任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：通過地下污水處理廠工程實(shí)際案例及相關(guān)規(guī)范，介紹了地下水廠內(nèi)的照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)、照明控制、配電方式、燈具選型等，并以工作人員需求出發(fā)，探討了地下箱體內(nèi)智能照明的控制要求及實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：地下；污水處理廠；智能照明；照明控制；照明配電

0引言

根據(jù)《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》要求，十三五期間，我國需加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加大黑臭水體整治力度，要求地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi)。為此，各地新建污水處理廠日益增多，水廠選址問題日益突出，一方面城市建設(shè)用地資源緊缺，且征地越來越困難，另一方面污水處理廠對(duì)周圍大氣環(huán)境有一定的污染，造成周邊地區(qū)土地價(jià)值下降，甚至容易引起民眾不滿。為應(yīng)對(duì)土地資源限制和滿足更高生態(tài)環(huán)境需求，我國城市污水處理廠建設(shè)開始向地下尋求空間。地下污水處理廠一般將所有功能部分集成于一個(gè)地下箱體，箱體豎向分2層，上層為設(shè)備和操作巡視層，下層為池體和管廊。一般箱體單層面積在10000m2左右，大規(guī)模水廠地下箱體單層面積可達(dá)40000m2以上。為便于工作人員日常巡視及設(shè)備操作維修，箱體內(nèi)所有空間均需要設(shè)置適當(dāng)?shù)恼彰鳎瑢?duì)于不同的工藝段，照明要求也不同，本文將以湘潭市河?xùn)|污水處理廠工程為例，詳細(xì)介紹地下污水處理廠照明設(shè)計(jì)方法。

1地下水廠照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)

包含格柵間、加藥間、脫水間及變配電間等多個(gè)獨(dú)立房間，大面積的生化池、二沉池的池頂設(shè)備層，以及管廊、通道及樓梯間。水廠內(nèi)放置大量的機(jī)電設(shè)備、管道、纜線、儀表等設(shè)施，且經(jīng)常有運(yùn)維人員操作、巡視、維護(hù)，因此需要提供良好、可靠的照明系統(tǒng)作為安全、高效工作的保障。

照明設(shè)計(jì)內(nèi)容依據(jù)相關(guān)規(guī)范包括：一般照明、局部加強(qiáng)照明、應(yīng)急疏散照明、應(yīng)急備用照明和燈光疏散指示五個(gè)部分。

一般照明--設(shè)置于箱體內(nèi)所有部位，用于日常工作人員操作、巡視、檢修，其地面平均照度要求依據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)置。

局部加強(qiáng)照明--設(shè)置在工序復(fù)雜、設(shè)備集中部位，供工作人員進(jìn)行長時(shí)間操作或仔細(xì)觀察現(xiàn)場(chǎng)情況。

應(yīng)急疏散照明——當(dāng)水廠發(fā)生火災(zāi)等緊急情況，主電源不能正常工作時(shí)，在人員疏散通道上應(yīng)開啟應(yīng)急疏散照明燈，水平通道平均照度不低于1lx,樓梯間平均照度不低于5lx。應(yīng)急照明電源持續(xù)時(shí)間不小于60min2]。

應(yīng)急備用照明——在水廠變配電間及消防控制室、消防配電室等在發(fā)生火災(zāi)時(shí)需要繼續(xù)工作的場(chǎng)所內(nèi)，應(yīng)設(shè)置應(yīng)急備用照明，其照度應(yīng)與該場(chǎng)所正常照明照度相同，應(yīng)急電源持續(xù)時(shí)間不小于180min。

燈光疏散指示——在地下箱體出入口及各防火門上方應(yīng)設(shè)置安全出口標(biāo)志燈，疏散通道沿線設(shè)置方向疏散指示燈，間距不大于20m。

2工程設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1工程概況

本次介紹的地下水廠案例為湘潭市河?xùn)|污水處理廠。地下箱體長247m,寬52m,分為上下2層(圖1)。包括進(jìn)水泵房、格柵間、生物反應(yīng)池、二沉池、鼓風(fēng)機(jī)房、脫水機(jī)房、加藥間以及地下變配電間等部分，全部照明面積超過1.6萬m2。

2.2照明設(shè)計(jì)方案

2.2.1一般照明設(shè)計(jì)

依據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,箱體內(nèi)不同部位按表1照度設(shè)置一般工作照明。

生物反應(yīng)池、沉砂池池頂部分是整個(gè)箱體照明區(qū)域的主體，面積超過9000m2,主要為平面無高差，幾乎無遮擋物，梁下凈空5m?？紤]經(jīng)濟(jì)性及維護(hù)要求，燈具不宜布置過密集，同時(shí)因?qū)痈咻^低，為達(dá)到照明均勻度要求，采用特廣照型配光曲線的吊燈，光源為250W金鹵燈，距地面4.5m安裝，平面上按7.5m×7.5m陣列布置。

乙酸鈉投加間、次氯酸鈉投加間等加藥間空間較小且設(shè)備集中，采用T8熒光燈管照明，因房間內(nèi)有腐蝕性溶液池，故燈具均為防腐型。

2.2.2應(yīng)急備用照明設(shè)計(jì)

本工程變配電間位于地下箱體內(nèi)，因水廠的消防用電設(shè)備配電也在該配電間中，故當(dāng)有火災(zāi)或其他緊急情況發(fā)生且正常電源被切斷時(shí)，變配電間內(nèi)應(yīng)維持正常照度。

變配電間內(nèi)采用自帶蓄電池的T8熒光燈管，電源引自單獨(dú)設(shè)置的應(yīng)急照明配電箱，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防系統(tǒng)信號(hào)控制應(yīng)急照明箱切斷燈具的充電線，強(qiáng)制燈具點(diǎn)亮。

2.2.3應(yīng)急疏散照明設(shè)計(jì)

應(yīng)急疏散照明設(shè)置于箱體內(nèi)所有通道及樓梯間，在狹長的平面無遮擋物的通道采用吊裝熒光燈管照明，在管廊內(nèi)，因存在多層走道，且管道錯(cuò)綜復(fù)雜，僅靠吊裝燈具無法滿足要求，需在兩側(cè)墻壁安裝壁燈作為輔助照明(圖2)。

樓梯間照明采用紅外感應(yīng)觸發(fā)開啟的燈具，僅在有人通過時(shí)點(diǎn)亮。

疏散照明燈具電源引自各防火分區(qū)的應(yīng)急照明配電箱。

2.3燈具選型

地下水廠特別是下層的管廊內(nèi)各種管線錯(cuò)綜復(fù)雜，儀表、閥門繁多，人員活動(dòng)空間相對(duì)狹小，有時(shí)燈具會(huì)因條件限制安裝在較低處，很容易被人體接觸，或在搬運(yùn)設(shè)備、管道時(shí)遭受撞擊而損壞、漏電。因此管廊內(nèi)所有照明燈具均應(yīng)為I類防觸電保護(hù)燈具，且能觸及到的可導(dǎo)電部分需與固定線路中的保護(hù)線可靠連接，光源應(yīng)具有防外力撞擊的外殼保護(hù)。

因長期受地下水侵蝕，地下箱體內(nèi)常年空氣潮濕，且有混凝土墻體漏水及水管爆管風(fēng)險(xiǎn)，因此燈具應(yīng)選擇防潮型，且防護(hù)等級(jí)不低于IP54。

3照明配電及控制

3.1照明配電設(shè)計(jì)

地下水廠一般工作照明為三級(jí)負(fù)荷，應(yīng)急照明、消防疏散照明為二級(jí)負(fù)荷。每個(gè)防火分區(qū)均設(shè)置正常照明配電箱和應(yīng)急照明配電箱。其中正常照明配電箱電源直接引自變配電間，應(yīng)急照明配電箱除由變電站提供一路電源外，另在箱內(nèi)設(shè)置EPS(EmergencyPowerSupply)作為備用電源，以滿足二級(jí)負(fù)荷要求。同時(shí)，應(yīng)急照明箱設(shè)置母線電壓檢測(cè)器，當(dāng)電源停電時(shí)可向監(jiān)控中心報(bào)警，以便及時(shí)采取措施。

3.2控制方式

3.2.1照明控制需求分析

一般地下水廠空間較大，每個(gè)房間內(nèi)安裝十幾甚至幾十套燈具，房間出入口相距甚遠(yuǎn)，日常工作人員巡視的路線較長，巡視員從箱體入口進(jìn)入水廠，并通過一扇扇防火門依次通過每個(gè)分區(qū)，完成巡視。在這個(gè)過程中，巡視員從某個(gè)房間一端防火門進(jìn)入房間時(shí)開啟房間內(nèi)照明，至另一端防火門離開房間時(shí)關(guān)閉照明。巡視一般不走回頭路。

隨著技術(shù)進(jìn)步，地下水廠管理水平也在不斷提高。新近出現(xiàn)的基于BIM(BuildingInformationModeling)和GIS(GeographicInformat*tem)的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)和巡檢機(jī)器人技術(shù)，使管理員可以在中控室上位機(jī)上隨意調(diào)出現(xiàn)場(chǎng)任意位置的實(shí)時(shí)畫面，甚至可以遠(yuǎn)程進(jìn)行維護(hù)操作。這要求地下箱體內(nèi)的照明均可在中控室進(jìn)行集中遠(yuǎn)程控制或編程自動(dòng)控制，這應(yīng)該成為新建地下水廠照明控制的基本需求。

無論從照明布線角度，還是控制需要，傳統(tǒng)的翹板開關(guān)控制方式不能滿足地下水廠照明需求。

3.2.2智能照明控制系統(tǒng)

對(duì)于較復(fù)雜的照明控制，可采用智能照明控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這種系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大型樓宇、酒店、會(huì)館等領(lǐng)域，其代表產(chǎn)品有施耐德的C-bus系統(tǒng)和ABB的i-bus系統(tǒng)，其特點(diǎn)是采用簡單的布線即可搭建規(guī)模龐大的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)豐富多樣的控制策略。針對(duì)工程需要，系統(tǒng)可輕松實(shí)現(xiàn)以下控制效果：

-通過智能面板手動(dòng)控制任意回路開關(guān)；

-通過傳感器對(duì)燈光進(jìn)行自動(dòng)控制，如人來燈亮，人走燈滅(暗);

-通過手持遙控器對(duì)燈光進(jìn)行控制；

-預(yù)設(shè)多個(gè)不同場(chǎng)景，及對(duì)應(yīng)的照明效果；

-通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程控制或編程控制。

在智能照明控制網(wǎng)絡(luò)(如圖3)上，每組燈具(回路),每個(gè)開關(guān)或傳感器都可看做網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們彼此之間采用總線串接，并憑借自己獨(dú)立的地址可實(shí)現(xiàn)相互通訊。這使得照明布線變得簡單，大大降低了施工難度。

通過上述分析，地下水廠適合采用智能照明控制系統(tǒng)，工程在每個(gè)照明控制箱內(nèi)安裝智能照明控制模塊，并通過以太網(wǎng)接口與箱體內(nèi)交換機(jī)相連，交換機(jī)將所有控制模塊信號(hào)匯總后通過光纖上傳至水廠綜合樓的中控室上位機(jī)。

4安科瑞電氣針對(duì)智慧城市水務(wù)建設(shè)推出能效管理解決方案----AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)

4.1平臺(tái)概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析、治理裝置，用于監(jiān)測(cè)污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

4.2平臺(tái)組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺(tái)、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

4.3平臺(tái)拓?fù)鋱D

4.4平臺(tái)子系統(tǒng)

4.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對(duì)水務(wù)配電系統(tǒng)中34kV、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警。

監(jiān)測(cè)變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報(bào)警等數(shù)據(jù)。

4.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測(cè)其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對(duì)應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.4.3電動(dòng)機(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。高效、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計(jì)量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對(duì)比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。

能效分析按三級(jí)計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對(duì)各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對(duì)標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢(shì)圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/先進(jìn)指標(biāo)對(duì)標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

4.4.6電氣安全

（1）電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

（2）消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動(dòng)疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設(shè)備電源監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)備可以正常投入使用。

（4）防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動(dòng)閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號(hào)。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，能指示報(bào)警部位并保存報(bào)警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.4.7環(huán)境監(jiān)測(cè)

污水廠、自來水廠、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8分布式光伏監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運(yùn)行監(jiān)視，對(duì)逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以曲線方式繪制上述監(jiān)測(cè)的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺(tái)結(jié)合廠區(qū)實(shí)際分布情況，通過3D或2.4D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。

4.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺(tái)通過2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

4.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.2智能照明系統(tǒng)

4.5.3電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.4消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.5防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.6消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

5結(jié)語

目前大型地下水廠內(nèi)的照明設(shè)計(jì)方法多樣，各有自身的優(yōu)點(diǎn)和不足，本文以實(shí)際工程為例，探討了在地下水廠特殊工程環(huán)境下，照明燈具的布置方法，同時(shí)，結(jié)合實(shí)際使用需求，提出了照明的控制方案。作者認(rèn)為，隨著同類工程經(jīng)驗(yàn)的積累，建設(shè)水平的不斷提高，特別是針對(duì)大型地下環(huán)境的新產(chǎn)品不斷研發(fā)，包括控制方案在內(nèi)的照明設(shè)計(jì)以實(shí)踐為基礎(chǔ)不斷探索新思路，勇于創(chuàng)新，努力為運(yùn)營人員提供更人性化更安全的工作環(huán)境。

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作者簡介：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務(wù)研究發(fā)展。