淺談智慧水務(wù)配電能效系統(tǒng)在城市供水中的應(yīng)用

安科瑞 陳聰

　摘 要：隨著城市化進(jìn)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(wù)系統(tǒng)是一種比較先進(jìn)的城市供水管理系統(tǒng)，將其運(yùn)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(guān)重要的作用。基于此，本文就智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供水中的應(yīng)用展開具體分析與討論。

　　關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)系統(tǒng)；城市供水

　　智慧水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行主要是依賴云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及傳感器技術(shù)等眾多的現(xiàn)代化技術(shù)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(wù)系統(tǒng)運(yùn)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(wù)系統(tǒng)的概念

　　智慧水務(wù)系統(tǒng)主要是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)及射頻識別技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的一種新型水務(wù)管理系統(tǒng)，其不僅可以有效提高整個城市水務(wù)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(wù)系統(tǒng)中還包含有大量的數(shù)據(jù)信息，這能為城市相關(guān)水務(wù)工作的展開奠定良好的基礎(chǔ)。智慧水務(wù)系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，在一定程度上為相關(guān)水務(wù)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(jìn)相關(guān)水務(wù)工作的有序展開，而且還能帶動整個水務(wù)部門的穩(wěn)定發(fā)展。

2 城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)路徑

　　2.1 智慧水務(wù)的總體框架

　　城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的總體框架主要由應(yīng)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(wù)人員及公眾人員組成，其能有效實(shí)現(xiàn)信息的自動采集，從而不斷完成相應(yīng)的集成管理目標(biāo)［1］ 。此外，智慧水務(wù)系統(tǒng)的建立還有效拉近了水務(wù)部門與其他部門之間的關(guān)系，且縮短了與大眾之間的距離，這能幫助水務(wù)部門及時了解大眾需求，從而有效提高整個水務(wù)工作的開展效率。智慧水務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用層能實(shí)現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)方面的集成化管理，從而不斷提高整個水務(wù)工作開展的科學(xué)性及合理性。水務(wù)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(zāi)管理等幾方面。因此，在建設(shè)城市智慧水務(wù)系統(tǒng)時，應(yīng)綜合考慮城市發(fā)展的各個方面，使智慧水務(wù)系統(tǒng)為相關(guān)水務(wù)工作的展開提供服務(wù)。

　　2.2 信息采集傳輸層

　　智慧水務(wù)系統(tǒng)信息采集傳輸層主要運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，而物聯(lián)網(wǎng)主要是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)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(wù)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)采模塊及現(xiàn)場儀表等實(shí)現(xiàn)對城市水資源信息的實(shí)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(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷更新，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)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(wù)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(wù)系統(tǒng)的主要信息來源。為了有效提高智慧水務(wù)系統(tǒng)的使用效果，相關(guān)人員應(yīng)首先建立較為完整的數(shù)據(jù)庫及基礎(chǔ)設(shè)施，以促進(jìn)數(shù)據(jù)層的資源整合，為相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)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(jìn)程的不斷加快及人們生活水平的不斷提高，未來智慧水務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展將朝著對水務(wù)業(yè)務(wù)方面進(jìn)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(wù)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(wù)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(fù)責(zé)對內(nèi)部門戶進(jìn)行維修，而業(yè)務(wù)人員可以通過行業(yè)門戶實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)人員之間的溝通與交流，這能有效促進(jìn)相關(guān)水務(wù)工作的有序展開，從而不斷提高智慧水務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)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(wù)管理方面的信息，從而促使公眾積極參與到水務(wù)建設(shè)中來，進(jìn)而有效提高整個水務(wù)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(jìn)相關(guān)水務(wù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)相關(guān)水務(wù)工作的開展都具有至關(guān)重要的作用。

3 智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供水中的實(shí)際應(yīng)用

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

　　3.1 建立供水管理智慧服務(wù)平臺

　　為了有效促進(jìn)智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供水系統(tǒng)中的有效應(yīng)用，應(yīng)利用數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等建立供水管理智慧服務(wù)平臺，以促進(jìn)數(shù)字化供水體系的建立，從而實(shí)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(guān)人員的業(yè)務(wù)活動辦理提供便利，從而提高水務(wù)工作的開展效率。在建立供水管理智慧服務(wù)平臺時，還應(yīng)結(jié)合人們的實(shí)際生活需求，使水務(wù)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(wù)［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(wù)系統(tǒng)使用質(zhì)量的關(guān)鍵因素。隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，相關(guān)部門加大了對水務(wù)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(xiàng)目的建設(shè)方面，對信息系統(tǒng)建設(shè)方面的投入?yún)s很少，影響了整個智慧水務(wù)系統(tǒng)的使用效率。因此，我們應(yīng)不斷建立信息資源系統(tǒng)，有效促進(jìn)城市水務(wù)工作的高效展開，從而為用戶提供更加便利化的服務(wù)。

4 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，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行可靠，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APP實(shí)時了解水務(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變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、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、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)測和報警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、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)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(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)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實(shí)現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，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)度計算，標(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(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，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/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、自動控制、感應(yīng)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(shí)現(xiàn)自動控制功能，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、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時監(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，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?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)可自動啟動排風(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2.5D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(diǎn)位置，各個屋頂?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、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù)，進(jìn)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(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)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

6結(jié)語

　　將智慧水務(wù)系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。因此，我們應(yīng)首先認(rèn)識與了解智慧水務(wù)系統(tǒng)的概念，進(jìn)而從智慧水務(wù)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(wù)系統(tǒng)，并將其運(yùn)用到城市供水系統(tǒng)中，以促進(jìn)城市水務(wù)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(wù)，不斷提高人們的用水安全性。

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