【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！！！

0 引言

 水務(wù)行業(yè)在當(dāng)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(guó)水務(wù)行業(yè)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)期，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)因?yàn)榇嬖诎l(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(gè)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(gè)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(guó)在水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面取得了一定的成效，但同時(shí)也面臨著一定的挑戰(zhàn)，未來為推進(jìn)智慧水務(wù)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)還有很長(zhǎng)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(yùn)營(yíng)的全過程中實(shí)現(xiàn)一體化、標(biāo)準(zhǔn)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⑽鬯⒅兴鹊奶幚矶奸_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(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

 智慧水務(wù)作為水務(wù)行業(yè)的一個(gè)新概念，要求每個(gè)水務(wù)企業(yè)都需要立足自身的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)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(duì)水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)等開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(tái)的建設(shè)，可將全部的水務(wù)信息都加以收集、存儲(chǔ)、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(tái)采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，需在各個(gè)污水處理廠、泵站都進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前置機(jī)的安裝，或者進(jìn)行DSP模塊的設(shè)計(jì)。在這種關(guān)聯(lián)關(guān)系下，在各污水廠、泵站運(yùn)行的過程中，這些數(shù)據(jù)采集模塊可自動(dòng)進(jìn)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(jìn)行上傳并在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)起來[1]。智能化模塊通過對(duì)各個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(shí)預(yù)警，通知有關(guān)人員及時(shí)進(jìn)行異常問題的處理，實(shí)現(xiàn)水務(wù)運(yùn)營(yíng)的精細(xì)化、智能化管控。

2 新形勢(shì)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(jī)，新形勢(shì)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(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)的目標(biāo)，必須在解決了這些問題以后，針對(duì)當(dāng)下行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，進(jìn)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(yùn)營(yíng)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(jí)階段

4）產(chǎn)業(yè)鏈和新消費(fèi)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(duì)行業(yè)改革的影響巨大，雖然在驅(qū)動(dòng)行業(yè)變革方面有著重要的作用，但是在運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新、認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新方面，卻帶來了一定的挑戰(zhàn)。實(shí)際上，如果要在智慧水務(wù)條件下實(shí)現(xiàn)供排水運(yùn)營(yíng)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(yùn)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(jī)構(gòu)等壁壘。但顯然，當(dāng)下的水務(wù)工作中，對(duì)先進(jìn)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(dòng)、智能決策等方面邁進(jìn)，但不論涉及的是哪一個(gè)方面，都需要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)革新、資源配置。比如，要實(shí)現(xiàn)全面感知的目標(biāo)，在全行業(yè)范圍內(nèi)要擴(kuò)大廠站規(guī)模，并在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)大管網(wǎng)的動(dòng)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(dòng)化技術(shù)并配置相應(yīng)的智能化設(shè)備；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(duì)伍，但因?yàn)樯钍軅鹘y(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(jìn)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(bào)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(shí)踐

 北京生態(tài)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及自身實(shí)際，提出按照"系統(tǒng)規(guī)劃，控節(jié)奏；標(biāo)準(zhǔn)先行，統(tǒng)流程；業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)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(jí)的路徑，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)以安全為保障，覆蓋全業(yè)務(wù)價(jià)值鏈，提升水務(wù)運(yùn)營(yíng)安全、效率與效能，并可靈活應(yīng)對(duì)可持續(xù)運(yùn)營(yíng)、可持續(xù)響應(yīng)業(yè)務(wù)需求變化、可持續(xù)賦能的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)+數(shù)字化的高質(zhì)量融合發(fā)展；推進(jìn)水廠由粗放型管理到精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變，由經(jīng)驗(yàn)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(yùn)營(yíng)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(shí)踐

 以馬鞍山與徐州項(xiàng)目為試點(diǎn)的遠(yuǎn)傳抄表平臺(tái)，采用其自定義自有通信協(xié)議，統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)公司管理三百多萬(wàn)只水表，每年超過20億元的水費(fèi)收入在同一個(gè)平臺(tái)中管理。以馬鞍山為例，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行成本的降低，運(yùn)行人員管理的平臺(tái)從之前的4個(gè)變?yōu)?個(gè)，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(shí)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(dòng)管理制度和運(yùn)營(yíng)模式應(yīng)用實(shí)施方式，促進(jìn)管理標(biāo)準(zhǔn)的落地，提高企業(yè)韌性。

5.2污水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐

 環(huán)保以太原項(xiàng)目為試點(diǎn)，采取由上而下統(tǒng)籌規(guī)劃、以點(diǎn)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(shí)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(yùn)行、過程管理量化問題，包括生產(chǎn)監(jiān)控、運(yùn)行巡視、設(shè)備維修、報(bào)警平臺(tái)、庫(kù)房管理等模塊。系統(tǒng)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景涵蓋水廠工藝、設(shè)備、化驗(yàn)3個(gè)管理維度，滿足水廠自動(dòng)化提升和工具類、管理類、輔助業(yè)務(wù)類數(shù)字化需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程顯化管理。

5.3管網(wǎng)GIS雙平臺(tái)建設(shè)

 數(shù)字化的前提是首先建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一管理流程與業(yè)務(wù)。環(huán)保立足自身，進(jìn)行管網(wǎng)GIS平臺(tái)建設(shè)，該平臺(tái)是對(duì)水務(wù)運(yùn)營(yíng)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(jìn)一步升級(jí)基礎(chǔ)。該平臺(tái)使管網(wǎng)管理業(yè)務(wù)走向移動(dòng)端與數(shù)據(jù)化，創(chuàng)造了業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的新模式，實(shí)現(xiàn)了總部與項(xiàng)目之間業(yè)務(wù)的穿透式管理，同時(shí)專家資源的價(jià)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(tái)

1.平臺(tái)概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析、治理裝置，用于監(jiān)測(cè)污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度，監(jiān)測(cè)主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)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(xì)的解決方案。

2.平臺(tái)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(dòng)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(yùn)維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺(tái)、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)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(tái)拓?fù)鋱D

4.平臺(tái)子系統(tǒng)

4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對(duì)水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警。

監(jiān)測(cè)變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報(bào)警等數(shù)據(jù)。

4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測(cè)其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對(duì)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(dòng)機(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)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(jì)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(gè)看板中，從多個(gè)維度對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)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(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)狻⒗錈崃肯牧浚h(huán)比對(duì)比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算，標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。

能效分析按三級(jí)計(jì)量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對(duì)各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對(duì)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(shì)圖，并進(jìn)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(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)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(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)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(cè)

監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(cè)

監(jiān)測(cè)消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)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(dòng)閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(hào)。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(shí)，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，能指示報(bào)警部位并保存報(bào)警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.7環(huán)境監(jiān)測(cè)

污水廠、自來水廠、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)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(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yùn)行監(jiān)視，對(duì)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(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以曲線方式繪制上述監(jiān)測(cè)的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺(tái)結(jié)合廠區(qū)實(shí)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(diǎn)位置，各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。

4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺(tái)通過2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)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(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù)，進(jìn)行短路、過流、過載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5 相關(guān)配置