【解決方案】水務(wù)配電能效管理在數(shù)字化下如何轉(zhuǎn)型

安科瑞未曉妃  歡迎咨詢?。。?/span>

0 引言

 水務(wù)行業(yè)在當下已經(jīng)邁入了新的發(fā)展階段，行業(yè)內(nèi)增大了信息化、數(shù)字化的探索，尤其是智能化技術(shù)出現(xiàn)以后，智能水務(wù)概念的提出使得水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為可能。但我國水務(wù)行業(yè)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展時期，在很長一段時間內(nèi)因為存在發(fā)展思路、技術(shù)條件、資源配置等限制，水務(wù)行業(yè)的很多工作都是由人工來完成的，效率偏低且不同流程之間的銜接性不夠，給整個行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的困境。信息技術(shù)的日漸發(fā)展，使得各個地區(qū)的水務(wù)工作都突破了原先的限制，在水務(wù)數(shù)字化、智慧化方面的大量研究和投入，使得我國在水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面取得了一定的成效，但同時也面臨著一定的挑戰(zhàn)，未來為推進智慧水務(wù)目標的實現(xiàn)還有很長的一段路要走。

1智慧水務(wù)的概念

 智慧水務(wù)是在原有的水務(wù)系統(tǒng)中融合了智能化技術(shù)而出現(xiàn)的新型管理模式，所形成的水智能系統(tǒng)可在水務(wù)運營的全過程中實現(xiàn)一體化、標準化管控。信息技術(shù)支持下，不同子系統(tǒng)之間可高度銜接起來，系統(tǒng)的融合使得水智能系統(tǒng)能夠?qū)ψ詠硭?、污水、中水等的處理都開展智能化管控，與常規(guī)的管理系統(tǒng)相比，智慧水務(wù)下的水循環(huán)效率顯著提高，也可創(chuàng)造更大的社會和經(jīng)濟效益。

 智慧水務(wù)作為水務(wù)行業(yè)的一個新概念，要求每個水務(wù)企業(yè)都需要立足自身的發(fā)展，實現(xiàn)運營管理模式的調(diào)整，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)雀鞣N智能化技術(shù)和設(shè)備，對水務(wù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)、參數(shù)等開展實時監(jiān)測，最終的結(jié)果能夠以可視化的方式呈現(xiàn)出來，打造水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)體系。水務(wù)企業(yè)經(jīng)由數(shù)字化管理平臺的建設(shè)，可將全部的水務(wù)信息都加以收集、存儲、分析和利用起來，將得到的數(shù)據(jù)信息作為后續(xù)決策和工作的參考。為利用數(shù)字化平臺采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，需在各個污水處理廠、泵站都進行數(shù)據(jù)采集前置機的安裝，或者進行DSP模塊的設(shè)計。在這種關(guān)聯(lián)關(guān)系下，在各污水廠、泵站運行的過程中，這些數(shù)據(jù)采集模塊可自動進行數(shù)據(jù)的采集，最終經(jīng)由4G或5G網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)進行上傳并在數(shù)據(jù)庫中存儲起來[1]。智能化模塊通過對各個關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控與智能分析，可在發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)的情況下及時預(yù)警，通知有關(guān)人員及時進行異常問題的處理，實現(xiàn)水務(wù)運營的精細化、智能化管控。

2 新形勢下水務(wù)行業(yè)所面臨的問題

 從2019年底以來，各行各業(yè)就面臨著巨大的發(fā)展危機，新形勢下也使得傳統(tǒng)水務(wù)行業(yè)暴露了越來越多的問題，難以適應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展步伐。為實現(xiàn)智慧水務(wù)的目標，必須在解決了這些問題以后，針對當下行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，進行相應(yīng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索。

1）部分水務(wù)企業(yè)缺乏頂層規(guī)劃

2）運營環(huán)節(jié)和操作流程管理仍顯粗放

3）大部分水務(wù)企業(yè)仍處于信息化初級階段

4）產(chǎn)業(yè)鏈和新消費鏈尚未打通

3 智慧水務(wù)視角下水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)

1）水務(wù)行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的挑戰(zhàn)

 智慧水務(wù)對行業(yè)改革的影響巨大，雖然在驅(qū)動行業(yè)變革方面有著重要的作用，但是在運營模式創(chuàng)新、認知創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新方面，卻帶來了一定的挑戰(zhàn)。實際上，如果要在智慧水務(wù)條件下實現(xiàn)供排水運營模式的重構(gòu)，將需要投入大量的資源，再加上業(yè)務(wù)與數(shù)字化尚未形成合力，數(shù)字化轉(zhuǎn)型倒逼業(yè)務(wù)架構(gòu)的重構(gòu)，給運行模式的創(chuàng)新帶來了很大的難題。如果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，就可以有效打破原先的業(yè)務(wù)、機構(gòu)等壁壘。但顯然，當下的水務(wù)工作中，對先進管理理念和模式的掌握不夠，業(yè)務(wù)流程與信息技術(shù)之間的融合不佳，都導(dǎo)致水務(wù)行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展面臨著巨大的壓力。

2）水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方向的挑戰(zhàn)

 智慧水務(wù)視角下的水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)該向全面感知、智能控制、數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能決策等方面邁進，但不論涉及的是哪一個方面，都需要進行相應(yīng)的技術(shù)革新、資源配置。比如，要實現(xiàn)全面感知的目標，在全行業(yè)范圍內(nèi)要擴大廠站規(guī)模，并在原有基礎(chǔ)上擴大管網(wǎng)的動態(tài)感知范圍，開展全域的智能感知；智能控制條件下，需在原先的基礎(chǔ)上引入自動化技術(shù)并配置相應(yīng)的智能化設(shè)備；數(shù)據(jù)驅(qū)動下，要對數(shù)據(jù)進行全面的采集、管理和分析，形成良好的數(shù)據(jù)生態(tài)。不論要實現(xiàn)哪一方面，所涉及的工作難度都是非常大的，水務(wù)企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，要立足自身的資源、技術(shù)和設(shè)備不足，突破這些不利因素的限制。

3）水務(wù)業(yè)務(wù)與信息技術(shù)融合的挑戰(zhàn)

 在水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，保持業(yè)務(wù)與信息技術(shù)的高度融合至關(guān)重要。雖然越來越多的水務(wù)企業(yè)加入了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的探索隊伍，但因為深受傳統(tǒng)發(fā)展思路的影響，信息技術(shù)的應(yīng)用還停留在初期階段，未進入信息技術(shù)的深入應(yīng)用環(huán)節(jié)，企業(yè)內(nèi)部也未形成完善的業(yè)務(wù)與信息管理模式，業(yè)務(wù)與信息技術(shù)的融合效果不理想。

4 水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

1）能夠?qū)崿F(xiàn)日常辦公管理

2）能夠?qū)崿F(xiàn)水務(wù)全過程管理

3）能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的故障報修

5 智慧水務(wù)視角下水務(wù)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實踐

 北京生態(tài)環(huán)保集團股份有限公司結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢及自身實際，提出按照"系統(tǒng)規(guī)劃，控節(jié)奏；標準先行，統(tǒng)流程；業(yè)務(wù)驅(qū)動，強根基；管理為輔，提效率；資源共享，生態(tài)加"的方針，采取先行先試、小步快跑、迭代升級的路徑，力爭實現(xiàn)以安全為保障，覆蓋全業(yè)務(wù)價值鏈，提升水務(wù)運營安全、效率與效能，并可靈活應(yīng)對可持續(xù)運營、可持續(xù)響應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化、可持續(xù)賦能的目標，實現(xiàn)業(yè)務(wù)+數(shù)字化的高質(zhì)量融合發(fā)展；推進水廠由粗放型管理到精細化管理轉(zhuǎn)變，由經(jīng)驗指令型調(diào)度轉(zhuǎn)化為量化分析型調(diào)度，利用數(shù)字化工具提高安全保障系數(shù)，提高水廠運營效率和專業(yè)人員素質(zhì)，優(yōu)化生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)。

5.1供水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐

 以馬鞍山與徐州項目為試點的遠傳抄表平臺，采用其自定義自有通信協(xié)議，統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)公司管理三百多萬只水表，每年超過20億元的水費收入在同一個平臺中管理。以馬鞍山為例，實現(xiàn)了運行成本的降低，運行人員管理的平臺從之前的4個變?yōu)?個，可提高近40%的調(diào)試工作效率，在檔案資料管理工作方面可降低30%的人日工作量，為每月歷次開賬管理工作提高50%的效率，同時公司不再受制于水表供應(yīng)廠家的硬件或軟件產(chǎn)品。此外，通過規(guī)范抄表協(xié)議，并將制定的流程制度植入，通過軟件驅(qū)動管理制度和運營模式應(yīng)用實施方式，促進管理標準的落地，提高企業(yè)韌性。

5.2污水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐

 環(huán)保以太原項目為試點，采取由上而下統(tǒng)籌規(guī)劃、以點帶面輻射推廣的方式，探索污水廠數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù). 實現(xiàn)了集控層、邊緣層、企業(yè)層和應(yīng)用層的融合統(tǒng)一依靠線上工單流轉(zhuǎn)解決污水廠規(guī)范化運行、過程管理量化問題，包括生產(chǎn)監(jiān)控、運行巡視、設(shè)備維修、報警平臺、庫房管理等模塊。系統(tǒng)的業(yè)務(wù)場景涵蓋水廠工藝、設(shè)備、化驗3個管理維度，滿足水廠自動化提升和工具類、管理類、輔助業(yè)務(wù)類數(shù)字化需求，實現(xiàn)生產(chǎn)過程顯化管理。

5.3管網(wǎng)GIS雙平臺建設(shè)

 數(shù)字化的前提是首先建立數(shù)據(jù)標準，統(tǒng)一管理流程與業(yè)務(wù)。環(huán)保立足自身，進行管網(wǎng)GIS平臺建設(shè)，該平臺是對水務(wù)運營薄弱環(huán)節(jié)管網(wǎng)資產(chǎn)管理的開始，也將是管網(wǎng)業(yè)務(wù)的進一步升級基礎(chǔ)。該平臺使管網(wǎng)管理業(yè)務(wù)走向移動端與數(shù)據(jù)化，創(chuàng)造了業(yè)務(wù)運營的新模式，實現(xiàn)了總部與項目之間業(yè)務(wù)的穿透式管理，同時專家資源的價值得到一定程度上的發(fā)揮。

6 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

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(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)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(shè)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(xué)、精細的解決方案。

2.平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)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(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)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(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

3.平臺拓撲圖

4.平臺子系統(tǒng)

4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)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(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)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)。

4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)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(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)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(guān)信息，對電機進行健康診斷和預(yù)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(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)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(lǐng)導(dǎo)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(wù)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(gòu)，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(chǎn)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，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

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(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)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(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適的目的。

4.6電氣安全

（1）電氣火災(zāi)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(yù)警。

（2）消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)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(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)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(shè)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(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)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(shè)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。

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(yù)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(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

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(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)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(jié)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。

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(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)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(zhuǎn)、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(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5 相關(guān)配置