【解決方案】水務配電能效管理在數字化下如何轉型

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0 引言

 水務行業在當下已經邁入了新的發展階段，行業內增大了信息化、數字化的探索，尤其是智能化技術出現以后，智能水務概念的提出使得水務數字化轉型成為可能。但我國水務行業經歷了漫長的發展時期，在很長一段時間內因為存在發展思路、技術條件、資源配置等限制，水務行業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，給整個行業的發展帶來了巨大的困境。信息技術的日漸發展，使得各個地區的水務工作都突破了原先的限制，在水務數字化、智慧化方面的大量研究和投入，使得我國在水務數字化轉型方面取得了一定的成效，但同時也面臨著一定的挑戰，未來為推進智慧水務目標的實現還有很長的一段路要走。

1智慧水務的概念

 智慧水務是在原有的水務系統中融合了智能化技術而出現的新型管理模式，所形成的水智能系統可在水務運營的全過程中實現一體化、標準化管控。信息技術支持下，不同子系統之間可高度銜接起來，系統的融合使得水智能系統能夠對自來水、污水、中水等的處理都開展智能化管控，與常規的管理系統相比，智慧水務下的水循環效率顯著提高，也可創造更大的社會和經濟效益。

 智慧水務作為水務行業的一個新概念，要求每個水務企業都需要立足自身的發展，實現運營管理模式的調整，經由數據采集、傳輸等各種智能化技術和設備，對水務系統的運行狀態、參數等開展實時監測，最終的結果能夠以可視化的方式呈現出來，打造水務物聯網體系。水務企業經由數字化管理平臺的建設，可將全部的水務信息都加以收集、存儲、分析和利用起來，將得到的數據信息作為后續決策和工作的參考。為利用數字化平臺采集相應的數據，需在各個污水處理廠、泵站都進行數據采集前置機的安裝，或者進行DSP模塊的設計。在這種關聯關系下，在各污水廠、泵站運行的過程中，這些數據采集模塊可自動進行數據的采集，最終經由4G或5G網絡，將數據進行上傳并在數據庫中存儲起來[1]。智能化模塊通過對各個關鍵數據的實時監控與智能分析，可在發現異常狀態的情況下及時預警，通知有關人員及時進行異常問題的處理，實現水務運營的精細化、智能化管控。

2 新形勢下水務行業所面臨的問題

 從2019年底以來，各行各業就面臨著巨大的發展危機，新形勢下也使得傳統水務行業暴露了越來越多的問題，難以適應現代化的發展步伐。為實現智慧水務的目標，必須在解決了這些問題以后，針對當下行業所面臨的挑戰，進行相應的數字化轉型探索。

1）部分水務企業缺乏頂層規劃

2）運營環節和操作流程管理仍顯粗放

3）大部分水務企業仍處于信息化初級階段

4）產業鏈和新消費鏈尚未打通

3 智慧水務視角下水務數字化轉型面臨的挑戰

1）水務行業創新發展的挑戰

 智慧水務對行業改革的影響巨大，雖然在驅動行業變革方面有著重要的作用，但是在運營模式創新、認知創新和技術創新方面，卻帶來了一定的挑戰。實際上，如果要在智慧水務條件下實現供排水運營模式的重構，將需要投入大量的資源，再加上業務與數字化尚未形成合力，數字化轉型倒逼業務架構的重構，給運行模式的創新帶來了很大的難題。如果能夠實現數字化轉型，就可以有效打破原先的業務、機構等壁壘。但顯然，當下的水務工作中，對先進管理理念和模式的掌握不夠，業務流程與信息技術之間的融合不佳，都導致水務行業的創新發展面臨著巨大的壓力。

2）水務數字化轉型方向的挑戰

 智慧水務視角下的水務數字化轉型應該向全面感知、智能控制、數據驅動、智能決策等方面邁進，但不論涉及的是哪一個方面，都需要進行相應的技術革新、資源配置。比如，要實現全面感知的目標，在全行業范圍內要擴大廠站規模，并在原有基礎上擴大管網的動態感知范圍，開展全域的智能感知；智能控制條件下，需在原先的基礎上引入自動化技術并配置相應的智能化設備；數據驅動下，要對數據進行全面的采集、管理和分析，形成良好的數據生態。不論要實現哪一方面，所涉及的工作難度都是非常大的，水務企業在數字化轉型的過程中，要立足自身的資源、技術和設備不足，突破這些不利因素的限制。

3）水務業務與信息技術融合的挑戰

 在水務數字化轉型的過程中，保持業務與信息技術的高度融合至關重要。雖然越來越多的水務企業加入了數字化轉型的探索隊伍，但因為深受傳統發展思路的影響，信息技術的應用還停留在初期階段，未進入信息技術的深入應用環節，企業內部也未形成完善的業務與信息管理模式，業務與信息技術的融合效果不理想。

4 水務數字化轉型的意義

1）能夠實現日常辦公管理

2）能夠實現水務全過程管理

3）能夠實現用戶的故障報修

5 智慧水務視角下水務企業數字化轉型的實踐

 北京生態環保集團股份有限公司結合行業發展趨勢及自身實際，提出按照"系統規劃，控節奏；標準先行，統流程；業務驅動，強根基；管理為輔，提效率；資源共享，生態加"的方針，采取先行先試、小步快跑、迭代升級的路徑，力爭實現以安全為保障，覆蓋全業務價值鏈，提升水務運營安全、效率與效能，并可靈活應對可持續運營、可持續響應業務需求變化、可持續賦能的目標，實現業務+數字化的高質量融合發展；推進水廠由粗放型管理到精細化管理轉變，由經驗指令型調度轉化為量化分析型調度，利用數字化工具提高安全保障系數，提高水廠運營效率和專業人員素質，優化生產組織結構。

5.1供水廠數字化轉型實踐

 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議，統一平臺，實現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，實現了運行成本的降低，運行人員管理的平臺從之前的4個變為1個，可提高近40%的調試工作效率，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廠家的硬件或軟件產品。此外，通過規范抄表協議，并將制定的流程制度植入，通過軟件驅動管理制度和運營模式應用實施方式，促進管理標準的落地，提高企業韌性。

5.2污水廠數字化轉型實踐

 環保以太原項目為試點，采取由上而下統籌規劃、以點帶面輻射推廣的方式，探索污水廠數字化系統應用系統。該系統充分利用物聯網、大數據等技術. 實現了集控層、邊緣層、企業層和應用層的融合統一依靠線上工單流轉解決污水廠規范化運行、過程管理量化問題，包括生產監控、運行巡視、設備維修、報警平臺、庫房管理等模塊。系統的業務場景涵蓋水廠工藝、設備、化驗3個管理維度，滿足水廠自動化提升和工具類、管理類、輔助業務類數字化需求，實現生產過程顯化管理。

5.3管網GIS雙平臺建設

 數字化的前提是首先建立數據標準，統一管理流程與業務。環保立足自身，進行管網GIS平臺建設，該平臺是對水務運營薄弱環節管網資產管理的開始，也將是管網業務的進一步升級基礎。該平臺使管網管理業務走向移動端與數據化，創造了業務運營的新模式，實現了總部與項目之間業務的穿透式管理，同時專家資源的價值得到一定程度上的發揮。

6 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

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，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。

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。

3.平臺拓撲圖

4.平臺子系統

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。

4.2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。

4.3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。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，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。

4.5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。

4.7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。

4.8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。

4.9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。

5 相關配置