浅谈明渠水体提质工程电气及自控设计
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摘 要：本文描述了明渠水体提质工程电气及自控设计内容，对明渠水体提质工程电气及自控系统设计进行讨论和分析，希望能够为明渠水体提质工程电气及自控系统系统设计提供一定参考。
关键词：明渠水体提质工程；电气及自控设计；视频监控
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.105
0 引言
在城市市政建设中，明渠水体提质工程是提高渠道水体的溶解氧，并始终保持在较高的水平，透明度改善，保持水质不黑臭；遇到雨天污水溢流或其他突发性排污导致水质恶化时，在72小时内使渠道水体恢复至不黑臭状态，改善水体水质。作为整个污水处理系统中重要的组成部分，明渠水体提质工程在新时期中大大提升了城市生活品质。
1 概述
武汉某明渠全长1.2km，渠道宽度为20m。明渠水体提质工程主要工程内容包括明渠水生态修复工程、面源污染削减、清淤工程、生态监测等，其中水生态修复工程配置纳米曝气机5套、潜水推流曝气机16台、水质在线监测设备2套；为方便明渠设备集中管理，新建明渠集中管理房1座。
明渠水体提质工程的工艺、生产设备，其运行状况将直接影响整个明渠水体提质系统安全、高效运行。进一步提高电气、自控的设计和实施水平就显得格外重要。明渠水体提质工程电气及自控设计一般包括：工程范围内用电设备供配电设计、防雷及接地设计、集中控制系统PLC系统配置、水质在线监测、视频监控配置等。
2 电气设计
（1）电气设计范围及内容。根据工艺专业提供的用电设备，按照国家有关电气专业设计规范及标准进行本工程电气设计。以10KV进线电缆终端为界，具体设计内容包括：10KV箱变，管理房、纳米曝气机、潜水推流器、水质在线监测设备、视频监控的配电，防雷接地，电缆敷设设计。
（2）电源及电压。本明渠水体提质工程供电按三级负荷要求进行设计，为单回10KV供电。本工程电源由城市10KV电源引入，电压等级为10/0.4/0.22KV。
（3）设备配套控制柜。各类用电设备配套设置控制柜，防护等级不低于IP55，采用双层门设计，并配有门锁防止误操作。控制柜主要采用手动、自动、远程相结合操作的方式，并预留自动操作和状态采集的接点，作为远程PLC控制用。
（4）计量与功率因数。用电计量方式由供电局确定，设计采用高供高量的计量方式。明渠内其他用电按规范设置电工测量仪表及用电计量仪表。
为了提高用电设备运行功率因数，设计在低压侧采用集中补偿方式进行补偿，无功补偿装置。采取自动投切的方式，满足补偿后10kV高压侧功率因数不低于0.95。
（5）线路敷设。电缆敷设主要采用穿管敷设，电缆保护管埋地敷设时，管顶距地面深度不小于0.7m。对于无法埋地敷设的河段，采用防水电缆；水下电缆不得悬空于水中，应敷设于水底。暴露在空气中的部分应加装碳素波纹管套管并采用卡扣固定；水下电缆不宜在中间设置接头。
电缆敷设通过河道、水渠等障碍时，采用顶部悬挂、侧壁悬挂敷设方式。悬吊架设的电缆与桥梁构架之间的净距不小于0.5m。在桥梁上增加的电缆和附件等设施，不得减小桥底或整条河道的最小净空。
（6）防雷接地。根据计算，本工程不设防直击雷的措施。所有电气设备外露可导电部分、电缆支架等需利用接地干线（PE）可靠接地。建（构）物内所有金属管线、金属构件、金属栏杆、金属门窗及PE线等均作可靠等电位联结。工作接地、保护接地及防雷接地共用接地体，主体建（构）物接地电阻不大于1欧姆，辅助建（构）物接地电阻不大于4欧姆。
380/220V低压配电接地型式采用TN-S系统。高低压电气设备接地保护，以及防雷保护共用一套接地网，接地装置利用构筑物基础内主筋，并引出与人工接地体相连，要求接地电阻不大于1欧。
3 自控设计
（1）PLC系统配置。由于明渠距离较长，各设备均匀分布在明渠内，为便于集中控制，明渠内共设置5套远程分布式I/O系统、2套水质在线监测设备，均通过光纤传输至管理房光纤交换机，最终接入管理房PLC系统以实现对明渠水生态设备的集中控制。
在明渠管理房内设置一台PLC柜，用于明渠内的水生态修复纳米曝气机、潜水推流器、水质在线监测等设备的自动控制，设备和供配电系统的运行状态采集、工艺检测仪表的实时检测数据上传等，将采集的数据与信号通过以太网上传至控制室内，便于站内集中管理，接收中控室的控制指令，实现对工艺设备的远程控制。预留4G无线路由器，通过接入互联网，使明渠可以与智慧城市等更高级别的控制中心进行数据交换和远程控制。
在管理房控制室内设置工程师站，配备工业计算机一台。主要功能为接收控制层传送来的各工段的工艺参数及设备状态。计算机动态显示生产过程，各种工艺参数趋势图，为生产管理提供依据。
PLC站与控制室之间通过100M工业以太网进行数据通信和信息交换，通讯介质为光纤；PLC站与高、低压智能电表之间采用Modbus通訊协议。
（2）明渠水质在线监测。对PH、温度、电导率、溶解氧、浊度、氨氮、氧化还原电位等水质指标进行监测，根据明渠具体情况设置2处水质在线监测点。明渠水质在线监测通过光纤将各信号接入明渠管理房中控室PLC站。
（3）视频系统配置。工业电视（CCTV）监控系统，用以实现明渠内重要设备的监控，便于值班人员及时发现现场问题，排除故障，保证生产的正常进行，实现现场的无人值守。明渠内配置一体化智能球型彩色摄像机，并设置硬盘录像机进行单体视频录像、存储及画面回放，摄像机通过光纤接入明渠管理房中控室。
4 结论
本文以一个常规明渠水体提质工程为例，描述明渠水体提质电气及自控设计中内容和部分注意事项，为类似项目电气及自控系统设计提供了参考和借鉴。
参考文献：
[1]袁钲.浅析雨水及污水提升泵站电气设计[J].水利与电力，2016
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[2]李政芮.电气接地和电气安全问题探析[J].山东工业技术，2016
（01）：172+181。
作者简介：熊艳霞（1979-），女，湖北利川人，硕士，中级电气工程师，研究方向：电气及自控。
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