浅析地下污水处理厂智能配电能效与照明系统的应用研究

任运业

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年来，人们生活质量不断提高，市政建设的要求也在不断提高，许多大、中型城市已经着手建立地下污水处理系统。因为地下污水处理厂的所有结构都是在地下，且体积很大，因此其灯光系统非常复杂，如果使用常规的灯光控制系统，必然会带来劳动量大、控制成本高、能耗大等问题，对此，在地下污水处理厂建设中，有必要采用智能照明系统。文章结合工作实践，首先分析了地下污水处理厂中应用智能照明系统的意义，然后探讨了智能照明系统的特点以及应用原则，及其在污水处理厂中的实践应用，以期为相关人员提供参考。

关键词：污水处理厂；智能照明系统；应用策略

引言

随着信息技术的不断完善，智能照明系统的发展也越来越快。在传统工业工程照明方面，一般都是在进、出口安装大功率电源，通过大功率电源来进行照明。但当控制区面积过大，或是灯光负荷过大时，则难以实现对现场照明的灵活管控。地下污水处理厂因其占地面积大，照明线路多，若使用常规照明方式，不但建设费用高昂，还难以对照明进行便捷的管理。因此，相关人员应积极研究智能照明系统在地下污水处理厂的应用。

一、地下污水处理厂中应用智能照明系统的意义

该配当前各类建筑物中，灯光消耗的电力为10%~20%。如果在大型的地下污水处理厂内，借助已有的总线技术，可以对其进行智能化的控制。鉴于当前灯光布局既分散又过分集中的现状，期待一种新型的智能化控制方式，从传统的“随手开关"向可选的“场/智能化主控开关"转变。除此之外，该系统还可以汇总并对用户参与的实时数据进行智能分析，实现降低运行和维护费用，实现“人、环境、建筑"三者的协调统一。

二、智能照明系统特点分析

1智能控制灯光

智能照明系统对照明的控制，主要是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，借助红外遥感装置、手动操作控制面板等不同的控制元素，可以按照不同的要求，按照不同的时间、不同的用途以及不同的照明效果，提前设定不同的照明场景，使用者可以利用场景切换来实现灵活、方便地照明控制。比如，出水区进、出口设置单控制的灯光开关；在巡视或工作过程中，若在出水水域中打开了灯，那么到了下一片水域后，就不能将灯关掉了，而是要按照来时的路线，将对应的灯关掉。如果要去大型水池区域关灯/打开灯，则需要走回入口关灯。而在出口处，安装两个控制开关可以有效解决上述问题，但是由于线路数目过多，将导致建设费用显著增加，而且仅仅是两个控制开关还无法保证操作运行的便捷性。在没有人巡视地下污水处理厂时，只打开安全照明，这样可以更好地节约能源，在汽车进出的道路上，可以随着光线的改变，自动地调整到人类视觉舒服的程度。在有维修工人进出时，维修工位上的灯会自动点亮，维修工位上的灯会在维修工位上自动熄灭，使用简便，节约能源。

2节能降耗

在地下污水处理厂中，存在着大量的灯具和照明回路，如果没有后台对其进行控制和控制，那么因为它的占地范围比较大，所以很难对整个区域进行巡查，从而导致电能的浪费，也就不可能真正做到应需照明。对此，智能照明系统能够准确设定并控制不同时间、不同环境下的光照，从而达到最大限度地节约能源。根据不同日期、时间、场景，按照每个功能区域的运作情况，提前对其进行关照设定，在不需要照明时，确保将灯关掉，这样就可以大幅度减少地下污水处理厂的能耗。

3美化环境

良好的照明系统设计，不但可以使地下污水处理厂的环境变得明亮，而且还可以使操作员的工作更加方便有效，为操作员创造一个良好的工作环境。首先，可以改善照明质量。该智能照明系统用一个调光组件来取代以往的开关式灯光控制，能够对每个房间的灯光进行总体的调节，从而改善灯光的均匀程度。此外，本设计还采用了智能化的灯光技术，有效防止了频闪的影响。其次，可以实现多种照明效果。可以很容易地实现各种不同的灯光场景控制方案，根据不同时间、用途、效果，采用对应的预先设定的情景来进行控制，从而获得各种不同的灯光效果。

4提高照明设备使用年限

该智能灯光控制装置使用软起停技术，可有效防止灯丝受到热震，从而更好地延长了灯泡的使用寿命。在城市污水处理工程中，由于要进行大范围的灯光布置，且灯光的数目较多，在某些地区灯光布置较为复杂，灯光的智能化可以将灯光的使用寿命提高2~4倍。既可节约灯管数量，又可大大减轻灯管的更换工作，节约了灯光设备的运营成本。

5安装简单便捷，无需修改线

当全部设备都装好之后，每个设备的地址代码都可以用软件来设定，这样就可以形成相应的控制关系。因为该系统只在输出装置和负荷间采用负荷电缆进行联接，所以可以节约很多本来要联接到常规开关上的电缆，从而减少了设备的安装和建造时间，节约了人力成本。

6提高管理水平，降低维修成本

在照明控制方面，智能照明控制系统主要采用的是模块式自动控制，而手动控制则是辅助。将照明预置场景的参数以数字形式保存在可抹除可编程ROM中，可以很容易地对这些信息进行设定和更换。此外，由于灯具的使用寿命得到了极大的提升，使得照明管理和设备维护都变得更加容易。实现对一般照明人工开关的智能化管理，使得污水处理厂的管理者可以在照明控制系统中应用高质量的管理理念，大大降低污水处理厂的运营和维修成本，获得巨大的经济效益。

三、地下污水处理厂智能照明系统应用原则

保证系统运行安全可靠。智能照明系统的总线为24V供电，有效降低了发生触电事故的几率。提高地下污水处理厂照明系统维护管理的便捷性。智能照明设备可以按照不同场合的应用要求，进行任何形式的灵活组合，并可以将每个电路分别进行细分。该系统还可以实现定时控制、调光、自动调光、遥控控制等功能。减少污水厂照明系统运行能耗。智能照明系统可以依据工作场所的特点，调整灯具的亮度以及照明范围，并可以通过智能照明系统的开关，在中央控制室进行遥控。减少地下污水处理厂建设成本。使用智能照明控制系统的总线布线模式，将全部的照明线路都直接连接到了配电箱，不管在哪个地方，只要就近引入2根信号线，并将其串联起来，就可以完成对照明系统的控制，这样就可以节省很多的电缆和管件。当需要改变配电盘的安装位置或控制区时，无需再布线即可改变控制模式及控制对象。

四、地下污水处理厂智能照明系统应用

1耦合器

支线层：每个分支可以连接32台装置，而可程序控制的总线装置可以为用户程序配置提供255台输入/输出资源。区域层：一个区域最多可容纳255条分支，最多可连接255×32=8160总线装置，提供255×255=65025个I/0资源，以供使用者程式配置所用。

2开关驱动器

该切换驱动装置有4个输入开关量，4个输出继电器和4个测量电流的功能；开关量的输入可以接入开关、报警、红外人体感应器等信号，继电器的输出可以控制照明、电机、报警等开关回路，每一个继电器的输出回路都具有电流检测的功能。该产品具备延迟启动，磁保持（自锁），掉电记忆等多项性能。

3智能调光模块

智能调光模组有4个开关输入和0~10V的模拟信号输出功能；开关量输入可以接入开关、报警、红外人体感应器等信号，也可以与传统的照明开关信号相连接，将外接信号转化为总线信号，展开对系统的联动控制，模拟量输出可与0~10V输入的调光器等设备相连接。

4智能触摸屏幕

智慧触摸屏幕待机20s后，屏幕的光亮会自动下降；具备利用软件进行遥控编辑管理的功能，采用嵌入式系统；具有场景显示、调光、集中控制等多种功能。触摸屏幕可以按照要求更改任何图形及展示功能，可以定制按键功能，达到中央控制面积的目的。针对不同的功能，进行文本说明，让用户清楚明白。在某一区域安装一块屏幕，就可以集中控制所有的照明设备，方便进行管理。

5中控系统

使用Windows操作系统，简体中文图形操作界面。提供二次开发工具，支持平面图设计，采用拖放方式编辑平面图。具有报警管理、日程安排、历史记录、密码保护、中文菜单形式、图形化编程等功能。可设置控制区域和运行管理权限的授权。具有为实现全部程序设置而设计的图像界面，可以进行编程设定。监控功能。场景控制：在软件功能界面中，可以设定不同的情景模式。情景模式可以在必要的时候增加、减少或改变；时间管理：根据季节、作息、光照的变化，制定照明时间管理程序，可以用菜单或者鼠标控制照明系统各个回路的开关调光。具有实时监测功能，可以显示各照明回路上灯的开关状态，并可通过计算机控制系统实现对每一条线路的自动控制。该软件可以用单子和滑鼠两种方法来表示工作状况，滑鼠所指向的范围内，会出现对应的线路、组数以及工作状况。具备自动检测、监控各部分工作状况的功能。具备报警信息处理功能，能够显示报警区域，报警点的详细位置。提供了查询运行时间记录的能力，并且可以按要求进行灵活设置。

五、智能照明系统在地下污水处理厂中的应用优势

方便布线。仅用2条讯号导线连接至控制开关，可大大节约电线的投入。回路控制。情景操控功能可以实现一台切换多台灯光。管理方便。管理起来很简单，在监控中心就可以完成对整个污水处理厂的管理，系统会根据事先设定的程序来进行开/关灯，这样可以节约人力成本，并且还能全自动运作。此项工作在正常条件下可以节约30%~50%的电力消耗。照明控制更加便捷。员工可以根据实际需求，对灯光进行调整，并将其分成几个区域，形成一种独te的气氛。对外界条件的适应性。利用传感器对光照和环境参数进行数据处理，实现光照空间和周围环境的匹配，对室内照度进行动态调节，可以降低光照条件下的人造光照，实现照明节能。灯具寿命。采用智能化设定的“软起动"方式，有效防止了因瞬间脉冲而引起的损坏，从而提高了照明设备的使用寿命。布局调整。智慧灯光可以按照计划模式进行灯光布置，增加灯光的适用范围，极大减少了升级的成本，并缩短了升级的时间。安全方面。电路和负荷是分开的，回路工作电压是直流24V，这样就算是在开关板发生泄漏时，也可以保证人员的安全，而且，智能控制板还可以进行程序设置，可以任意设定按钮的作用，并有清晰的负荷标识。控制灵活性。①配备可灵活自定义的智能控制板。在防火控制室内安装中央电脑，以实现对整体情况的掌控，既可单路开关对应的灯具，又可以一次开关对应的灯具，同时还能时刻了解到现场的灯具使用情况。②可以在时间上任意变换，时间上可以在电脑上直接输入进行提问。③日间人流量较大时，中央控制电脑可以禁止照明系统现场面板和感应装置的工作，以此提升升降照明系统中灯具的使用寿命。④系统具备光照感知能力，可自动对外界光照进行自动判定。在光照不足的时候，系统会自动打开对应的光源，光照充足的时候，系统会自动将不需要打开的光源关闭。

六、AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

1平台概述

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，重点监测主要用能设备能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

2平台组成

AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

3平台拓扑图

4平台子系统

（1）变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

（2）电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

（3）电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

（4）能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

（5）智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能、舒适目的。

5电气安全

（1）电气火灾监测

监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

（2）消防应急照明和疏散指示

根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

（3）消防设备电源监测

监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

6防火门监控系统

防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

7环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

8分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

9工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

七、相关平台部署硬件选型清单

1电力监控、电能质量、电动机管理及配电室环境监控系统

2智能照明系统

3电气火灾监控系统

4消防设备电源监控系统

5防火门监控系统

6消防应急照明和疏散指示系统

八、结束语

综上所述，若将常规照明系统应用于地下污水处理厂，那么工程造价、电线造价会大幅增加，且难以达到智能化光源运行的便捷与灯光调控的灵活。因此，在地下污水处理厂这样的大空间内使用智能照明系统，不但可以提高工厂的现代化程度，还可以创造出一个舒服的灯光环境，方便进行灯光管理，既可以节约能耗，又可以节省地下污水处理厂的管理费用。

参考文献

[1]张睿哲.地下污水处理厂智能照明系统的应用研究.广州市市政工程设计研究总院有限公司.广东广州

[2]秦成龙,李世涛.智能照明在某地下污水处理厂中的应用分析[J].智能建筑与城市信息,2021(10):170-171.

[3]巫山峡,薛骁.智能照明系统在地下污水处理厂的应用[J].现代建筑电气,2020,11(7):40-43.

[4]郭韬,王瑜,李保泽,等.地下污水处理厂照明系统设计探讨[J].中国给水排水,2020,36(14):99-103.

[5]沈阳.虹桥污水处理厂智能照明系统设计[J].现代建筑电气,2018,9(08):43-45,55.

[6]秦成龙,李世涛.智能照明在某地下污水处理厂中的应用分析[J].智能建筑与智慧城市,2021(10):170-171.

[7]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版