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?，對于不同的工藝段，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)工作的場所內(nèi)，應(yīng)設(shè)置應(yīng)急備用照明，其照度應(yīng)與該場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)空間相對狹小，有時(shí)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(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負(fù)荷，應(yīng)急照明、消防疏散照明為二級負(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，以滿足二級負(fù)荷要求。同時(shí)，應(yīng)急照明箱設(shè)置母線電壓檢測器，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);

-通過手持遙控器對燈光進(jìn)行控制；

-預(yù)設(shè)多個(gè)不同場景，及對應(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

4.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，重點(diǎn)監(jiān)測主要用能設(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、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平臺拓?fù)鋱D

4.4平臺子系統(tǒng)

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

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

監(jiān)測變壓器、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、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和報(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)維度對比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，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)狻⒗錈崃肯牧?，同環(huán)比對比分析，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。

能效分析按三級計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標(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

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對污水廠、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

監(jiān)測消防設(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。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，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

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?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

實(shí)時(shí)監(jiān)測低壓并網(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，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(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。