浅谈智慧水务配电能效系统在城市供水中的应用

任运业

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

　　摘 要：随着城市化进程不断加快，对城市供水质量也提出了更高的要求。智慧水务系统是一种比较先进的城市供水管理系统，将其运用到城市供水系统管理中，对提高城市供水的管理能力及保障用水安全能力具有至关重要的作用。基于此，本文就智慧水务系统在城市供水中的应用展开具体分析与讨论。

　　关键词：智慧水务系统；城市供水

　　智慧水务系统的运行主要是依赖云计算技术、物联网技术及传感器技术等众多的现代化技术手段。随着人们生活水平的不断提高，对城市用水的质量也提出了更高的要求。而不断地将智慧水务系统运用到城市供水系统中，不仅可以有效缓解城市供水压力，而且还能在一定程度上完善整个城市供水系统的使用功能，从而保证居民的用水安全。

1 智慧水务系统的概念

　　智慧水务系统主要是在物联网技术、云计算技术及射频识别技术的基础上建立的一种新型水务管理系统，其不仅可以有效提高整个城市水务管理活动的开展效率，而且还能缓解城市用水压力。此外，城市智慧水务系统中还包含有大量的数据信息，这能为城市相关水务工作的展开奠定良好的基础。智慧水务系统管理网络的复杂性，在一定程度上为相关水务管理部门提供了更具有针对性的数据资料，这不仅可以有效促进相关水务工作的有序展开，而且还能带动整个水务部门的稳定发展。

2 城市智慧水务系统的建设路径

　　2.1 智慧水务的总体框架

　　城市智慧水务系统的总体框架主要由应用层及用户层两部分组成。其中，用户层主要由管理人员、业务人员及公众人员组成，其能有效实现信息的自动采集，从而不断完成相应的集成管理目标［1］ 。此外，智慧水务系统的建立还有效拉近了水务部门与其他部门之间的关系，且缩短了与大众之间的距离，这能帮助水务部门及时了解大众需求，从而有效提高整个水务工作的开展效率。智慧水务系统中的应用层能实现水务业务方面的集成化管理，从而不断提高整个水务工作开展的科学性及合理性。水务方面的管理工作主要包括：水工安全管理、水生态管理、城市供排水管理及防汛减灾管理等几方面。因此，在建设城市智慧水务系统时，应综合考虑城市发展的各个方面，使智慧水务系统为相关水务工作的展开提供服务。

　　2.2 信息采集传输层

　　智慧水务系统信息采集传输层主要运用物联网技术，而物联网主要是在互联网基础上建立起来的。物联网主要是指物物都能相连的网路。智慧水务系统的物联网技术借助网络设备、数采模块及现场仪表等实现对城市水资源信息的实时监测，以保障整个城市水资源使用的安全性。此外，随着科学技术的不断发展及互联网技术的不断更新，物联网领域不断拓展，在一定程度上带动了整个城市朝着更加高效化及信息化的方向发展。

　　2.3 数据层

　　数据层是整个智慧水务系统的核心，其包含大量的数据信息，也是整个智慧水务系统的主要信息来源。为了有效提高智慧水务系统的使用效果，相关人员应首先建立较为完整的数据库及基础设施，以促进数据层的资源整合，为相关业务应用活动的开展提供一定的数据支持。此外，随着城市化发展进程的不断加快及人们生活水平的不断提高，未来智慧水务系统的发展将朝着对水务业务方面进行数据挖掘的方向发展，这样才能完善整个智慧水务系统，从而为人们的用水提供便利。

　　2.4门户层

　　城市智慧水务系统的门户层主要包括行业门户与公共信息门户两种。其中，管理人员主要负责对内部门户进行维修，而业务人员可以通过行业门户实现与其他业务人员之间的沟通与交流，这能有效促进相关水务工作的有序展开，从而不断提高智慧水务系统的服务水平。此外，公共信息门户的建立，可以为城市用户的咨询提供一条信息渠道，帮助用户及时获取水务管理方面的信息，从而促使公众积极参与到水务建设中来，进而有效提高整个水务工作开展的公开性、透明性与有效性。

　　2.5数据管理平台

　　建立数据管理平台的主要目的是有效整理与存储系统中的数据信息，这样不仅可以有效促进相关水务工作的有序展开，而且还能为其他部门提供数据支持。其中，数据管理平台对数据进行整合的作用主要表现在两方面：第一，通过数据管理平台对数据进行整合，可以保证整个数据的存储完整性，并能及时将数据进行备份与存储，从而有效提高数据存储的安全性；第二，通过数据管理平台的数据整合，能有效实现数据集约化管理，从而不断节约存储空间，降低数据存储成本。因此，数据管理平台的建立对有效提高数据存储的安全性及促进相关水务工作的开展都具有至关重要的作用。

3 智慧水务系统在城市供水中的实际应用

　　城市智慧水务系统的建立，不仅可以实现对资源的有效整合，而且还能有效促进城市的快速稳定发展。接下来，笔者就对智慧水务系统在城市供水中的实际应用展开具体分析。

　　3.1 建立供水管理智慧服务平台

　　为了有效促进智慧水务系统在城市供水系统中的有效应用，应利用数字化技术、网络技术等建立供水管理智慧服务平台，以促进数字化供水体系的建立，从而实现资源信息共享及视频监控功能。此外，数字化供水体系的建立还能为相关人员的业务活动办理提供便利，从而提高水务工作的开展效率。在建立供水管理智慧服务平台时，还应结合人们的实际生活需求，使水务工作的开展能更加便民化、人性化，以为人们的用水提供更加便利的服务［2］。

　　3.2 信息资源系统的建立

信息资源系统也是影响城市智慧水务系统使用质量的关键因素。随着我国城市化建设进程不断加快，相关部门加大了对水务系统的资金投入与管理力度，但是，其大多都集中在工程项目的建设方面，对信息系统建设方面的投入却很少，影响了整个智慧水务系统的使用效率。因此，我们应不断建立信息资源系统，有效促进城市水务工作的高效展开，从而为用户提供更加便利化的服务。

4 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

4.1平台概述

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

4.2平台组成

AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

4.3平台拓扑图

4.4平台子系统

4.4.1变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

4.4.2电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

4.4.3电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

4.4.4能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/国际xian进指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能的目的。

4.4.6电气安全

①电气火灾监测：监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

②消防应急照明和疏散指示：根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

③消防设备电源监测：监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

④防火门监控系统：防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

4.4.7 环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

4.4.8分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

4.4.9工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

5 相关平台部署硬件选型清单

6结语

　　将智慧水务系统运用到城市供水系统中，对有效提高城市用水质量及不断促进城市的可持续发展具有至关重要的作用。因此，我们应首先认识与了解智慧水务系统的概念，进而从智慧水务的总体框架、信息采集传输层、数据层、门户层及数据管理平台等方面不断完善城市智慧水务系统，并将其运用到城市供水系统中，以促进城市水务工作高效开展，为人们使用生活用水提供更加便利化的服务，不断提高人们的用水安全性。

参考文献：

[1]郝志慧,基于物联网的城市智慧水务系统研究[J].中国高新技术企业，2017（2）：114-115.

[2]郑浩,饶志华,方禄发等.基于物联网的城市智慧水务系统设计[J].科技广场，2016(7):179-182.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

作者简介：

任运业，男，安科瑞电气股份有限公司。