淺談智慧水務配電能效系統在城市供水中的應用

任運業

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，對城市供水質量也提出了更高的要求。智慧水務系統是一種比較先進的城市供水管理系統，將其運用到城市供水系統管理中，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。基于此，本文就智慧水務系統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；城市供水

　　智慧水務系統的運行主要是依賴云計算技術、物聯網技術及傳感器技術等眾多的現代化技術手段。隨著人們生活水平的不斷提高，對城市用水的質量也提出了更高的要求。而不斷地將智慧水務系統運用到城市供水系統中，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的使用功能，從而保證居民的用水安全。

1 智慧水務系統的概念

　　智慧水務系統主要是在物聯網技術、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，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，城市智慧水務系統中還包含有大量的數據信息，這能為城市相關水務工作的展開奠定良好的基礎。智慧水務系統管理網絡的復雜性，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據資料，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定發展。

2 城市智慧水務系統的建設路徑

　　2.1 智慧水務的總體框架

　　城市智慧水務系統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、業務人員及公眾人員組成，其能有效實現信息的自動采集，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。智慧水務系統中的應用層能實現水務業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時，應綜合考慮城市發展的各個方面，使智慧水務系統為相關水務工作的展開提供服務。

　　2.2 信息采集傳輸層

　　智慧水務系統信息采集傳輸層主要運用物聯網技術，而物聯網主要是在互聯網基礎上建立起來的。物聯網主要是指物物都能相連的網路。智慧水務系統的物聯網技術借助網絡設備、數采模塊及現場儀表等實現對城市水資源信息的實時監測，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展及互聯網技術的不斷更新，物聯網領域不斷拓展，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展。

　　2.3 數據層

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

　　2.4門戶層

　　城市智慧水務系統的門戶層主要包括行業門戶與公共信息門戶兩種。其中，管理人員主要負責對內部門戶進行維修，而業務人員可以通過行業門戶實現與其他業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數據管理平臺

　　建立數據管理平臺的主要目的是有效整理與存儲系統中的數據信息，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據支持。其中，數據管理平臺對數據進行整合的作用主要表現在兩方面：第一，通過數據管理平臺對數據進行整合，可以保證整個數據的存儲完整性，并能及時將數據進行備份與存儲，從而有效提高數據存儲的安全性；第二，通過數據管理平臺的數據整合，能有效實現數據集約化管理，從而不斷節約存儲空間，降低數據存儲成本。因此，數據管理平臺的建立對有效提高數據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 智慧水務系統在城市供水中的實際應用

　　城市智慧水務系統的建立，不僅可以實現對資源的有效整合，而且還能有效促進城市的快速穩定發展。接下來，筆者就對智慧水務系統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在城市供水系統中的有效應用，應利用數字化技術、網絡技術等建立供水管理智慧服務平臺，以促進數字化供水體系的建立，從而實現資源信息共享及視頻監控功能。此外，數字化供水體系的建立還能為相關人員的業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 信息資源系統的建立

信息資源系統也是影響城市智慧水務系統使用質量的關鍵因素。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，對信息系統建設方面的投入卻很少，影響了整個智慧水務系統的使用效率。因此，我們應不斷建立信息資源系統，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。

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。

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。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/國家/國際xian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。

4.4.5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安全、節能的目的。

4.4.6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。

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2.5D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。

4.4.9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。

5 相關平臺部署硬件選型清單

6結語

　　將智慧水務系統運用到城市供水系統中，對有效提高城市用水質量及不斷促進城市的可持續發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的概念，進而從智慧水務的總體框架、信息采集傳輸層、數據層、門戶層及數據管理平臺等方面不斷完善城市智慧水務系統，并將其運用到城市供水系統中，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：

[1]郝志慧,基于物聯網的城市智慧水務系統研究[J].中國高新技術企業，2017（2）：114-115.

[2]鄭浩,饒志華,方祿發等.基于物聯網的城市智慧水務系統設計[J].科技廣場，2016(7):179-182.

[3]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。