淺談智慧水務配電能效平臺對城市二次供水運營的影響

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 201801

摘要：近年來，隨著“智慧理念"在各行業(yè)領域及人們日常生活中的不斷深入，為未來水務行業(yè)帶來了變革式的發(fā)展機遇。二次供水作為城市化進程發(fā)展過程中的重要元素，對我國城市化進程的建設發(fā)展有著良好的推動作用。基于此，本文圍繞智慧水務概念、意義以及城市二次供水發(fā)展現(xiàn)狀展開研究，簡要概述智慧水務體系的組成部分，然后分析智慧水務下城市二次供水運營管理實踐，接著探討智慧水務理念下城市二次供水運營管理的未來發(fā)展趨勢，希望能為城市二次供水運營管理提供一些新思路與新路徑。

關鍵詞：智慧水務；城市二次供水；運營管理；優(yōu)化對策

在城市化進程的不斷推進下，對城市供水提出了更高的要求。在此背景下，以智慧水務體系為指導的城市二次供水運營管理模式備受關注。科學的二次供水運營管理，不僅可以提升二次供水的穩(wěn)定，改善城市二次供水的水質，還可以使城市供水管理更加精細、規(guī)范，進而推動城市獲得發(fā)展。所以，如何做好城市二次供水運營管理工作，是當前水務單位及相關人員必深入思考與亟待解決的首要課題。

1 智慧水務與城市二次供水運營管理的相關概述

1.2 智慧水務的概念

所謂的智慧水務，是在基于 BIM 技術理念之前提出的“智慧地球"方案，一般具有感知、主動服務、科學決策、自動控制、及時應對等特征。在實踐中，利用數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)雀鞣N傳感設備，對城市供水系統(tǒng)運行狀況進行實時感知和監(jiān)督。在此基礎上，借助可視化方式將城市水務管理部門和供排水設備進行有機整合，使其形成完整的水務物聯(lián)網(wǎng)。

與此同時，通過大數(shù)據(jù)信息服務系統(tǒng)，一方面可以幫助城市水務系統(tǒng)做好各類污水的處理工作，以此來實現(xiàn)好的運營管理效果，提升水務系統(tǒng)的運營整體效益；另一方面可以檢測、采集、分析相關信息，切實保障水務系統(tǒng)的智慧運行與安全。

1.3 智慧水務的意義

智慧水務體系的應用，不僅可以有效精簡工作人員的水量、提升運營效率與運行效益，實現(xiàn)智能水務平臺的信息化建設，保證水廠的正常運作，還可以有效規(guī)范二次供水運營管理流程，減少內部消耗，改善二次供水的水質問題，提高廣大群眾的生活水平。此外，智慧水務系統(tǒng)可以優(yōu)化供水管網(wǎng)系統(tǒng)、管網(wǎng)新建、擴建設計、供水管網(wǎng)運行調度、管網(wǎng)消毒加氯過程以及防汛排澇等應急系統(tǒng)，既是實現(xiàn)智慧城市目標的基礎和前提，也是促進我國生態(tài)水系統(tǒng)智能化、科學化、系統(tǒng)化的重要舉措，有利于實現(xiàn)精細化的供水運營管理。

1.4 城市二次供水運營管理的發(fā)展現(xiàn)狀

就目前的情況來看，城市二次供水運營管理的效果并不理想。

其一，二次供水的水質存在安全隱患，這也是近年來備受關注的話題，因二次供水污染引起的安全問題屢見不鮮，而造成這類現(xiàn)象的根本原因是蓄水裝置及管道出現(xiàn)銹蝕，進而滋生了大量的微生物引起水質問題。

其二，水壓不穩(wěn)定。據(jù)相關調查發(fā)現(xiàn)，部分建筑企業(yè)在選擇二次供水方式時，沒有對施工場所的市政管網(wǎng)進行實地勘察，缺乏對二次供水設備安裝條件的了解、檢測及實驗，而是直接將二次供水設備投入市政管網(wǎng)中使用，不僅沒有解決當?shù)貙嶋H的用水問題，還增加了市政管網(wǎng)的運營壓力，為市政管網(wǎng)的持續(xù)運行埋下隱患。

其三，能源耗費量過大。在二次供水系統(tǒng)中，水泵電機是主要的動力來源，然而大多數(shù)供水設備中只安裝了一對一配置的變頻器，導致水泵始終處于運作狀態(tài)，無形之中增加了能源消耗。

2 智慧水務體系的組成部分

2.1 感知層

感知層是智慧水務體系中的基礎功能部分，在實際的運行過程中，水務系統(tǒng)需要采集降水量、水量、水質等各類事實數(shù)據(jù)，感知層可以對數(shù)據(jù)進行自動識別、自動感知以及自動定位，進而達到數(shù)據(jù)處理的目的。

2.2 智能控制系統(tǒng)

在智慧水務的視角下，水務系統(tǒng)是全自動化控制的，不僅具有先進的控制模型，系統(tǒng)處理比較流暢，工序耗能量較低以及良好的處理效果。而且，該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對故障的遠程控制、遠程故障分析解決。通過系統(tǒng)遠程指導現(xiàn)場操作人員識別故障問題發(fā)生的原因，提升現(xiàn)場問題的效率。與此同時，完善數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控體系建設，可以降低設備故障頻率，減少耗材、人工管理和運行材料費用，最大限度地控制系統(tǒng)的運行成本。

另外，在具體的應用中，泵房中的智能控制系統(tǒng)，可以將泵房中的耗水量、水壓、水質、水箱的具體指標信息上傳至數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。采用無線傳輸或光纖傳輸?shù)姆绞剑瑢⒎稚⒂诟鞯氐亩喂┧O備情況及時上傳至數(shù)據(jù)部，逐漸形成智慧水務理念下的數(shù)據(jù)信息處理庫。在此基礎上，匯總不同區(qū)域、不同季節(jié)、不同地區(qū)、不同時段的運行特點，并將其遞交給科研院和水務管理行政部門，從而為優(yōu)化智慧水務二次供水運營管理提供準確、可靠的參考數(shù)據(jù)。

2.3 共享機制系統(tǒng)

在智慧水務體系中，共享機制系統(tǒng)主要指對各類數(shù)據(jù)資源的共享。當前，水務系統(tǒng)在運行的過程中會產生大量分散性較強的數(shù)據(jù)，且對水務系統(tǒng)有著巨大的經(jīng)濟價值。只不過因這些數(shù)據(jù)太過分散和專業(yè)，若沒有可視化的分析很難被大眾所理解。所以，為改善這類問題，須充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工稚嫩、物聯(lián)網(wǎng)等技術，對各種形式的數(shù)據(jù)進行存儲、計算、分析、處理和歸納，以便更好的達到合理利用數(shù)據(jù)的目的。

3 基于智慧水務的城市二次供水運營管理

3.1 建立網(wǎng)絡系統(tǒng)與水質檢測體系

新時期，想要提升智慧水務下城市二次供水運營管理水平，須建立完善的網(wǎng)絡系統(tǒng)與水質檢測體系。首先，通過安裝智能傳感裝置、智能電子閥、智能監(jiān)控系統(tǒng)以及安全防護措施，形成立體化的監(jiān)督管理系統(tǒng)，做好指令響應、數(shù)據(jù)分析、指令下達、數(shù)據(jù)反饋等工作，以此來提升二次供水系統(tǒng)運行的效率和智能化水平。

其次，二次供水主要是通過各類動力泵與管道傳輸?shù)南嗷プ饔茫_到二次供水的效果，若在其中建立水質檢測體系，可以結合智能傳感檢測裝置以及監(jiān)控系統(tǒng)，對實際生產的水質進行評估、分析，從根源上規(guī)避水質污染等問題，確保區(qū)域內的供水安全與供水質量。

3.2 子供水系統(tǒng)設備運行監(jiān)控

子供水系統(tǒng)設備運行監(jiān)控主要指監(jiān)控泵房的控制系統(tǒng)，可以實時監(jiān)控二次供水系統(tǒng)的水量、水壓、耗電量、水質、變頻器頻率以及水箱液位，并將二次供水系統(tǒng)運行過程中的相關參數(shù)上傳至數(shù)據(jù)庫，對二次供水設備運行狀況進行集中管理和實時監(jiān)督，從而做好數(shù)據(jù)分析、故障預警以及信息反饋等工作。

同時，通過無線傳輸或光纜傳輸?shù)男问?，將分散在各點位二次供水設備的運行數(shù)據(jù)和實時影像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行存儲，形成二次供水大數(shù)據(jù)庫。根據(jù)對大數(shù)據(jù)信息的分析，總結出不同地域、不同季節(jié)、不同時間段的供水數(shù)據(jù)特點，并將其提供給有關部門和科研院所，為科技研發(fā)、技術創(chuàng)新、方案設計、政策制定以及城市規(guī)劃提供數(shù)據(jù)依據(jù)。在保證城市二次供水穩(wěn)定性與安全性的前提下，為智慧水務理念在二次供水運營管理的推行奠定基礎。

3.3 巡檢維護隊伍運行監(jiān)控

城市二次供水系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行，可以有效解決當?shù)鼐用竦挠盟畣栴}。

所以，為進一步提升二次供水系統(tǒng)的安全性能和穩(wěn)定指數(shù)，監(jiān)控中心需成立一支專門負責子站巡查與回訪的維修隊伍，及時消除影響二次供水系統(tǒng)安全運行的各類風險隱患。首先，相關部門需加強維修隊伍專門技能方面的培養(yǎng)，具體可采用邀請行業(yè)專家深入現(xiàn)場進行指導培訓或外出進修的形式，不斷豐富、更新、維修隊伍的專業(yè)知識儲備，使其能夠掌握新的知識與技能，提高整個隊伍的專業(yè)巡檢水平。其次，采用各種形式的獎勵機制，充分激發(fā)維修人員的工作熱情和動力，努力夯實維修隊伍建設，盡快打造一支專業(yè)水平過硬、綜合素養(yǎng)強的維修隊伍。

與此同時，監(jiān)控中心需實施科學化管理，將定位技術系統(tǒng)應用到調度指揮系統(tǒng)中。根據(jù) 實時定位系統(tǒng)提供的有效數(shù)據(jù)，觀察二次供水系統(tǒng)的運行狀況以及制定切實可行的應急預案，以便快速控制、解決系統(tǒng)運行的風險隱患，避免在設備搶修過程中影響周邊居民的正常用水。

然后，還需細致劃分相關人員的巡檢任務與巡檢責任，由區(qū)域領導直接負責區(qū)域內各項工作的核查、指導工作，不斷提升參與巡檢人員的專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質，為二次供水系統(tǒng)的正常運行創(chuàng)造有力的人才保障。

3.4 緊急救險搶修指揮

城市二次供水系統(tǒng)在運營管理的過程中，難免會面臨各種形式的故障因素。對此，監(jiān)控中心應針對不同類型突發(fā)性事件的波及范圍與損害程度，設計不同等級的應急搶險預案，一旦發(fā)現(xiàn)二次供水系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障，應立即結合故障的重要性、嚴重性、影響程度，對其進行深入的分析與研究，以便提出切實可行的解決方案。

此外，水務部門應與其他部門協(xié)同合作，定期組織緊急救險搶修演練和專項培訓活動，確保搶修隊伍具備較強的專業(yè)能力和指揮分析能力，保證緊急救險搶修預案能夠有效解決實際的故障問題，切實做好故障預判與故障防范工作，進一步提高二次供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

例如，在夏季暴雨時期、冬季寒潮時期以及其他特殊天氣下，水務部門基本會選擇與氣象部門建立應急聯(lián)動機制的形式，實時監(jiān)測降水、降溫等天氣情況，并做好相應的預防準備工作。同時，與路政部門等協(xié)同合作，在二次供水系統(tǒng)救險搶修路段放置警示牌，由路政部門等相關部門工作人員對道路交通進行指揮、疏導，在保證供水系統(tǒng)短時間恢復的前提下，保障周邊道路的交通順暢。

或者，各職能部門通力合作、統(tǒng)一戒備，將搶修任務按照區(qū)域或街道進行劃分，再利用網(wǎng)絡監(jiān)控平臺和信息技術手段，有效落實二次供水系統(tǒng)的多方位維護活動。

3.5 監(jiān)督服務平臺

為進一步提升二次供水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性以及服務質量，水務部門應結合當?shù)毓┧到y(tǒng)的運行現(xiàn)狀，利用信息技術積極搭建監(jiān)督服務平臺，創(chuàng)新受理方式與電話服務功能，明確監(jiān)督電話服務平臺的工作內容，如，二次供水設備的報修、水質水壓、報漏、噪音、供水系統(tǒng)斷水等各類突發(fā)故障，按照實際的報修內容對其進行分類辦理，力求快速、有效率地解決供水系統(tǒng)存在的問題與紕漏。

另外，相關部門可以運用官fang網(wǎng)站、微信公眾號、微博等多種平臺，拓寬監(jiān)督電話的受理范圍與受理渠道，開通專門負責應對緊急情況的 24 小時服務電話，并對電話信息進行及時處理與回訪，強化對二次供水系統(tǒng)的多方位、多層次監(jiān)控，減少故障問題所造成的經(jīng)濟損失，幫助企業(yè)樹立良好的品牌形象，在實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益雙重發(fā)展的基礎上，推動智能水務系統(tǒng)的穩(wěn)步建設與發(fā)展。

4 基于智慧水務的城市二次供水運營管理未來發(fā)展趨勢

在大數(shù)據(jù)時代，二次供水運營管理通過信息化集成的管理模式，實現(xiàn)了供水服務的信息化、智能化以及精細化，而智慧水務作為智慧城市建設發(fā)展中的重要組成部門，是解決供水系統(tǒng)“最后一公里"的關鍵節(jié)點，也是市政水務發(fā)展的必然要求。所以，城市二次供水運營管理的未來發(fā)展勢必離不開智慧水務理念以及各類先進的傳感技術。

智慧水務通過物聯(lián)網(wǎng)技術管理系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)技術管理系統(tǒng)，利用云計算技術對二次供水系統(tǒng)進行多方位智能操控，形成智能化、自動化、集成化于一體的水務管理系統(tǒng)。

例如，二次供水系統(tǒng)中存在水質、水壓以及耗能等問題，都可以通過智慧水務得到有效地改善與結局。由此，智慧水務是市政水務企業(yè)未來須面臨的發(fā)展方向。

并且，受各方面因素的想象，二次供水設備、設施基本上屬于全體業(yè)主的共有資產，這就在一定程度上增加了二次供水后續(xù)運營管理的難度，導致供水設備出現(xiàn)維修不及時以及老舊小區(qū)二次供水設備無人管理等局面，進而給二次供水運營管理埋下了諸多隱患和用水矛盾。

基于智慧水務城市二次供水運營管理的現(xiàn)存問題，有關部門下發(fā)了有關二次供水設備管理的相關文件，明確指出水務企業(yè)可將供水設備管理延伸到居民電表，實現(xiàn)對二次供水系統(tǒng)的深入化管理，同時鼓勵公示企業(yè)開展相應的運行維護管理工作，促使城市二次供水系統(tǒng)逐漸向精細化、智能化、信息化、智慧化的方向發(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)、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。快捷、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)/國家指標對標，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(jīng)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，城市二次供水系統(tǒng)作為一項與廣大居民生活密切相關的民生工程，在智慧水務理念的滲透下，其原有運營管理模式中的弊端日漸凸顯。因此，相關部門須正確認識智慧水務理念，深入了解二次供水系統(tǒng)運營管理中的紕漏，通過積極構建統(tǒng)一高效的二次供水系統(tǒng)，不斷提升城市二次供水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性，改善周邊居民的用水質量，努力推動智慧水務建設的整體進程。

參考文獻

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作者簡介：

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。