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更新時間：2023-10-12
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吳柯霓
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際案例及相關規范，介紹了地下水廠內的照明設計要點、照明控制、配電方式、燈具選型等，并以工作人員需求出發，探討了地下箱體內智能照明的控制要求及實現方案。
關鍵詞：地下；污水處理廠；智能照明；照明控制；照明配電
0 引言
根據《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》要求，十三五期間，我國需加強城市基礎設施建設，加大黑臭水體整治力度，要求地級及以上城市建成區黑臭水體控制在10%以內。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，一方面城市建設用地資源緊缺，且征地越來越困難，另一方面污水處理廠對周圍大氣環境有一定的污染，造成周邊地區土地價值下降，甚至容易引起民眾不滿。為應對土地資源限制和滿足更高生態環境需求，我國城市污水處理廠建設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地下箱體，箱體豎向分2層，上層為設備和操作巡視層，下層為池體和管廊。一般箱體單層面積在10000m?左右，大規模水廠地下箱體單層面積可達40000m?以上。為便于工作人員日常巡視及設備操作維修，箱體內所有空間均需要設置適當的照明，對于不同的工藝段，照明要求也不同，本文將以湘潭市河東污水處理廠工程為例，詳細介紹地下污水處理廠照明設計方法。
1 地下水廠照明設計要點
包含格柵間、加藥間、脫水間及變配電間等多個獨立房間，大面積的生化池、二沉池的池頂設備層，以及管廊、通道及樓梯間。水廠內放置大量的機電設備、管道、纜線、儀表等設施，且經常有運維人員操作、巡視、維護，因此需要提供良好、可靠的照明系統作為安全、高效工作的保障。
照明設計內容依據相關規范包括：一般照明、局部加強照明、應急疏散照明、應急備用照明和燈光疏散指示五個部分。
一般照明--設置于箱體內所有部位，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《建筑照明設計標準》設置。
局部加強照明--設置在工序復雜、設備集中部位，供工作人員進行長時間操作或仔細觀察現場情況。
應急疏散照明——當水廠發生火災等緊急情況，主電源不能正常工作時，在人員疏散通道上應開啟應急疏散照明燈，水平通道平均照度不低于1lx,樓梯間平均照度不低于5lx。應急照明電源持續時間不小于60min?]。
應急備用照明——在水廠變配電間及消防控制室、消防配電室等在發生火災時需要繼續工作的場所內，應設置應急備用照明，其照度應與該場所正常照明照度相同，應急電源持續時間不小于180min。
燈光疏散指示——在地下箱體出入口及各防火門上方應設置安全出口標志燈，疏散通道沿線設置方向疏散指示燈，間距不大于20m。
2 工程設計實例
2.1 工程概況
本次介紹的地下水廠案例為湘潭市河東污水處理廠。地下箱體長247m,寬52m,分為上下2層(圖1)。包括進水泵房、格柵間、生物反應池、二沉池、鼓風機房、脫水機房、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m?。
2.2 照明設計方案
2.2.1 一般照明設計
依據《建筑照明設計標準》,箱體內不同部位按表1照度設置一般工作照明。
生物反應池、沉砂池池頂部分是整個箱體照明區域的主體，面積超過9000m?,主要為平面無高差，幾乎無遮擋物，梁下凈空5m。考慮經濟性及維護要求，燈具不宜布置過密集，同時因層高較低，為達到照明均勻度要求，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備集中，采用T8熒光燈管照明，因房間內有腐蝕性溶液池，故燈具均為防腐型。
2.2.2應急備用照明設計
本工程變配電間位于地下箱體內，因水廠的消防用電設備配電也在該配電間中，故當有火災或其他緊急情況發生且正常電源被切斷時，變配電間內應維持正常照度。
變配電間內采用自帶蓄電池的T8熒光燈管，電源引自單獨設置的應急照明配電箱，當火災發生時，消防系統信號控制應急照明箱切斷燈具的充電線，強制燈具點亮。
2.2.3應急疏散照明設計
應急疏散照明設置于箱體內所有通道及樓梯間，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，因存在多層走道，且管道錯綜復雜，僅靠吊裝燈具無法滿足要求，需在兩側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觸發開啟的燈具，僅在有人通過時點亮。
疏散照明燈具電源引自各防火分區的應急照明配電箱。
2.3燈具選型
地下水廠特別是下層的管廊內各種管線錯綜復雜，儀表、閥門繁多，人員活動空間相對狹小，有時燈具會因條件限制安裝在較低處，很容易被人體接觸，或在搬運設備、管道時遭受撞擊而損壞、漏電。因此管廊內所有照明燈具均應為I類防觸電保護燈具，且能觸及到的可導電部分需與固定線路中的保護線可靠連接，光源應具有防外力撞擊的外殼保護。
因長期受地下水侵蝕，地下箱體內常年空氣潮濕，且有混凝土墻體漏水及水管爆管風險，因此燈具應選擇防潮型，且防護等級不低于IP54。
3 照明配電及控制
3.1 照明配電設計
地下水廠一般工作照明為三級負荷，應急照明、消防疏散照明為二級負荷。每個防火分區均設置正常照明配電箱和應急照明配電箱。其中正常照明配電箱電源直接引自變配電間，應急照明配電箱除由變電站提供一路電源外，另在箱內設置EPS(EmergencyPowerSupply)作為備用電源，以滿足二級負荷要求。同時，應急照明箱設置母線電壓檢測器，當電源停電時可向監控中心報警，以便及時采取措施。
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，每個房間內安裝十幾甚至幾十套燈具，房間出入口相距甚遠，日常工作人員巡視的路線較長，巡視員從箱體入口進入水廠，并通過一扇扇防火門依次通過每個分區，完成巡視。在這個過程中，巡視員從某個房間一端防火門進入房間時開啟房間內照明，至另一端防火門離開房間時關閉照明。巡視一般不走回頭路。
隨著技術進步，地下水廠管理水平也在不斷提高。新近出現的基于BIM(BuildingInformationModeling)和GIS(GeographicInformat*tem)的遠程故障診斷技術和巡檢機器人技術，使管理員可以在中控室上位機上隨意調出現場任意位置的實時畫面，甚至可以遠程進行維護操作。這要求地下箱體內的照明均可在中控室進行集中遠程控制或編程自動控制，這應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，傳統的翹板開關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
對于較復雜的照明控制，可采用智能照明控制系統實現。這種系統已經廣泛應用于大型樓宇、酒店、會館等領域，其代表產品有施耐德的C-bus系統和ABB的i-bus系統，其特點是采用簡單的布線即可搭建規模龐大的系統，實現豐富多樣的控制策略。針對工程需要，系統可輕松實現以下控制效果：
-通過智能面板手動控制任意回路開關；
-通過傳感器對燈光進行自動控制，如人來燈亮，人走燈滅(暗);
-通過手持遙控器對燈光進行控制；
-預設多個不同場景，及對應的照明效果；
-通過網絡實現上位機遠程控制或編程控制。
在智能照明控制網絡(如圖3)上，每組燈具(回路),每個開關或傳感器都可看做網絡上的一個節點，它們彼此之間采用總線串接，并憑借自己獨立的地址可實現相互通訊。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，工程在每個照明控制箱內安裝智能照明控制模塊，并通過以太網接口與箱體內交換機相連，交換機將所有控制模塊信號匯總后通過光纖上傳至水廠綜合樓的中控室上位機。
4.1平臺概述
安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。
4.2平臺組成
AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。
4.3平臺拓撲圖
4.4平臺子系統
4.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控
對水務配電系統中34kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。
監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。
4.4.2電能質量監測與治理
水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。
4.4.3電動機管理
馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和報警。高效、準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
4.4.4能耗管理
為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。
將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。
能耗數據統計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。
能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/先進指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。
系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。
（1）電氣火災監測
監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。
（2）消防應急照明和疏散指示
根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。
（3）消防設備電源監測
監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。
（4）防火門監控系統
防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。
4.4.7環境監測
污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。
4.4.8分布式光伏監測
實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。
平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。
平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
4.5.1電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統
4.5.2智能照明系統
4.5.3 電氣火災監控系統
4.5.4 消防設備電源監控系統
4.5.5 防火門監控系統
4.5.6 消防應急照明和疏散指示系統
5 結語
目前大型地下水廠內的照明設計方法多樣，各有自身的優點和不足，本文以實際工程為例，探討了在地下水廠特殊工程環境下，照明燈具的布置方法，同時，結合實際使用需求，提出了照明的控制方案。作者認為，隨著同類工程經驗的積累，建設水平的不斷提高，特別是針對大型地下環境的新產品不斷研發，包括控制方案在內的照明設計以實踐為基礎不斷探索新思路，勇于創新，努力為運營人員提供更人性化更安全的工作環境。
參考文獻：
[1]高杰.城市地下污水處理廠工程的照明設計 中國照明電器1002-6150(2019)11-024-04
[2]邱維.我國地下污水處理廠建設現狀及展望[J].中國給水排水2017,33(6):18-26.
[3]安科瑞企業微電網設計應用手冊.2022.04版
作者簡介：
吳柯霓，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務研究發展。
當前位置：
