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更新時間：2022-12-27
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吳柯霓
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800
摘要：隨著社會的高速發展，已經進入了信息化時代，數據化智能管理系統在各行各業都應用廣泛，智慧城市的建設也逐步落地。在智慧城市的建設中，智慧水務建設是不能少的一環。智慧水務的建設有助于水務管理的提升，本文從智慧水務建設的基本目的入手，介紹智慧水務建設的現狀與問題，以及對未來智慧水務發展的一些思路。
關鍵詞：智慧水務；框架設計；能源管理；智能控制
0 引言
信息技術與社會程度的高速發展，自動智能化已成為所有行業的共同需求，而 5G 技術的落地，智慧城市的建設也越來越深入，智慧水務是智慧城市建設不能少的一環，如何進行智慧水務建設已成為一個重 要的課題。
1 智慧水務的概念與現狀
1.1 智慧水務的概念
智慧水務的核心是自動智能化的城市水務管理，這是一個新興的概念，在業界還未形成統一的共識。智慧水務的目的是在進行水務業務的辦理與管理過程中，根據客戶的實際需求進行人性化，定制化的服務。表現在管理方面比如：遠程輸水調節、遠程管道檢修等；表現在客戶方面比如：客戶可以實時通過手機 APP 查看水的使用情況，在線繳費與在線辦理業務等。智慧水務是自動化、智能化、人性化的水務管理系統，它可以實現水務精細化管理，具有效率高、時效性強等優點，是水務建設未來的重要方向之一。
1.2 智慧水務的現狀
智慧城市的建設離不開智能水務的建設，如今智能自動管理技術迅猛發展，水務建設也要與時俱進，進行信息化建設為智慧城市的建設添磚加瓦。根據水務工作的現狀與信息技術的應用，智慧水務的建設應該具有新理念與新方式，通過利用大數據、實時傳感以及移動互聯網等技術，對城市用水的各個環節實現自動智能化控制與調配，提高服務水平，避免水資源浪費，實現合理配置。智慧水務是各國水務建設競爭的新方向，智能水務的建設需要計量傳感器與管理系統、智能水質監測系統、智能水量管理系統、智能廢水處理與回收系統等智能系統配套聯合實現水資源的優化配置。以及廢水資源的回收處 理及再利用，F階段，智慧水務的建設還未完善，存在著一系列問題，因此在智慧水務的建設發展中要注重合理規劃，合理配置，根據實際情況解決實際問題，提高水資源的利用，避免浪費。
2 智慧水務建設的規劃
智慧水務的規劃是智慧水務建設的指導思想，具體有以下幾方面內容。
（1）智慧水務建設的目標規劃：任何項目的建設與實施都需要先制定目標，智慧水務的建設也不例外，從作用來看，智慧水務的主體是水務企業與城市居民，智慧水務建設的目標應該是為相關用戶提供水務信息的發布與業務的便捷水務服務。因此，在規劃智能水務建設的目標時應該將用戶體驗作為目標，將服務性內容作為重點進行設計。
（2）智慧水務建設的結構規劃：根據智慧水務建設的目標，智慧水務的結構應該包括用戶層面、系統應用、數據中心與硬件建設等結構。
、用戶層面的構建：智慧水務應根據用戶的不同進行分區設計，主要包含三個用戶群體：客戶、水務企業管理以及水務監督部門。比如：客戶建構的設計要更注重繳費、信息發布、反饋機制的設計；水務企業管理的構建要注重總結、收集、實時報警與調控管理等方面的設計；監督部門的構建要注重信息整理、舉報回饋與統計調查等方面的設計。通過對不同用戶的不同設計，提升智慧水務的整體建設水平與運行效率。
第二、系統應用的構建，智慧水務建設包含的內容比較廣，在智慧水務建設的過程中要根據具體的業務做針對性設計，比如：管網的建設鋪墊與保養維護，水網的運行監測與保養維護，新增水務建設的規劃以及污水處理系統的建設等，在智慧水務的建設中都要進行專門的設計構建。實現整個水務系統的自動智能化，提高整個水務系統的運行服務效率。
第三、數據中心的構建：智慧水務的建設運行是以大數據為基礎的，高效的數據中心是智慧水務運行效率的保障。智慧水務數據中心的構建包含有：基礎數據、空間數據、管理數據和監測數據等。通過數據的收集與整理，可以優化智能水務的執行層面。智慧水務的數據化程度越高，越完善，對智慧水務建設的參考性與指導性作用就越強。
第四、硬件建設：智慧水務建設需要軟件的支持，同時也離不開硬件的保障，硬件是智慧水務建設的設備基礎。智慧水務的硬件建設中要注重安全性與穩定性，同時要注重硬件的維護升級，建設先進的智慧水務系統離不開先進的硬件支持。智慧水務的建設是一個有機的系統，任何一方面的落后都會導致整個智慧水務建設的落后。因此，在進行智慧水務系統建設時要注意齊頭并進，不能出現短板。
3 智慧水務建設的系統建設組成
3.1 能源管理系統
我國是能源消耗大國，能源相對匱乏，因此智慧水務的建設中要特別注意能源管理系統建設。盡量節約能源，減少不必要的浪費。智慧水務能源管理系統可以從泵站開始改造，依據大數據分析用水高峰與谷峰，通過智能化調節，對泵站實施動態化管理，節約泵站耗能。通過能源管理系統實時監測，對能源數據收集整合分析，改造水務系統的配電設施，提高泵站的效能，對電力、熱能等多種能源綜合管理，優化供水流程與波動，整體降低水務系統的能源消耗。
3.2 水資源管理系統
城市供水多采用流域供水，智慧水務建設的水資源管理系統可以實時監控流域情況，包括水質、水量等數據，通過監控數據的收集整合可以建立水資源管理模型，基于模型可以對水資源的變化進行預測應對。水資源管理系統對水資源的合理配置與應用有重要的意義。
3.3 生態管理系統
生態建設是現代社會的重要指標，生態管理系統包括廢水處理、再利用與排放。廢水處理是生態管理系統中的一環，通過廢水處理，實現水資源的循環利用，避免污染自然水資源與生態環境。生態管理系統通過建設污水處理廠與再利用水廠，實現水污染處理和水資源再利用的目的，降低了水資源消耗的同時保護了環境。智慧水務的生態管理系統實現了廢水處理設備自動智能化，對于廢水的分析與數據采集進行實時控制與監管，對于生態環境有重要的意義。
3.4 節水管理系統
智慧水務系統建設需要完善的節水管理系統，節水管理系統對于降低水資源消耗有重大作用。通過大數據運用，將水表傳感器等設備通過移動互聯網與智慧水務系統相聯。通過實時監測的方式，進行分析整理，對異常進行報警實現智能節水，為用水客戶與水務管理企業建立橋梁，提供實時的信息服務。
4 安科瑞電氣針對智慧城市水務建設推出能效管理解決方案----AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺
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品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，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。
4.2 平臺組成
AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。
4.3 平臺拓撲圖
4.4 平臺子系統
4.4.1 變電站綜合自動化系統及電力監控
對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。
監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。
4.4.2 電能質量監測與治理
水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、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。
4.4.3 電動機管理
馬達監控實現水務中電機的保護、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、監測和報警。高效、準確地反映出故障狀態、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
4.4.4 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域。
將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。
能耗數據統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、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。
4.4.5 智能照明控制
系統為污水廠、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，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。
4.6 電氣安全
（1）電氣火災監測
監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、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。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。
（3）消防設備電源監測
監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。
（4） 防火門監控系統
防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，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 環境監測
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，排除隱患，保持良好的水處理環境。
4.4.8 分布式光伏監測
實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。
平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。
4.4.9 工藝仿真監控
平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、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。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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
4.5 相關平臺部署硬件選型清單
4.5.1 電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統
4.5.2 智能照明系統
4.5.3 電氣火災監控系統
4.5.4 消防設備電源監控系統
4.5.5 防火門監控系統
4.5.6 消防應急照明和疏散指示系統
5 小結
智慧水務的建設是智慧城市建設中的部分，對于節約水資源，優化水資源配置，提升水資源利用率，保證水資源的質量與安全有重要意義。通過對水資源的綜合管理，實現對城市流域以及生態系統，廢水回收利用的全方面管控，是居民生活穩定的重要保障，智慧水務的建設具有巨大的社會價值與經濟價值。
參考文獻
[1]呂偉.基于智慧城市下的智慧水務現狀與對策分析[J].中電基礎產品裝備有限公司，北京 100040
[2] 孫國慶．智慧水務關鍵技術研究及應用[J]．水利信息化，2018（01）：46-49．
[3] 安科瑞企業微電網設計應用手冊.2022.05版
作者簡介
吳柯霓，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從智慧水務研究發展。
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