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淺談智慧水務(wù)配電能效系統(tǒng)在城市供水中的應(yīng)用

發(fā)布時間: 2024-07-19  點擊次數(shù): 108次

安科瑞 陳聰

 摘 要:隨著城市化進程不斷加快,對城市供水質(zhì)量也提出了更高的要求。智慧水務(wù)系統(tǒng)是一種比較先進的城市供水管理系統(tǒng),將其運用到城市供水系統(tǒng)管理中,對提高城市供水的管理能力及保障用水安全能力具有至關(guān)重要的作用。基于此,本文就智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供水中的應(yīng)用展開具體分析與討論。

  關(guān)鍵詞:智慧水務(wù)系統(tǒng);城市供水

  智慧水務(wù)系統(tǒng)的運行主要是依賴云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及傳感器技術(shù)等眾多的現(xiàn)代化技術(shù)手段。隨著人們生活水平的不斷提高,對城市用水的質(zhì)量也提出了更高的要求。而不斷地將智慧水務(wù)系統(tǒng)運用到城市供水系統(tǒng)中,不僅可以有效緩解城市供水壓力,而且還能在一定程度上完善整個城市供水系統(tǒng)的使用功能,從而保證居民的用水安全。

1 智慧水務(wù)系統(tǒng)的概念

  智慧水務(wù)系統(tǒng)主要是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)及射頻識別技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的一種新型水務(wù)管理系統(tǒng),其不僅可以有效提高整個城市水務(wù)管理活動的開展效率,而且還能緩解城市用水壓力。此外,城市智慧水務(wù)系統(tǒng)中還包含有大量的數(shù)據(jù)信息,這能為城市相關(guān)水務(wù)工作的展開奠定良好的基礎(chǔ)。智慧水務(wù)系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,在一定程度上為相關(guān)水務(wù)管理部門提供了更具有針對性的數(shù)據(jù)資料,這不僅可以有效促進相關(guān)水務(wù)工作的有序展開,而且還能帶動整個水務(wù)部門的穩(wěn)定發(fā)展。

2 城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)路徑

  2.1 智慧水務(wù)的總體框架

  城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的總體框架主要由應(yīng)用層及用戶層兩部分組成。其中,用戶層主要由管理人員、業(yè)務(wù)人員及公眾人員組成,其能有效實現(xiàn)信息的自動采集,從而不斷完成相應(yīng)的集成管理目標(biāo)[1] 。此外,智慧水務(wù)系統(tǒng)的建立還有效拉近了水務(wù)部門與其他部門之間的關(guān)系,且縮短了與大眾之間的距離,這能幫助水務(wù)部門及時了解大眾需求,從而有效提高整個水務(wù)工作的開展效率。智慧水務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用層能實現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)方面的集成化管理,從而不斷提高整個水務(wù)工作開展的科學(xué)性及合理性。水務(wù)方面的管理工作主要包括:水工安全管理、水生態(tài)管理、城市供排水管理及防汛減災(zāi)管理等幾方面。因此,在建設(shè)城市智慧水務(wù)系統(tǒng)時,應(yīng)綜合考慮城市發(fā)展的各個方面,使智慧水務(wù)系統(tǒng)為相關(guān)水務(wù)工作的展開提供服務(wù)。

  2.2 信息采集傳輸層

  智慧水務(wù)系統(tǒng)信息采集傳輸層主要運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),而物聯(lián)網(wǎng)主要是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上建立起來的。物聯(lián)網(wǎng)主要是指物物都能相連的網(wǎng)路。智慧水務(wù)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)借助網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)采模塊及現(xiàn)場儀表等實現(xiàn)對城市水資源信息的實時監(jiān)測,以保障整個城市水資源使用的安全性。此外,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷更新,物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域不斷拓展,在一定程度上帶動了整個城市朝著更加高效化及信息化的方向發(fā)展。

  2.3 數(shù)據(jù)層

  數(shù)據(jù)層是整個智慧水務(wù)系統(tǒng)的核心,其包含大量的數(shù)據(jù)信息,也是整個智慧水務(wù)系統(tǒng)的主要信息來源。為了有效提高智慧水務(wù)系統(tǒng)的使用效果,相關(guān)人員應(yīng)首先建立較為完整的數(shù)據(jù)庫及基礎(chǔ)設(shè)施,以促進數(shù)據(jù)層的資源整合,為相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用活動的開展提供一定的數(shù)據(jù)支持。此外,隨著城市化發(fā)展進程的不斷加快及人們生活水平的不斷提高,未來智慧水務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展將朝著對水務(wù)業(yè)務(wù)方面進行數(shù)據(jù)挖掘的方向發(fā)展,這樣才能完善整個智慧水務(wù)系統(tǒng),從而為人們的用水提供便利。

  2.4門戶層

  城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的門戶層主要包括行業(yè)門戶與公共信息門戶兩種。其中,管理人員主要負責(zé)對內(nèi)部門戶進行維修,而業(yè)務(wù)人員可以通過行業(yè)門戶實現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)人員之間的溝通與交流,這能有效促進相關(guān)水務(wù)工作的有序展開,從而不斷提高智慧水務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)水平。此外,公共信息門戶的建立,可以為城市用戶的咨詢提供一條信息渠道,幫助用戶及時獲取水務(wù)管理方面的信息,從而促使公眾積極參與到水務(wù)建設(shè)中來,進而有效提高整個水務(wù)工作開展的公開性、透明性與有效性。

  2.5數(shù)據(jù)管理平臺

  建立數(shù)據(jù)管理平臺的主要目的是有效整理與存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息,這樣不僅可以有效促進相關(guān)水務(wù)工作的有序展開,而且還能為其他部門提供數(shù)據(jù)支持。其中,數(shù)據(jù)管理平臺對數(shù)據(jù)進行整合的作用主要表現(xiàn)在兩方面:第一,通過數(shù)據(jù)管理平臺對數(shù)據(jù)進行整合,可以保證整個數(shù)據(jù)的存儲完整性,并能及時將數(shù)據(jù)進行備份與存儲,從而有效提高數(shù)據(jù)存儲的安全性;第二,通過數(shù)據(jù)管理平臺的數(shù)據(jù)整合,能有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)集約化管理,從而不斷節(jié)約存儲空間,降低數(shù)據(jù)存儲成本。因此,數(shù)據(jù)管理平臺的建立對有效提高數(shù)據(jù)存儲的安全性及促進相關(guān)水務(wù)工作的開展都具有至關(guān)重要的作用。

3 智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供水中的實際應(yīng)用

  城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的建立,不僅可以實現(xiàn)對資源的有效整合,而且還能有效促進城市的快速穩(wěn)定發(fā)展。接下來,筆者就對智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供水中的實際應(yīng)用展開具體分析。

  3.1 建立供水管理智慧服務(wù)平臺

  為了有效促進智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供水系統(tǒng)中的有效應(yīng)用,應(yīng)利用數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等建立供水管理智慧服務(wù)平臺,以促進數(shù)字化供水體系的建立,從而實現(xiàn)資源信息共享及視頻監(jiān)控功能。此外,數(shù)字化供水體系的建立還能為相關(guān)人員的業(yè)務(wù)活動辦理提供便利,從而提高水務(wù)工作的開展效率。在建立供水管理智慧服務(wù)平臺時,還應(yīng)結(jié)合人們的實際生活需求,使水務(wù)工作的開展能更加便民化、人性化,以為人們的用水提供更加便利的服務(wù)[2]。

  3.2 信息資源系統(tǒng)的建立

信息資源系統(tǒng)也是影響城市智慧水務(wù)系統(tǒng)使用質(zhì)量的關(guān)鍵因素。隨著我國城市化建設(shè)進程不斷加快,相關(guān)部門加大了對水務(wù)系統(tǒng)的資金投入與管理力度,但是,其大多都集中在工程項目的建設(shè)方面,對信息系統(tǒng)建設(shè)方面的投入?yún)s很少,影響了整個智慧水務(wù)系統(tǒng)的使用效率。因此,我們應(yīng)不斷建立信息資源系統(tǒng),有效促進城市水務(wù)工作的高效展開,從而為用戶提供更加便利化的服務(wù)。

4 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)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(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。

4.2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。

4.3平臺拓撲圖

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4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1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)。

4.4.2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(biāo)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。

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4.4.3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(zhǔn)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)。

綜合管廊智能馬達控制系統(tǒng)

4.4.4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(biāo)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(biāo)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(biāo)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,同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/指標(biāo)對標(biāo),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。

 

4.4.5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)能的目的。

4.4.6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(dāng)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。

4.4.7 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(dāng)可燃氣體或有害氣體濃度超標(biāo)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。

4.4.8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(dāng)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。

4.4.9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)平臺部署硬件選型清單

序號

名稱

型號、規(guī)格

安裝位置

用途

1

電能質(zhì)量監(jiān)測

APview500

進線開關(guān)柜

監(jiān)測市電電能質(zhì)量

2

35kV、10kV回路保護

AM6

35、10kV開關(guān)柜

35、10kV回路保護、測控

3

智能操控裝置

ASD500-Pn

35、10kV開關(guān)柜

35、10kV回路操作、顯示和測溫

4

弧光保護

ARB5

35、10kV回路母線室、斷路器室、電纜室

用于監(jiān)測關(guān)鍵電氣接點弧光監(jiān)測、保護

5

無線測溫傳感器

ATE400、ATE200

35、10、0.4kV母排、斷路器、線纜接頭

用于監(jiān)測關(guān)鍵電氣接點溫度

6

有源濾波裝置

AnSin□-M

0.4kV母線側(cè)

濾除配電系統(tǒng)2~25次諧波畸變

7

無功補償裝置

AZC智能電容

0.4kV母線側(cè)

提供無功補償

8

多功能儀表

APM520/APM510

10kV、0.4kV回路

監(jiān)測電氣參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)、故障報警

9

智能照明控制器

ASL100

照明配電箱

照明單控、群控、定時/自動控制

10

電氣火災(zāi)傳感器

ARCM200

配電柜/配電箱

監(jiān)測漏電電流和線纜溫度

11

消防設(shè)備電源傳感器

AFPM

消防配電箱

監(jiān)測消防設(shè)備電壓、電流狀態(tài)

12

應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

A-C-A100

消防疏散通道

提供消防應(yīng)急照明并指引疏散人群快速疏散

13

限流式保護器

ASCP200

照明插座回路

防止過載、短路產(chǎn)生火花

14

電動機保護器

ARD3M

電動機

保護電機安全穩(wěn)定運行

15

環(huán)境傳感器

溫濕度、浸水、煙霧、有害氣體等傳感器

配電室、工藝區(qū)域

監(jiān)測環(huán)境參數(shù),維護環(huán)境安全

16

智能網(wǎng)關(guān)

ANet-2E4SM

數(shù)據(jù)采集柜

采集設(shè)備數(shù)據(jù),邏輯控制、上傳平臺

6結(jié)語

  將智慧水務(wù)系統(tǒng)運用到城市供水系統(tǒng)中,對有效提高城市用水質(zhì)量及不斷促進城市的可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。因此,我們應(yīng)首先認識與了解智慧水務(wù)系統(tǒng)的概念,進而從智慧水務(wù)的總體框架、信息采集傳輸層、數(shù)據(jù)層、門戶層及數(shù)據(jù)管理平臺等方面不斷完善城市智慧水務(wù)系統(tǒng),并將其運用到城市供水系統(tǒng)中,以促進城市水務(wù)工作高效開展,為人們使用生活用水提供更加便利化的服務(wù),不斷提高人們的用水安全性。

參考文獻:

[1]郝志慧,基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2017(2):114-115.

[2]鄭浩,饒志華,方祿發(fā)等.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計[J].科技廣場,2016(7):179-182.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版


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