淺談智慧水務配電能效平臺對城市二次供水運營的影響

任運業

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 201801

摘要：近年來，隨著“智慧理念"在各行業領域及人們日常生活中的不斷深入，為未來水務行業帶來了變革式的發展機遇。二次供水作為城市化進程發展過程中的重要元素，對我國城市化進程的建設發展有著良好的推動作用。基于此，本文圍繞智慧水務概念、意義以及城市二次供水發展現狀展開研究，簡要概述智慧水務體系的組成部分，然后分析智慧水務下城市二次供水運營管理實踐，接著探討智慧水務理念下城市二次供水運營管理的未來發展趨勢，希望能為城市二次供水運營管理提供一些新思路與新路徑。

關鍵詞：智慧水務；城市二次供水；運營管理；優化對策

在城市化進程的不斷推進下，對城市供水提出了更高的要求。在此背景下，以智慧水務體系為指導的城市二次供水運營管理模式備受關注。科學的二次供水運營管理，不僅可以提升二次供水的穩定，改善城市二次供水的水質，還可以使城市供水管理更加精細、規范，進而推動城市獲得發展。所以，如何做好城市二次供水運營管理工作，是當前水務單位及相關人員必深入思考與亟待解決的首要課題。

1 智慧水務與城市二次供水運營管理的相關概述

1.2 智慧水務的概念

所謂的智慧水務，是在基于 BIM 技術理念之前提出的“智慧地球"方案，一般具有感知、主動服務、科學決策、自動控制、及時應對等特征。在實踐中，利用數據采集、傳輸等各種傳感設備，對城市供水系統運行狀況進行實時感知和監督。在此基礎上，借助可視化方式將城市水務管理部門和供排水設備進行有機整合，使其形成完整的水務物聯網。

與此同時，通過大數據信息服務系統，一方面可以幫助城市水務系統做好各類污水的處理工作，以此來實現好的運營管理效果，提升水務系統的運營整體效益；另一方面可以檢測、采集、分析相關信息，切實保障水務系統的智慧運行與安全。

1.3 智慧水務的意義

智慧水務體系的應用，不僅可以有效精簡工作人員的水量、提升運營效率與運行效益，實現智能水務平臺的信息化建設，保證水廠的正常運作，還可以有效規范二次供水運營管理流程，減少內部消耗，改善二次供水的水質問題，提高廣大群眾的生活水平。此外，智慧水務系統可以優化供水管網系統、管網新建、擴建設計、供水管網運行調度、管網消毒加氯過程以及防汛排澇等應急系統，既是實現智慧城市目標的基礎和前提，也是促進我國生態水系統智能化、科學化、系統化的重要舉措，有利于實現精細化的供水運營管理。

1.4 城市二次供水運營管理的發展現狀

就目前的情況來看，城市二次供水運營管理的效果并不理想。

其一，二次供水的水質存在安全隱患，這也是近年來備受關注的話題，因二次供水污染引起的安全問題屢見不鮮，而造成這類現象的根本原因是蓄水裝置及管道出現銹蝕，進而滋生了大量的微生物引起水質問題。

其二，水壓不穩定。據相關調查發現，部分建筑企業在選擇二次供水方式時，沒有對施工場所的市政管網進行實地勘察，缺乏對二次供水設備安裝條件的了解、檢測及實驗，而是直接將二次供水設備投入市政管網中使用，不僅沒有解決當地實際的用水問題，還增加了市政管網的運營壓力，為市政管網的持續運行埋下隱患。

其三，能源耗費量過大。在二次供水系統中，水泵電機是主要的動力來源，然而大多數供水設備中只安裝了一對一配置的變頻器，導致水泵始終處于運作狀態，無形之中增加了能源消耗。

2 智慧水務體系的組成部分

2.1 感知層

感知層是智慧水務體系中的基礎功能部分，在實際的運行過程中，水務系統需要采集降水量、水量、水質等各類事實數據，感知層可以對數據進行自動識別、自動感知以及自動定位，進而達到數據處理的目的。

2.2 智能控制系統

在智慧水務的視角下，水務系統是全自動化控制的，不僅具有先進的控制模型，系統處理比較流暢，工序耗能量較低以及良好的處理效果。而且，該系統還可以實現對故障的遠程控制、遠程故障分析解決。通過系統遠程指導現場操作人員識別故障問題發生的原因，提升現場問題的效率。與此同時，完善數據采集和監控體系建設，可以降低設備故障頻率，減少耗材、人工管理和運行材料費用，最大限度地控制系統的運行成本。

另外，在具體的應用中，泵房中的智能控制系統，可以將泵房中的耗水量、水壓、水質、水箱的具體指標信息上傳至數據庫系統。采用無線傳輸或光纖傳輸的方式，將分散于各地的二次供水設備情況及時上傳至數據部，逐漸形成智慧水務理念下的數據信息處理庫。在此基礎上，匯總不同區域、不同季節、不同地區、不同時段的運行特點，并將其遞交給科研院和水務管理行政部門，從而為優化智慧水務二次供水運營管理提供準確、可靠的參考數據。

2.3 共享機制系統

在智慧水務體系中，共享機制系統主要指對各類數據資源的共享。當前，水務系統在運行的過程中會產生大量分散性較強的數據，且對水務系統有著巨大的經濟價值。只不過因這些數據太過分散和專業，若沒有可視化的分析很難被大眾所理解。所以，為改善這類問題，須充分利用互聯網、大數據、云計算、人工稚嫩、物聯網等技術，對各種形式的數據進行存儲、計算、分析、處理和歸納，以便更好的達到合理利用數據的目的。

3 基于智慧水務的城市二次供水運營管理

3.1 建立網絡系統與水質檢測體系

新時期，想要提升智慧水務下城市二次供水運營管理水平，須建立完善的網絡系統與水質檢測體系。首先，通過安裝智能傳感裝置、智能電子閥、智能監控系統以及安全防護措施，形成立體化的監督管理系統，做好指令響應、數據分析、指令下達、數據反饋等工作，以此來提升二次供水系統運行的效率和智能化水平。

其次，二次供水主要是通過各類動力泵與管道傳輸的相互作用，達到二次供水的效果，若在其中建立水質檢測體系，可以結合智能傳感檢測裝置以及監控系統，對實際生產的水質進行評估、分析，從根源上規避水質污染等問題，確保區域內的供水安全與供水質量。

3.2 子供水系統設備運行監控

子供水系統設備運行監控主要指監控泵房的控制系統，可以實時監控二次供水系統的水量、水壓、耗電量、水質、變頻器頻率以及水箱液位，并將二次供水系統運行過程中的相關參數上傳至數據庫，對二次供水設備運行狀況進行集中管理和實時監督，從而做好數據分析、故障預警以及信息反饋等工作。

同時，通過無線傳輸或光纜傳輸的形式，將分散在各點位二次供水設備的運行數據和實時影像傳輸到監控中心進行存儲，形成二次供水大數據庫。根據對大數據信息的分析，總結出不同地域、不同季節、不同時間段的供水數據特點，并將其提供給有關部門和科研院所，為科技研發、技術創新、方案設計、政策制定以及城市規劃提供數據依據。在保證城市二次供水穩定性與安全性的前提下，為智慧水務理念在二次供水運營管理的推行奠定基礎。

3.3 巡檢維護隊伍運行監控

城市二次供水系統的穩定、安全運行，可以有效解決當地居民的用水問題。

所以，為進一步提升二次供水系統的安全性能和穩定指數，監控中心需成立一支專門負責子站巡查與回訪的維修隊伍，及時消除影響二次供水系統安全運行的各類風險隱患。首先，相關部門需加強維修隊伍專門技能方面的培養，具體可采用邀請行業專家深入現場進行指導培訓或外出進修的形式，不斷豐富、更新、維修隊伍的專業知識儲備，使其能夠掌握新的知識與技能，提高整個隊伍的專業巡檢水平。其次，采用各種形式的獎勵機制，充分激發維修人員的工作熱情和動力，努力夯實維修隊伍建設，盡快打造一支專業水平過硬、綜合素養強的維修隊伍。

與此同時，監控中心需實施科學化管理，將定位技術系統應用到調度指揮系統中。根據 實時定位系統提供的有效數據，觀察二次供水系統的運行狀況以及制定切實可行的應急預案，以便快速控制、解決系統運行的風險隱患，避免在設備搶修過程中影響周邊居民的正常用水。

然后，還需細致劃分相關人員的巡檢任務與巡檢責任，由區域領導直接負責區域內各項工作的核查、指導工作，不斷提升參與巡檢人員的專業素養和綜合素質，為二次供水系統的正常運行創造有力的人才保障。

3.4 緊急救險搶修指揮

城市二次供水系統在運營管理的過程中，難免會面臨各種形式的故障因素。對此，監控中心應針對不同類型突發性事件的波及范圍與損害程度，設計不同等級的應急搶險預案，一旦發現二次供水系統運行出現故障，應立即結合故障的重要性、嚴重性、影響程度，對其進行深入的分析與研究，以便提出切實可行的解決方案。

此外，水務部門應與其他部門協同合作，定期組織緊急救險搶修演練和專項培訓活動，確保搶修隊伍具備較強的專業能力和指揮分析能力，保證緊急救險搶修預案能夠有效解決實際的故障問題，切實做好故障預判與故障防范工作，進一步提高二次供水系統的穩定性與安全性。

例如，在夏季暴雨時期、冬季寒潮時期以及其他特殊天氣下，水務部門基本會選擇與氣象部門建立應急聯動機制的形式，實時監測降水、降溫等天氣情況，并做好相應的預防準備工作。同時，與路政部門等協同合作，在二次供水系統救險搶修路段放置警示牌，由路政部門等相關部門工作人員對道路交通進行指揮、疏導，在保證供水系統短時間恢復的前提下，保障周邊道路的交通順暢。

或者，各職能部門通力合作、統一戒備，將搶修任務按照區域或街道進行劃分，再利用網絡監控平臺和信息技術手段，有效落實二次供水系統的多方位維護活動。

3.5 監督服務平臺

為進一步提升二次供水系統運行的穩定性、安全性以及服務質量，水務部門應結合當地供水系統的運行現狀，利用信息技術積極搭建監督服務平臺，創新受理方式與電話服務功能，明確監督電話服務平臺的工作內容，如，二次供水設備的報修、水質水壓、報漏、噪音、供水系統斷水等各類突發故障，按照實際的報修內容對其進行分類辦理，力求快速、有效率地解決供水系統存在的問題與紕漏。

另外，相關部門可以運用官fang網站、微信公眾號、微博等多種平臺，拓寬監督電話的受理范圍與受理渠道，開通專門負責應對緊急情況的 24 小時服務電話，并對電話信息進行及時處理與回訪，強化對二次供水系統的多方位、多層次監控，減少故障問題所造成的經濟損失，幫助企業樹立良好的品牌形象，在實現經濟效益與社會效益雙重發展的基礎上，推動智能水務系統的穩步建設與發展。

4 基于智慧水務的城市二次供水運營管理未來發展趨勢

在大數據時代，二次供水運營管理通過信息化集成的管理模式，實現了供水服務的信息化、智能化以及精細化，而智慧水務作為智慧城市建設發展中的重要組成部門，是解決供水系統“最后一公里"的關鍵節點，也是市政水務發展的必然要求。所以，城市二次供水運營管理的未來發展勢必離不開智慧水務理念以及各類先進的傳感技術。

智慧水務通過物聯網技術管理系統和互聯網技術管理系統，利用云計算技術對二次供水系統進行多方位智能操控，形成智能化、自動化、集成化于一體的水務管理系統。

例如，二次供水系統中存在水質、水壓以及耗能等問題，都可以通過智慧水務得到有效地改善與結局。由此，智慧水務是市政水務企業未來須面臨的發展方向。

并且，受各方面因素的想象，二次供水設備、設施基本上屬于全體業主的共有資產，這就在一定程度上增加了二次供水后續運營管理的難度，導致供水設備出現維修不及時以及老舊小區二次供水設備無人管理等局面，進而給二次供水運營管理埋下了諸多隱患和用水矛盾。

基于智慧水務城市二次供水運營管理的現存問題，有關部門下發了有關二次供水設備管理的相關文件，明確指出水務企業可將供水設備管理延伸到居民電表，實現對二次供水系統的深入化管理，同時鼓勵公示企業開展相應的運行維護管理工作，促使城市二次供水系統逐漸向精細化、智能化、信息化、智慧化的方向發展。

5 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

5.1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，監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。

5.2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、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。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統

5.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、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。

5.4.2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。

5.4.3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。快捷、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。

5.4.4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/國家指標對標，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。

5.4.5智能照明控制

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節能的目的。

5.4.6電氣安全

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。

5.4.7 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。

5.4.8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2.5D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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

5.4.9工藝仿真監控

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。

6 相關平臺部署硬件選型清單

7 結束語

綜上所述，城市二次供水系統作為一項與廣大居民生活密切相關的民生工程，在智慧水務理念的滲透下，其原有運營管理模式中的弊端日漸凸顯。因此，相關部門須正確認識智慧水務理念，深入了解二次供水系統運營管理中的紕漏，通過積極構建統一高效的二次供水系統，不斷提升城市二次供水系統運行的穩定性與安全性，改善周邊居民的用水質量，努力推動智慧水務建設的整體進程。

參考文獻

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[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司。