淺談智慧水務配電能效平臺在城市供水中的運用

劉邁

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 江蘇江陰 214432

摘要：文章從多個方面對智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的應用進行了分析，從總體框架、信息傳輸層、數(shù)據(jù)層、門戶層、數(shù)據(jù)管理平臺和數(shù)據(jù)管理平臺等方面進行了闡述，并對其建設與應用進行了論述，以實現(xiàn)城市水務管理的信息化、與水廠智慧運維互聯(lián)互通，助力城市智慧水務的發(fā)展。本文通過對智慧水務系統(tǒng)在我國城市供水管理中的應用進行了探討，以期對其在城市水處理中的應用與創(chuàng)新起到一定的借鑒作用。

關鍵詞：智慧水務系統(tǒng)；城市供水；智慧水廠運維平臺

　　隨著我國經濟社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的水資源管理體制和運行方式已不能滿足社會對水資源的要求，同時也會產生一定的負面效應，從而影響到供水的質量和效益。智慧水務系統(tǒng)作為水利信息化發(fā)展的先進階段，是今后水業(yè)發(fā)展的必然趨勢，其*性和功能不容忽視。我國目前的智慧水務系統(tǒng)建設，主要依靠云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、實時動態(tài)監(jiān)測、 BIM監(jiān)護信息管理、 GIS GIS、3D 打印、 VR、人工智能等技術。隨著信息技術的不斷發(fā)展，智慧水務在城市供水領域的應用日益廣泛，使得水廠的生產和經營都發(fā)生了巨大的變化。因此，要加強智能水系統(tǒng)的建設和優(yōu)化，充分利用其在城市供水中的作用。

1 智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用價值

　　智慧水務是一種全新的水資源管理體系，它的核心是一種無線供水，它可以在任何地方都能看到，通過云計算、 RFID、物聯(lián)網(wǎng)等技術，將各個基礎設施連接在一起，形成一個智能化的供水系統(tǒng)。此外，智慧水務還能實現(xiàn)對水資源的自動收集，并對其進行深入的數(shù)據(jù)分析，使整個水資源管理體系能夠快速響應、統(tǒng)一指揮。根據(jù)目前已建成的智能水管理體系，可以將精細化管理、智能調度、規(guī)范化管理有機結合，實現(xiàn)智能管理、動態(tài)管理。綜上所述，智慧水務應用于城市給水的價值主要表現(xiàn)在以下方面。第一，智慧水務系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的供水技術，能夠通過物聯(lián)網(wǎng)直觀地顯示生產流程，直接地解決了人工監(jiān)測的不足，實現(xiàn)了 24 小時實時監(jiān)測水質安全，便于技術人員實時掌握水質狀況。第二，智慧水務系統(tǒng)通過各種科技手段，改變了以往的供水工作方式和方法，使供水管網(wǎng)的運行更科學、更有效。站在管網(wǎng)優(yōu)化調度系統(tǒng)的運行上，員工可以隨時查看各地區(qū)的用水狀況，并對用水量進行實時監(jiān)控。通過對實時、歷史資料的分析，使調度方案得到快速的優(yōu)化，從而在任何時候都能保證用水的品質。第三，通過智慧水務系統(tǒng)，實現(xiàn)了對供水管網(wǎng)的實時監(jiān)控，實現(xiàn)了供水管網(wǎng)的實時監(jiān)控，實現(xiàn)了供水管網(wǎng)的一體化，從而形成了一個“水物聯(lián)網(wǎng)"。

2 城市智慧水務系統(tǒng)的建設路徑

2.1 總體框架

　　城市智慧水務系統(tǒng)由應用級和用戶級兩大部分組成。用戶層是由業(yè)務人員、管理人員和公共人員組成的，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動收集，應用層能夠對供水業(yè)務進行一體化管理，從而提高城市供水管理的科學性和合理性。供水調度系統(tǒng)：供水系統(tǒng)、二次增壓設備管理、水質在線監(jiān)測、智能管網(wǎng)壓力分析、供水調度、GIS 等。外部服務：電話系統(tǒng)，營業(yè)收費系統(tǒng)，公司網(wǎng)站，大用戶計量，分區(qū)計量。內部服務：辦公室、人員、財務等?；窘ㄔO：生產儀表，水廠自動化，機房建設， PLC 子站建設。先進性：系統(tǒng)建設要高起點，在充分考慮技術成熟的前提下，采用先進的計算機軟件、硬件、軟件、軟件、軟件、軟件等技術的發(fā)展，保證了系統(tǒng)的先進性。開放性：系統(tǒng)應注重開放性，采用與國際接軌的軟體、軟體平臺，以方便開發(fā)、使用、維護管理及系統(tǒng)更新。相關的系統(tǒng)都有對應的界面，可以方便地進行各種數(shù)據(jù)的交流。實用性：該系統(tǒng)與生產管理的實際應用相結合，不僅能實現(xiàn)以前的手工操作，而且還能實現(xiàn)許多人的愿望，克服了電腦只會模仿傳統(tǒng)手工作業(yè)的錯誤。安全：在智慧水務系統(tǒng)中，設置安全機制，安裝防火墻等安全措施，防止數(shù)據(jù)丟失、病毒、攻擊等，從而可以對此類服務進行仿真，并與其它信息系統(tǒng)相結合，創(chuàng)造出新的應用。例如，將經營費用系統(tǒng)與 GIS 相結合，能夠在 G工 51 二的不同地區(qū)（自然、行政、經濟）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分布、增長趨勢等方面的統(tǒng)計結果，這些數(shù)據(jù)在單一的收入體系中是無法實現(xiàn)的。通過圖表的形式，可以知道抄表路線、抄表進度等各類數(shù)據(jù)，當客戶來電時， GIS 會根據(jù)客戶的電話，將客戶的住宅位置圖顯示出來，并將當?shù)氐乃畨骸⑼Ｋ闆r等數(shù)據(jù)，由被動服務變?yōu)橹鲃臃铡?/p>

2.2 信息采集傳輸層

　　物聯(lián)網(wǎng)是智能水信息采集與傳輸?shù)年P鍵技術，通過數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)絡設備、現(xiàn)場儀表實時動態(tài)地監(jiān)控城市供水的各種要素，實現(xiàn)了供水的實時、有效與安全，向著信息化的方向發(fā)展。

2.3 數(shù)據(jù)層

　　作為城市供水智能水處理系統(tǒng)的關鍵部分，它不僅承載了海量的數(shù)據(jù)，而且還為智慧水務提供了重要的信息資源。要發(fā)揮其作用，就加強基礎設施和數(shù)據(jù)庫的建設，加強數(shù)據(jù)層面的資源集成，為水利信息化工作的順利進行奠定基礎。隨著我國城市化進程的加速，在推進智慧水務建設的同時，加強對水務業(yè)務的數(shù)據(jù)挖掘，使其在城市供水中得到應用。

2.4 門戶層

　　根據(jù)目前已建成的智慧水務系統(tǒng)，可以將其劃分為工業(yè)和公眾信息兩大類。公司的內部門戶是由主管部門直接負責，進行日常的運行和維護，同時也可以通過行業(yè)門戶與其他部門的工作人員進行溝通和交流，保證各項工作的有序開展，增強智慧水務系統(tǒng)的服務能力。同時，通過建立的公眾信息門戶，為廣大市民提供了咨詢服務，使廣大市民可以實時、動態(tài)地了解和參與到水利建設中來。

2.5 數(shù)據(jù)管理平臺

　　建設智慧水務的關鍵在于對智慧水務的數(shù)據(jù)進行有效的整理和存儲，既保證了供水工作的進行，又為有關部門的供水工作提供了數(shù)據(jù)支持。根據(jù)目前智慧水務的數(shù)據(jù)處理平臺，可以從兩個方面進行數(shù)據(jù)集成。①通過數(shù)據(jù)集成，保證了數(shù)據(jù)的保存和保存，使數(shù)據(jù)的保存和保存更加完整；②數(shù)據(jù)集成能夠使數(shù)據(jù)更加集中，節(jié)省存儲空間，減少存儲費用。

2.6 頂層設計

　　在智慧水務體系的框架下，根據(jù)“頂層設計，統(tǒng)籌管理，深度融合，提升"的工作要求，整合現(xiàn)有資源，提升綜合效能，創(chuàng)新體制機制，提高管理水平，統(tǒng)籌編制和實施供水智慧化管理體系的頂層設計方案，為建設全市統(tǒng)一的、供水智慧化管理的信息資源庫和應用平臺，為建立該市供水智慧化管理的資源配置、隊伍建設、保障體系、管理制度的一體化工作機制，提供總體規(guī)劃設計思路。建設以基礎資源為基礎、信息共享、視頻監(jiān)控為基礎、數(shù)字供水、應急指揮、網(wǎng)上辦事、輔助決策等為主要功能的智慧水務管理公共服務平臺，促進供水管理工作由被動向主動、靜態(tài)向動態(tài)、粗放向精細、無序向規(guī)范轉變，提高該市供水智慧管理的精細化、信息化、現(xiàn)代化、智慧化水平。設計理念：供水管理的整合，涉及到了許多行業(yè)、專業(yè)，尤其是在管理層面，它承擔著更多的工作和工作的精細化，其中包括大量面向社會、市民的社會管理和民生服務的信息化。更重要的是，這涉及到了精細的服務管理，一些水的信息化建設要朝著智能化、人性化、便民化的方向發(fā)展，和社會化服務的對接，充分利用信息平臺和系統(tǒng)資源，來建設智慧水務服務。所以，在進行智慧水務系統(tǒng)的頂層設計時，進行大量的需求調查與分析，同時要從長遠的角度，從長遠的角度考慮，力求達到設計的長效性。同時，要打破傳統(tǒng)的信息化思維和思維模式，進行設計觀念的創(chuàng)新。在供水系統(tǒng)的信息化規(guī)劃中，經常會涉及到信息系統(tǒng)的框架，而在短期和中期，則側重于項目的建設，對系統(tǒng)架構的關注并不多，也就沒有太多的考慮，所以，相對來說，還是比較簡短、粗略的。但工程建設畢竟是短期的，未來的基礎設施建設是以什么為基礎的，這是整個信息化的中長期發(fā)展目標。智慧水務系統(tǒng)的頂層設計，其核心內容是：可持續(xù)發(fā)展的基礎架構，其結果可同時滿足幾個短期、中期的建設計劃和特定的工程建設，以適應中長期信息化發(fā)展的需求；另外，在智慧水務系統(tǒng)的頂層設計中，還應明確其頂層設計的主體；同時，也要明確智慧水務建設的基本目標，確保信息化建設和發(fā)展的有序、穩(wěn)定、健康、可持續(xù)。“智慧水務"的設計體系結構分為保障體系設計、安全體系設計、運行環(huán)境設計、信息采集設計、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)倉庫設計、數(shù)據(jù)共享交互設計、數(shù)據(jù)管理設計、平臺層設計、業(yè)務應用設計、電子政務設計、公共管理設計、應用門戶設計。智能化供水是城市智能化發(fā)展的必然結果。

3 智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用

3.1 發(fā)揮好相關科學技術的優(yōu)勢

　　城市供水具有特殊性和復雜性，為了保證其在城市供水中的應用，需要充分利用有關科技手段，不斷提高其應用效果。在運用云計算技術的同時，也可以尋求改進用戶的消費方式和服務方式，由原來的“買軟件、硬件"向“買信息、買信息"的轉變。在物聯(lián)網(wǎng)的應用上，要把水服務與各有關部門、設備進行互聯(lián)互通，從而引導水產業(yè)“智慧升級"。大數(shù)據(jù)是智能水系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它能更好的整合和處理水資源的信息，并能將傳統(tǒng)的結構數(shù)據(jù)和非結構數(shù)據(jù)相結合，從而促進智能水系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。在實施實時動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)時，要著重于對水污染事故進行實時動態(tài)監(jiān)控，同時要對其進行實時、動態(tài)的監(jiān)控，并對可能存在的隱患進行及時的排查，做到對水質進行實時跟蹤。GIS GIS 在智慧水務方面也有很好的應用前景，特別是能夠實現(xiàn)對管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)資源的數(shù)字化管理和可視化管理。特別是 GIS GIS 可以充分利用三維仿真技術的優(yōu)點，有效地顯示管道的詳細情況，解決了以前管道管理中存在的重疊性和隱蔽性。智能水業(yè)的發(fā)展離不開人工智能，它具有故障診斷、優(yōu)化設計和智能檢測等諸多功能?？梢哉f，隨著人工智能技術的發(fā)展，將會有更多的機會被更多地運用到水利行業(yè)，從而改變水企業(yè)的生產觀念和經營方式。

3.2 建立供水管理智慧服務平臺

　　在實施智慧水務的同時，要充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術與數(shù)字技術，構建智慧水務管理平臺，構建一個智能化的水表管理系統(tǒng)。通過構建智慧的城市供水管理平臺，一方面能夠實現(xiàn)對水的實時監(jiān)測和信息的共享，另一方面也能為工作人員在實際操作中的應用提供很多方便。要指出的是，在建設智慧城市供水管理平臺時，要充分考慮到市民的實際生活需求，通過智能服務平臺為居民提供更多人性化與便利化的服務。

3.3 建立信息資源系統(tǒng)

　　信息資源的利用直接關系到智慧水系統(tǒng)的應用，應充分利用各種科技手段進行信息資源的優(yōu)化，特別是要充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術。例如，在利用大數(shù)據(jù)技術的同時，要加強水利信息化建設，加強水利信息化建設，加強水利信息化建設。

3.4 落實智慧水廠運維平臺的建設

　　要使智慧水務系統(tǒng)實現(xiàn)智能化、智能化，將其與水廠的管理有機結合起來，并將其應用到智能水廠的建設之中。智能水廠運行管理平臺的構建應從以下三個方面進行：第一，數(shù)字化的三維模擬。第二，對設備進行巡視和管理。第三，供水企業(yè)的運行維護與能源消耗監(jiān)控及能源消耗的分析。例如，在監(jiān)控和設備管理方面，需要對供水企業(yè)的運行進行動態(tài)監(jiān)控，掌握動態(tài)操作的動態(tài)信息，并對整個生產過程進行管理。再比如，在水廠的生產、運行、能源消耗、能源消耗和能源分析的過程中，從生產運行、數(shù)據(jù)建模、過程優(yōu)化、耗能指標、故障診斷等多方面進行綜合處理，以保證供水的穩(wěn)定，為用戶提供優(yōu)用水。

4 智慧水務系統(tǒng)應用的效益分析

智慧水務系統(tǒng)應用于城市給水，其效益主要表現(xiàn)在：第一，實施智能化水系統(tǒng)所產生的社會效益。它的社會效益主要體現(xiàn)在：保障城市供水工作的開展、減少安全隱患、維護社會穩(wěn)定、維護社會和諧；它的社會效益還表現(xiàn)在改善水質、改善人民生活水平、促進經濟和社會發(fā)展等方面；另外，改善城市的供水服務，也是其社會價值的一個重要方面。第二，實施智能化供水系統(tǒng)對公司的影響。智能水表的使用，使城市的水品質和服務水平有了一定的提升，居民的生活用水也變得更安全。在這樣的環(huán)境下，人們對水廠的信賴度越來越高，而供水公司的社會形象也會逐步得到改善，從而使公司的經營效益得到進一步的提高，從而為社會做出更大的貢獻，從而推動我國的經濟發(fā)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(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。

5.2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。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1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)。

5.4.2電能質量監(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(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。

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(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)/指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)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(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、調光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經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、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

5.4.6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。

5.4.7 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。

5.4.8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。

5.4.9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、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。

6 相關平臺部署硬件選型清單

7 結束語

　　綜上所述，“智慧水務"體系的建立，不僅可以有效地提升企業(yè)的形象，而且可以有效地提高企業(yè)的工作效率，減少企業(yè)的經驗管理費用。“智慧水務"可以加速企業(yè)的響應，提升公司的服務水平，為城市的基礎設施和經濟發(fā)展創(chuàng)造良好的投資環(huán)境。優(yōu)化供水成本，是我國水資源管理體制改革的一個必然要求，也是我國水資源管理體制改革的必然要求。在城市供水系統(tǒng)中，要按照城市的用水需求，綜合考慮城市的經濟、社會發(fā)展、城市功能變化、產業(yè)結構調整、節(jié)水技術進步等方面，合理地確定城市的供水規(guī)模。要進一步健全有關的標準、規(guī)范、成本控制、業(yè)績評價等，以推動企業(yè)的優(yōu)化、節(jié)約、節(jié)約。通過技術進步，加強管理，減少冗員，提高生產效率，進一步降低能耗，減少漏耗，降低藥耗，降低操作費用。通過整合資源、科學調度、自動化、信息化、設備優(yōu)化和節(jié)約能源，達到管理、勞動和裝備的效率。

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