自动开停污泥浓缩机。nb.离心脱水机组n每台污泥脱水机组自带现场控制柜，自动完成相关设备（如进泥泵、切割机、投药泵、脱水机等）程序控制。要求能根据污泥浓缩池泥位自动控制脱水机的运行，并能根据污泥量及污泥含固率自动控制加药量。在实际运行中，污泥的泥质和泥量会发生变化，为保证脱水机效果不变，应随时调整离心机的工作状态，主要包括分离因数的控制、转速差的控制、液环层厚度的控制、调质效果的控制和进泥量的控制等等。n7.2.4.2 7.2.4.2 生产管理层生产管理层n生产管理层设置于厂区内中心控制室，以操作监控为主要内容，兼有部分管理功能。这一层是面向系统操作员和控制系统工程师的，因此需要配备功能强、手段全的计算机系统，确保系统操作员和系统工程师能对系统进行组态、监视和有效的干预，实现优化控制、自适应控制和模糊控制等功能，保证生产过程正常的运行。n工程师站n负责对系统进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护。具有硬件配置组态、数据库组态、控制回路组态、图形文件组态、趋势文件组态、显示方式组态、报表生成组态、操作安全组态以及组态的在线修改等功能，该站必须对网络系统本身的运行状态进行监督，一旦发现异常，系统工程师能及时采取应对措施。n操作员站n负责为系统的运行操作人员提供良好的人机界面，使操作员可以通过操作站及时了解现场运行情况、各种运行参数的当前值、是否有异常发生等，并通过键盘、鼠标等输入设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、有效、高质。具体功能如下：监控和管理各区域车间级现场站，实时接收现场站采集的全厂工艺流程参数、配电系统电气参数和设备运行状态信号。具有定时巡测、随机点测、分组召测等功能。n同时通过以“自动”或“人一机”对话方式，向各控制分站发送控制指令，对有关设备进行远程遥控。设定工艺参数越限事故的上下限值、各现场PLC的控制参数。并可检测、判断工艺流程中模拟量越限及动力设备出现的故障等事故，若有事故发生时在显示器上显示相应的事故状态，在磁盘上存储发生事故的时间及部位并在打印机上打印出事故通知单。系统对进水流量，SS，PH，BOD5、COD，生物池溶解氧，出水SS，余氯、COD等重要的参数均设置越限报警功能，一旦发生报警能实时地在中心控制室特定区域发出声光报警。建立各类实时信息数据库，该临时数据库通过定时转换程序，送入网络数据服务器数据库中。动态显示全厂工艺流程和各种工艺及电气设备运行参数图表。同时具有历史数据处理功能，能绘制各种参数运行曲线，作出趋势分析，供技术人员分析比较，以便确定最佳运行方案。记录各种事故报警信号以及发生事故前后系统重要参数的实时波形，并分析事故原因，以便改进控制管理方法，保证出水达标，并提高经济效益。操作站接有多媒体投影仪，可将监控画面实时直观显示。两台操作员站互为备用，备用站兼顾后台打印机各种生产报表、趋势图等各种办公事务处理和用于科学计算和计算机辅助设计等工作。n二期扩建工程根据工艺流程的要求，新增主要模拟图、趋势曲线图及报表如下：n 动态模拟图n曝气沉砂池（新建）n氧化沟（扩建）n污泥泵房（扩建）n二沉池（扩建）n浓缩池（扩建）n全厂平面电子地图n全厂工艺流程图n全厂管网总平面图n全厂检测仪表配置平面图n高压配电系统图n全厂PLC自控系统框图n全厂CCTV监控系统配置图n上述图形可局部放大，可用鼠标在屏幕上拖动。流程图上有相关的实时生产过程的动态参数值显示。当动态显示值改变时，设备图形的相应部位也随之改变，例如集水井位置变化时，应随之改变图形的水位。n n 趋势曲线图n所有水质、流量、物位、温度和压力等检测参数的日、周、旬、月、季、年变化曲线，包括（PH/T，ORP，TP，BOD，COD，TOC，DO，SS，MLSS，TN，NH4-N，余氯等）。n所有低压大功率电机的单台机组电气参数的日、周、旬、月、季、年变化曲线。n配电系统电气参量日、周、旬、月、季、年变化曲线。n 报表n包括：生产报表，事故报表，设备开/停机时间表，日、周、旬、月、季、年统计报表，工艺设备累计运行时间表等，具体报表的种类及格式、采集的数据由建设单位确定。n各类报表可在打印机上定时或随机打印，每天定时自动生成反映生产情况的数据文件并存入磁盘建立生产档案，并可提供历史数据检索和查询功能，能显示或打印历史上某一天的生产情况。n7.2.4.3 办公自动化层办公自动化层n办公自动化层由污水处理厂综合楼内的行政管理和有关职能部门的计算机组成,承担有关的生产管理、技术管理、质量管理、成本控制、行政管理和办公自动化等方面的工作。二期扩建工程在一期办公自动化系统基础上完善。n7.2.4.4 7.2.4.4 防雷与接地设计防雷与接地设计n本工程建筑物均属第三类防雷建筑，为使室外仪表、电视监控系统及计算机系统免招雷击损坏，本工程采取防直击雷和防感应雷的措施：n 在由AC220V电源供电的检测仪表，每套PLC（包括微型PLC）及中控室UPS的电源端加装电源避雷器，以抑制出现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸收暂态浪涌电压能量，在保障供电连续的条件下，使仪表、PLC终端及中控室主机等主要设备免受过电压的干扰和侵害。n 在检测仪表420mA DC信号的输出端和PLC终端机的模拟量输入端加装信号避雷器，以抑制信号回路的雷电干扰。n现场测控层与生产管理层之间的计算机采用多膜光缆传输信号，雷电信号不会窜入，不用采取避雷措施。n 在电视监控系统的视频传输线、电源线、控制线上加装过电压防护装置。n 所有仪表与计算机系统设备的外壳均要安全接地，接地电阻1。仪表信号电缆（双绞屏蔽电缆）的屏蔽层应在PLC终端机侧可靠接地。n7.4 CCTV7.4 CCTV监控系统设计监控系统设计n（略）n初步设计图纸目录：初步设计图纸目录：n1.项目代号分解表 初-电301n2.配电中心10kV配电系统图 初-电302n3.配电中心0.4kV配电系统图(一)初-电303n4.配电中心0.4kV配电系统图(二)初-电304n5.配电中心动力布置图 初-电305n6.进水泵房0.4kV配电系统图(一)初-电306 n7.进水泵房0.4kV配电系统图(二)初-电307 n8.粗格栅间及进水泵房动力布置图 初-电308n9.氧化沟(二期)动力配电箱设计图 初-电309n10.氧化沟(二期)控制室变频控制柜及PLC柜布置示意图 初-电310n11.污泥脱水车间0.4kV配电系统图 初-电311n12.机修仓库变配电间高低压配电系统图 初-电312n13.机修仓库变配电间动力布置示意图 初-电313n14.电气设备材料总表 初-电314n15.仪表检测系统图 初-控301 n16.计算机测控管理系统图 初-控302n17闭路电视监控系统图 初-控303n18计算机终端及仪表平面布置图 初-控304n19.自动化控制工程主要设备材料表 初-控305 n2.2.施工图设计施工图设计n2.1电气设计n2.1.1 设计说明n 设计依据n摘要说明初步设计批准的机关、文号、日期及主要审批内容。n施工图设计资料依据。n采用的规范、标准和标准设计。n 电气专业设计内容简介n2.1.2 设计图纸n 厂（站）高、低压变配电系统图和一、二次回路接线原理图：包括变电、配电、用电起动和保护等设备型号、规格和编号。附设备材料表，说明工作原理，主要技术数据和要求。n 各构筑物平面、剖面图：包括变电所、配电间、操作控制间、电气设备位置，供电控制线路敷设；接地装置，设备材料明细表和施工说明及注意事项。n 各种保护和控制原理图、接线图：包括系统布置原理图，引出或引入的接线端子板编号、符号和设备一览表以及动作原理说明。n 电气设备安装图：包括材料明细表，制作或安装说明。厂区室外线路照明平面图：包括各构筑物的布置，架空和电缆配电线路，控制线路及照明布置。n 非标准配件加工详图。n2.1.3 主要材料及设备表n2.2 仪表及自动控制设计n 需要表示出有关工艺流程的检测与自控原理图；n 全厂仪表及控制设备的布置、仪表控制流程图、仪表及自控设备的接线图和安装图；n 仪表及自控设备的供电、供气系统图和管线图、工业电视监视系统图、控制柜、仪表屏、操作台及有关自控辅助设备的结构布置图和安装图；n 仪表间、控制室的平面布置图，仪表白控部分的主要设备材料表。n2.4 施工图工程案例施工图工程案例n工程名称：同安污水处理厂改扩建工程（二期）n工程简介：同安污水处理厂位于厦门市同安区，一期工程规模为5万m3/d。二期扩建规模为5万m3/d，扩建后总处理规模为10万m3/d。采用氧化沟工艺，出水水质一级B标准。2009年4月完成施工图设计。本人为电气、仪表及自控的专业设计负责人。到此结束谢谢大家！