淺談智慧水務配電能效系統(tǒng)在城市供水中的應用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

　　摘 要：隨著城市化進程不斷加快，對城市供水質(zhì)量也提出了更高的要求。智慧水務系統(tǒng)是一種比較先進的城市供水管理系統(tǒng)，將其運用到城市供水系統(tǒng)管理中，對提高城市供水的管理能力及保障用水安全能力具有至關重要的作用?；诖?，本文就智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的應用展開具體分析與討論。

　　關鍵詞：智慧水務系統(tǒng)；城市供水

　　智慧水務系統(tǒng)的運行主要是依賴云計算技術、物聯(lián)網(wǎng)技術及傳感器技術等眾多的現(xiàn)代化技術手段。隨著人們生活水平的不斷提高，對城市用水的質(zhì)量也提出了更高的要求。而不斷地將智慧水務系統(tǒng)運用到城市供水系統(tǒng)中，不僅可以有效緩解城市供水壓力，而且還能在一定程度上完善整個城市供水系統(tǒng)的使用功能，從而保證居民的用水安全。

1 智慧水務系統(tǒng)的概念

　　智慧水務系統(tǒng)主要是在物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術及射頻識別技術的基礎上建立的一種新型水務管理系統(tǒng)，其不僅可以有效提高整個城市水務管理活動的開展效率，而且還能緩解城市用水壓力。此外，城市智慧水務系統(tǒng)中還包含有大量的數(shù)據(jù)信息，這能為城市相關水務工作的展開奠定良好的基礎。智慧水務系統(tǒng)管理網(wǎng)絡的復雜性，在一定程度上為相關水務管理部門提供了更具有針對性的數(shù)據(jù)資料，這不僅可以有效促進相關水務工作的有序展開，而且還能帶動整個水務部門的穩(wěn)定發(fā)展。

2 城市智慧水務系統(tǒng)的建設路徑

　　2.1 智慧水務的總體框架

　　城市智慧水務系統(tǒng)的總體框架主要由應用層及用戶層兩部分組成。其中，用戶層主要由管理人員、業(yè)務人員及公眾人員組成，其能有效實現(xiàn)信息的自動采集，從而不斷完成相應的集成管理目標［1］ 。此外，智慧水務系統(tǒng)的建立還有效拉近了水務部門與其他部門之間的關系，且縮短了與大眾之間的距離，這能幫助水務部門及時了解大眾需求，從而有效提高整個水務工作的開展效率。智慧水務系統(tǒng)中的應用層能實現(xiàn)水務業(yè)務方面的集成化管理，從而不斷提高整個水務工作開展的科學性及合理性。水務方面的管理工作主要包括：水工安全管理、水生態(tài)管理、城市供排水管理及防汛減災管理等幾方面。因此，在建設城市智慧水務系統(tǒng)時，應綜合考慮城市發(fā)展的各個方面，使智慧水務系統(tǒng)為相關水務工作的展開提供服務。

　　2.2 信息采集傳輸層

　　智慧水務系統(tǒng)信息采集傳輸層主要運用物聯(lián)網(wǎng)技術，而物聯(lián)網(wǎng)主要是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上建立起來的。物聯(lián)網(wǎng)主要是指物物都能相連的網(wǎng)路。智慧水務系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術借助網(wǎng)絡設備、數(shù)采模塊及現(xiàn)場儀表等實現(xiàn)對城市水資源信息的實時監(jiān)測，以保障整個城市水資源使用的安全性。此外，隨著科學技術的不斷發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷更新，物聯(lián)網(wǎng)領域不斷拓展，在一定程度上帶動了整個城市朝著更加高效化及信息化的方向發(fā)展。

　　2.3 數(shù)據(jù)層

　　數(shù)據(jù)層是整個智慧水務系統(tǒng)的核心，其包含大量的數(shù)據(jù)信息，也是整個智慧水務系統(tǒng)的主要信息來源。為了有效提高智慧水務系統(tǒng)的使用效果，相關人員應首先建立較為完整的數(shù)據(jù)庫及基礎設施，以促進數(shù)據(jù)層的資源整合，為相關業(yè)務應用活動的開展提供一定的數(shù)據(jù)支持。此外，隨著城市化發(fā)展進程的不斷加快及人們生活水平的不斷提高，未來智慧水務系統(tǒng)的發(fā)展將朝著對水務業(yè)務方面進行數(shù)據(jù)挖掘的方向發(fā)展，這樣才能完善整個智慧水務系統(tǒng)，從而為人們的用水提供便利。

　　2.4門戶層

　　城市智慧水務系統(tǒng)的門戶層主要包括行業(yè)門戶與公共信息門戶兩種。其中，管理人員主要負責對內(nèi)部門戶進行維修，而業(yè)務人員可以通過行業(yè)門戶實現(xiàn)與其他業(yè)務人員之間的溝通與交流，這能有效促進相關水務工作的有序展開，從而不斷提高智慧水務系統(tǒng)的服務水平。此外，公共信息門戶的建立，可以為城市用戶的咨詢提供一條信息渠道，幫助用戶及時獲取水務管理方面的信息，從而促使公眾積極參與到水務建設中來，進而有效提高整個水務工作開展的公開性、透明性與有效性。

　　2.5數(shù)據(jù)管理平臺

　　建立數(shù)據(jù)管理平臺的主要目的是有效整理與存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，這樣不僅可以有效促進相關水務工作的有序展開，而且還能為其他部門提供數(shù)據(jù)支持。其中，數(shù)據(jù)管理平臺對數(shù)據(jù)進行整合的作用主要表現(xiàn)在兩方面：第一，通過數(shù)據(jù)管理平臺對數(shù)據(jù)進行整合，可以保證整個數(shù)據(jù)的存儲完整性，并能及時將數(shù)據(jù)進行備份與存儲，從而有效提高數(shù)據(jù)存儲的安全性；第二，通過數(shù)據(jù)管理平臺的數(shù)據(jù)整合，能有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)集約化管理，從而不斷節(jié)約存儲空間，降低數(shù)據(jù)存儲成本。因此，數(shù)據(jù)管理平臺的建立對有效提高數(shù)據(jù)存儲的安全性及促進相關水務工作的開展都具有至關重要的作用。

3 智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的實際應用

　　城市智慧水務系統(tǒng)的建立，不僅可以實現(xiàn)對資源的有效整合，而且還能有效促進城市的快速穩(wěn)定發(fā)展。接下來，筆者就對智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的實際應用展開具體分析。

　　3.1 建立供水管理智慧服務平臺

　　為了有效促進智慧水務系統(tǒng)在城市供水系統(tǒng)中的有效應用，應利用數(shù)字化技術、網(wǎng)絡技術等建立供水管理智慧服務平臺，以促進數(shù)字化供水體系的建立，從而實現(xiàn)資源信息共享及視頻監(jiān)控功能。此外，數(shù)字化供水體系的建立還能為相關人員的業(yè)務活動辦理提供便利，從而提高水務工作的開展效率。在建立供水管理智慧服務平臺時，還應結合人們的實際生活需求，使水務工作的開展能更加便民化、人性化，以為人們的用水提供更加便利的服務［2］。

　　3.2 信息資源系統(tǒng)的建立

信息資源系統(tǒng)也是影響城市智慧水務系統(tǒng)使用質(zhì)量的關鍵因素。隨著我國城市化建設進程不斷加快，相關部門加大了對水務系統(tǒng)的資金投入與管理力度，但是，其大多都集中在工程項目的建設方面，對信息系統(tǒng)建設方面的投入?yún)s很少，影響了整個智慧水務系統(tǒng)的使用效率。因此，我們應不斷建立信息資源系統(tǒng)，有效促進城市水務工作的高效展開，從而為用戶提供更加便利化的服務。

4 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

4.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、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度，監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，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(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、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(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)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(tǒng)

4.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

4.4.2電能質(zhì)量監(jiān)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(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、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)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(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、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(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

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(qū)域。

將所有有關能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)統(tǒng)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(huán)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(tǒng)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(huán)比、對標等。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，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際xian進指標對標，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、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

4.4.6電氣安全

①電氣火災監(jiān)測：監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)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(jù)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(tǒng)接入消防應急照明指示系統(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消防設備電源監(jiān)測：監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設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備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、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，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)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(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(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

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關狀態(tài)，逆變器運行監(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)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D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)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

4.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)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(tài)。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(zhuǎn)、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(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

5 相關平臺部署硬件選型清單

6結語

　　將智慧水務系統(tǒng)運用到城市供水系統(tǒng)中，對有效提高城市用水質(zhì)量及不斷促進城市的可持續(xù)發(fā)展具有至關重要的作用。因此，我們應首先認識與了解智慧水務系統(tǒng)的概念，進而從智慧水務的總體框架、信息采集傳輸層、數(shù)據(jù)層、門戶層及數(shù)據(jù)管理平臺等方面不斷完善城市智慧水務系統(tǒng)，并將其運用到城市供水系統(tǒng)中，以促進城市水務工作高效開展，為人們使用生活用水提供更加便利化的服務，不斷提高人們的用水安全性。

參考文獻：

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[2]鄭浩,饒志華,方祿發(fā)等.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務系統(tǒng)設計[J].科技廣場，2016(7):179-182.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。