淺談智慧水務(wù)架構及配電建設應用

隨著(zhù)新時(shí)期治水方針的逐步落實(shí)，水利現代化、智能化建設已開(kāi)啟，物聯(lián)網(wǎng)、圖像識別、數字孿生等新技術(shù)的成熟，也為智慧水務(wù)體系的搭建提供了技術(shù)保障，新時(shí)代治水新思路正逐步得到落實(shí)。本文對智慧水務(wù)的總體架構與包含的建設內容進(jìn)行研究，力圖為智慧水務(wù)體系搭建及項目建設提供部分借鑒。

    (1)水。主要包括水災防御、飲用水管理兩部分內容。水災主要為雨季型洪水、臺風(fēng)型洪水造成的雨澇，當有大洪水來(lái)時(shí)，通過(guò)模型進(jìn)行預報預警，可以提前采取措施，預報各水庫水位，騰出庫容調蓄洪水，減輕庫區周邊和下游的防洪壓力。在后汛期，根據來(lái)水預測及時(shí)攔蓄洪尾水量，盡可能多的儲備水量。當預測來(lái)水量較少時(shí)，可根據水庫蓄水情況和需水量分析，提前采取抗旱措施，減少旱災的影響。飲水工程則是統籌城鄉發(fā)展，和提高民眾生活質(zhì)量，城鄉經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的重要民生基礎設施，城鄉飲用水密切關(guān)系到群眾的身體健康，防范飲水風(fēng)險十分必要。通過(guò)對人飲工程增加水質(zhì)和水位自動(dòng)監測，可實(shí)現城鄉飲水工程供水自動(dòng)預警，同時(shí)加強城鄉飲水工程日常業(yè)務(wù)管理，提升城鄉供水和應急處置能力。

    (2)水資源。是指有利用價(jià)值且可被利用的水源，包括地表水及地下水等。在信息化中，水資源信息包括水質(zhì)信息、監測信息、供水廠(chǎng)監測信息、排污口信息、取水戶(hù)信息、水庫信息、水電站信息、流量監測信息、水利工程信息等。水資源優(yōu)化配置包含了水資源管理、供水管理、灌區管理的綜合優(yōu)化。(3)水環(huán)境。主要通過(guò)監測站網(wǎng)進(jìn)行監測，監測站網(wǎng)是指在流域內或者區域內，由適量的水質(zhì)監測實(shí)驗室與地表水、地下水、大氣降水水質(zhì)站組成的監測信息收集系統。在水環(huán)境管理及保護上，又可分為河湖長(cháng)制綜合管理、采砂管理、水土保持管理等。(4)水工程。包括涉水的水利工程建設管理、水利工程運行管理。(5)水事務(wù)。即以水行政事件為主線(xiàn)，涉及到的對象、業(yè)務(wù)流程等，主要為水行政執法，包括執法對象、執法巡查管理、執法辦案管理、案件辦理管理、執法隊伍和裝備管理、執法指揮調度等。(6)水公共服務(wù)。即水務(wù)部門(mén)面向公眾提供的涉水政務(wù)服務(wù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)端、辦理窗口、戶(hù)外展示引導等提供，主要包括行政審批事項處理、公眾水務(wù)事項解答、公眾水務(wù)事項投訴處理、公眾預報預警、公眾節水教育、公眾河湖治理宣傳教育、引導公眾參與河湖治理、公眾水情教育等。

   (1)水科學(xué)保障專(zhuān)題。聚焦水災防御工作需要，圍繞預案、預報、預警、預演等因素建設，實(shí)現與水災防御工作精細化管理要求。預案應做到結構化管理，由靜態(tài)預案向動(dòng)態(tài)預案轉變。預報則通過(guò)多模型耦合方式，由經(jīng)驗預報向科學(xué)預報過(guò)渡。通過(guò)自動(dòng)監測預警和預警回執，打造預警工作的閉環(huán)流程。在人飲工程上增加水質(zhì)和水位自動(dòng)監測，實(shí)現飲水工程供水自動(dòng)預警，提升供水和應急處置能力。

   (2)水資源優(yōu)化配置專(zhuān)題?；贕IS平臺的展示基礎，實(shí)現水質(zhì)、監控、水位、雨量等監測站點(diǎn)以及水文局、氣象局、環(huán)境局共享的監測站點(diǎn)等監測數據的疊加展示，為水質(zhì)、水資源業(yè)務(wù)協(xié)同、水資源優(yōu)化配置、動(dòng)態(tài)評價(jià)、供水監控預警、供水運營(yíng)管理、供水統計分析、灌區管理等應用服務(wù)。

   (3)水環(huán)境保護專(zhuān)題。聚焦河湖長(cháng)制管理、采砂管理、水土保持管理等應用，建設投訴、采砂計劃管理、采砂許可證管理、采砂量動(dòng)態(tài)監控、水土流失情況分析及呈現、政策法規宣傳等模塊。

   (4)水工程精細調度專(zhuān)題。引入信息化手段，將招投標管理、工程資料、工資支付、工程過(guò)程等文件數字化，實(shí)現工程業(yè)務(wù)數字化，同時(shí)基于GIS平臺，將在建項目、已建項目、規劃項目做疊加展示，實(shí)現工程全景可視化、工程自動(dòng)預警、調度管理可視化等目標。

   (5)水事務(wù)管理專(zhuān)題。以水行政事件為主線(xiàn)，主要建設執法監視、執法巡查計劃制定和下達、執法信息(包括執法隊伍、執法艇、執法車(chē)、執法裝備等)的動(dòng)態(tài)更新、調度指揮等模塊。

   (6)水事務(wù)公共服務(wù)專(zhuān)題。建設審批事項服務(wù)、智能問(wèn)答、公眾投訴服務(wù)、水務(wù)信息服務(wù)、水務(wù)資訊、節水宣傳等模塊。(7)移動(dòng)應用，開(kāi)發(fā)移動(dòng)應用系統，通過(guò)移動(dòng)辦公，實(shí)現隨時(shí)隨地信息查詢(xún)和辦公管理。

5、平臺子系統

 

5.1 變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控

    對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。

    監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常等數據。

5.2 電能質(zhì)量監測與治理

    水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

 

5.3 電動(dòng)機管理

    馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和。準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，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

 

5.4 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(guò)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域。

    將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)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(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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排放統計趨勢。

    能效分析按計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)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(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

 

5.5 智能照明控制

    系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到、節能、舒心的目的。

 

5.6 電氣

5.6.1 電氣火災監測

    監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣預警。

5.6.2 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(dòng)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(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

5.6.3 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(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。

5.6.4 防火門(mén)監控系統

    防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)能發(fā)出信號，能指示部位并保存信息，保障了電氣的可靠性。

5.6.5 環(huán)境監測

    污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。 

5.6.6 分布式光伏監測

    實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，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(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。

平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。

5.6.7 工藝仿真監控

    平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加接觸、污泥濃縮壓濾、生 物等工藝設備運行狀態(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(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、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(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

5.7 產(chǎn)品清單

6、結語(yǔ)

   總之，智慧水務(wù)建設是一個(gè)長(cháng)期、動(dòng)態(tài)的過(guò)程，涵蓋領(lǐng)導決策人員、業(yè)務(wù)人員、橫向相關(guān)單位、專(zhuān)家、巡查人員、企業(yè)單位、社會(huì )公眾等眾多用戶(hù)對象，因此做好頂層規劃和基礎平臺、模型的搭建，為不同用戶(hù)提供個(gè)性化業(yè)務(wù)支持是建設過(guò)程中的聚焦方向。此外，在建設中還應重視項目建設的后評估分析，及時(shí)調整。

參考文獻

[1]SL219-2013,水環(huán)境檢測規范[S].

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡(jiǎn)介

魏健輝，女，安科瑞電氣股份有限公司。