浅析智慧水务配电能效平台在传统供水中的影响

安科瑞 陈聪

摘要：自动化控制技术在供水领域被广泛使用，主要控制流量、压力等参数，未来需要实现供水业务的全过程、全系统控制。智慧水务以大数据、云计算、物联网及以太网为核心支撑技术，实现供水系统的智能化控制和管理。文章将智慧水务与传统供水进行对比，分析智慧水务的应用优势，旨在通过智慧水务建设提高供水效能，实现节约水资源、节能降耗的目的。

关键词：智慧水务；传统供水；智能控制

随着大数据、云计算、物联网等技术不断发展，新技术被广泛应用于供水、供电、交通等领域，智慧城市建设进一步展开。生态文明建设过程，需要构建人与自然和谐共生的环境，建设节约型社会的重要环节之一是节约淡水资源，应合理利用、开发水资源，充分利用数据采集与传送、在线监控、后台分析与处理等技术手段对供水系统进行多方位实时感知、分析及处理，对供水系统进行智能化管理。文章介绍智慧水务的概念，将其与传统水务对比，分析智慧水务的应用优势，为智慧水务的进一步发展提供参考。

1 智慧水务概述

智慧水务将新一代信息技术与水务技术深度融合，能够充分发掘数据价值和逻辑关系，实现水务业务系统的控制智能化、数据资源化、管理准确化、决策智慧化，保障水务设施安全运行，使水务业务运营更效率、管理更科学、服务更体贴。

智慧水务利用数据采集传输仪、无线网络等在线设备对供排水系统运行进行实时感知，同时利用可视化方式将管理部门和供排水设施进行有机整合，构成水务物联网，对相关信息进行分析处理，对整个水务系统进行智慧化管理。传统的管网控漏措施具有一定效果，利用工程管理、精细水量分析等措施能够提高管网运行效率，与智能信息系数结合实现信息共享，各环节共同构成系统化的信息决策方式，实现合理调配水质、水量和水压，降低运行成本，提高运行效率以及供水质量，有效管控管漏，推动智慧水务持续发展。智慧水务功能如图1所示。

图1智慧水务功能

2 智慧水务系统的作用

智慧供水能够自动采集水源、输水管线、泵站、供水管网等单元从数据监控开始至终端用户的用水量等相关数据，建立覆盖全系统的供水调度监测体系，结合管网GIS系统、管网水力模型、供水调度管理等系统，形成智能供水调度管理信息平台，实现调度运行的实时监控、供水变化趋势预测及应对、突发事件预警及应急处置等辅助决策功能，实现供水系统综合自动化管理，提升供水系统智能化管理水平。

2.1水源及泵站运行自动化

水源及泵站自动化控制主要包括过程控制、周界控制、门禁控制。其中，过程控制包括地下水提升泵或地表水取水泵的启停、蓄水池的高低液位、加压泵的启停及出水流量与压力、水处理系统的运行、管网不利点压力控制等。智慧水务利用流量变送器、压力变送器、变频控制器等将设备运行状态、流量、压力、电流、电压等过程控制数据转换为信号传输至处理器，实现水源及泵站的本地控制、集中控制和远程控制。通过电子围栏、红外感应报警器、可视监控器、门禁系统等设备，加强水源地、泵站等安全区域的周界、门禁的安防管控，实现本地控制、集中控制和远程控制。在智慧水务调度平台实现对水源地及泵站的智能化管理。

2.2管网运行可视化

随着供水管网地理信息系统在智慧水务调度平台上的应用，结合水力仿真模型，利用雷达、无人机等技术手段对供水系统管道埋深走向、管径大小、阀门及阀门井分布等管道与附件实施多方位测量，并对管网所处环境进行测量，建立供水管网的三维空间模型，在管道沿线区域、管网不利点等设置流量、压力监测点，安装监视器，或全线安装分布式光纤管道泄漏检测系统对管线进行多点段检漏监测，将监测数据、信号传输至智慧水务调度平台，实时监测管网运行状态，实现供水管网的可视化管理。

2.3计量信息化

对超声波及电磁流量计等智能计量设备加装传感系统、压力传感器，实现水源井、泵站、管网、用户的水量自动化监测、采集与计量。水量抄收部门将水量计量设备准确定位、联网，减少抄表、计量、收费的工作量，用户利用互联网、手机APP实时查询，进行缴费，可以通过阶梯量化用水的方式提醒用户，改变用水习惯，达到节约用水效果。

2.4运营智能化

随着智慧水务系统应用，智慧水务调度平台发挥强大的作用，供水营销实现智能化。根据供水需求，水务集团在人员相对密集区设立智能化营业厅，实行开放式的智能化自助服务。在智慧营业厅设置自助缴费机、多功能一体式业务机等设备，用户可以利用实名认证实现缴费、修改、查询、认证、申报等业务办理，营业厅设置网络呼叫设备，用户可以一键应急实现远程人工服务，随时报备应急故障，分析供水系统出现的事故隐患，及时处理供水系统运行、营销等方面的故障。

3 智慧水务对传统供水的影响

3.1传统水务存在的问题

管理模式老化，不能及时掌握管系统运行状态及变化，管理水平较低；设备手动操作，人工巡视，运行数据留存、查询不便；网压力不可控，造成爆管等供水事故；管网监控不到位，管网漏损率高；计量设备多为电磁流量计、超声波流量计、机械水表、磁卡水表等，需要人工现场抄表计量，易造成水量漏计、错计；抄表不及时、缴费单送达不及时、计时设备校核不及时、计量不准确、窗口服务不到位等，影响传统水务对外服务的形象；水务调度不能很好地发挥其作用，缺乏整体性，数据传输、收录、查询不连续，不能对供水运行、安防、管理的进行全过程监控，未实现效率管理，准确调控的供水要求。

3.2智慧水务与传统供水的对比

与传统供水相比，智慧水务建立专用网络，实现供水系统运行、管理信息化、数字化、可视化，提高供水质量安全和服务水平。

传统供水与智慧供水模式对比如表1所示。

表1传统供水与智慧供水模式对比

3.3智慧水务的优势

(1)提升供水系统集约化管理水平。

智慧水务的智能化管理系统取代了传统供水的人工化管理模式，集成水源、泵站、管网等的运维、供水营销、决策管理等要素，实现数字化、网络化、集约化管理，提高供水运维管理质量。

(2)提升供水系统信息化管理水平。

智慧水务应用大数据、云计算、物联网等技术手段，实现了资源、信息共享，扭转了传统供水中不同控制目标及业务功能独立运行导致信息不畅的局面，为智慧水务资源、信息的建档立制提供便利，实现系统运维、供水营销、决策管理等数据的连续性、实效性、长久性，为供水行业可持续发展提供支撑。

(3)提升供水系统精细化管理水平。

应用GIS地理信息系统能够实现供水系统的三维动态管理，运用BIM系统实现人员、材料、机械的管理，确保制度严格、操作规范、资金流动准确。在提高供水系统设备、仪器智能化水平的同时，加强高层次的专业技术人才和技术技工的培训力度，使供水系统运维、管理更加科学，降低管网的漏损率。

(4)提升供水效率化管理水平。

智能客服的应用实现了水费查询、水表报装、直饮水售后、水表户主变更等多个无人化服务支撑的业务场景；打造真实互动语音体验，支撑水费催收、防涝预警、满意度回访等多个业务场景。通过界面操作、语音识别、图形提示等功能，提高供水质量和服务水平，扭转供水形象，提高民众的信任度。

4 智慧水务系统的具体应用

4.1建立自动化办公系统

基于自动化管理平台，改进日常管理模式，对日常办公进行数字化管理，采用视频会议、钉钉办公、即时通信、网络传输等手段，细化公文处理流程，简化请假手续，减少纸质文件，实现电子化、可视化、简约化办公。

4.2建立智慧水务集中调度中心

水务采用地下水为水源，设置水源井全过程在线监测(控)点36个，泵站加压泵全过程在线监测 (控)点42个，水处理、净化设备全过程在线监测 (控)系统4套，供水水质在线监测站点6个，管网压力监测点34处，地下通道低洼处洪涝灾害监测点4处。目前，智慧水务调度中心实时监控水源井与泵站(蓄水池)的水位、水压和流量数据和水处理与净化系统全过程控制数据、管网所有压力监测点数据以及地下通道低洼处水位以及配电设备电流、电压、温度等数据，实现报警功能，远程控制供水系统可以实现水源地、泵站无人值守和管网可视化管理，提升供水系统智能化管理水平，确保供水系统运行的安全、可靠、经济。

4.3建立供水管网可视化三维仿真模拟系统

利用雷达、无人机等技术手段对全区约20km2范围内的供水管网埋深走向、管径大小、阀门及阀门井分布等数据和管网所处环境实施多方位测量，建立供水管网地理信息系统，实时监测管网运行状态，实现供水管网的三维空间可视化管理。在输水主管道上全线安装分布式光纤管道泄漏检测系统，对管线进行多点段检漏监测，将监测数据、信号传输至智慧水务调度中心，实现管网漏损智能化预警与定位，预防爆管、漏水等事故。

4.4设置阀门井盖监控系统

结合供水管网地理信息系统，对主路、人口密集区等关键部位57处阀门井井盖内加装感应报警器，对井盖的状态进行实时监控。井盖被打开或遭到破坏时，感应器及时报警，准确相应位置，便于工作人员及时处置，防止阀门井盖被打开或井盖破损造成人员车辆损伤。

4.5建立智能抄表计量系统

安装和改造智能水表约4000块，实现远程抄表，完善水费缴费、用水报装业务信息系统功能。建立智能营业大厅，在银行、超市、学校、医院、商业区等人口密集区安装8套智能终端机，完成网上缴费、用水报装，线上线下多措并举，提升供水服务质量。用户可以通过管理平台呼叫系统进行信息反馈，水务公司得到用户的反馈信息，对系统设备、供水管网进行及时处理。

5 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

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，保护污水厂运行安全可靠，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。

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。

3.平台拓扑图

4.平台子系统

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。

4.2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。

4.3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。

4.5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。

4.6电气安全

4.6.1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。

4.6.2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。

4.6.3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。

4.6.4 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。

4.7 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。

4.8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。

4.9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。

5 相关平台部署硬件选型清单

1.电力监控、电能质量、电动机管理及配电室环境监控系统

6 结语

随着水务行业不断向信息化、智能化发展，智慧水务利用大数据、云计算、物联网等技术手段与供水运行模拟仿真系统、GIS地理信息系统等充分结合，实现可视化、智能化运行管理，显著提升供水能力和水平。智慧水务是智慧城市的重要组成部分，建设智慧水务能够推动智慧城市建设。

参考文献

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