淺談廣州市番禺區智慧水務(wù)配電能效平臺遠程監控系統與產(chǎn)品選型

番禺區位于廣州市中南部,地處粵港澳大灣區地理中心位置，東臨獅子洋與東莞市相望,南濱南沙珠江出?？?，西鄰佛山市順德區和中山市，北接海珠區。2000年以來(lái)番禺區的快速發(fā)展逐步融入廣州主城區；同時(shí)，軌道交通、高快速路等重要通道的建設,促使番禺區城鎮之間的功能聯(lián)系不斷增強，聯(lián)系的模式由“中心城區一邊緣”模式向內部城鎮之間通過(guò)功能和空間聯(lián)系轉變，城市聯(lián)系呈現日益網(wǎng)絡(luò )化。番禺區的排水系統經(jīng)過(guò)多年的建設與發(fā)展，截止到2019年底,番禺區（不包括小谷圍）累計建成污水管網(wǎng)長(cháng)度1496.1km,其中：市政污水管網(wǎng)長(cháng)度749.7km,農村生活污水治理工程管網(wǎng)（含分散式）746.1km。全區合流管長(cháng)度715.80km。全區污水管網(wǎng)（含合流）總里程為2211.90km,現狀雨水管道總長(cháng)約為915.5km,其中分流制管道長(cháng)度為199.7km。

番禺區現狀共有9個(gè)污水系統，分別為鋒污水系統、鐘村污水系統、中部污水系統、大石污水系統、洛溪污水系統、南村污水系統、化龍污水系統、海鷗島污水系統、小谷圍污水系統。目番禺區現狀主要有9座凈水廠(chǎng)，結合在建大石凈水廠(chǎng)三期（5萬(wàn)m³/d）、南村凈水廠(chǎng)三期（5萬(wàn)m³/d）、洛溪島凈水廠(chǎng)二期（2.5萬(wàn)m³/d），污水處理規模達3.7萬(wàn)m3/d。

1 建設目標

番禺區“智慧水務(wù)”建設項目的數據資源建設任務(wù)一方面是在番禺區水務(wù)一體化平臺的數據資源基礎上繼續進(jìn)行排水數據資源擴充,實(shí)現對各排水域、各類(lèi)型對象的業(yè)務(wù)采集、整理、存儲和管理，包括感知數據、業(yè)務(wù)數據等，為排水工作開(kāi)展奠定數據基礎;另一方面,為了進(jìn)一步融合到番禺區電子政務(wù)總框架,實(shí)現政務(wù)信息共享和排水業(yè)務(wù)協(xié)同，在數據資源層上引入番禺區相關(guān)政務(wù)部門(mén)信息資源和共享資源,包括城管、國規委等信息資源、地理信息圖層、“四標四實(shí)”數據等共享資源。同時(shí)，在“智慧水務(wù)”建設項目中產(chǎn)生的數據也會(huì )通過(guò)共享平臺向其他部門(mén)進(jìn)行輸出。

2 遠程監控系統建設

遠程監控子系統實(shí)現流域內閘站、泵站、凈水廠(chǎng)和管網(wǎng)運行狀況的遠程動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監控，為聯(lián)合調度提供在線(xiàn)數據支持。

2.1泵站遠程監控

泵站遠程監控模塊實(shí)現對泵站現場(chǎng)運行信息的遠程統一采集、傳輸、顯示與統計，為排水泵站運行管理提供基礎平臺。通過(guò)在線(xiàn)監控界面實(shí)時(shí)展現泵站運行狀態(tài)；通過(guò)報警信息及時(shí)反映設備運行異常；通過(guò)運行曲線(xiàn)及匯總統計運行數據,為泵站運行調度提供數據支持。系統具有過(guò)程監視、遠程控制、狀態(tài)預警、曲線(xiàn)查詢(xún)、運行統計等功能。系統界面示例如圖1所示。

圖1泵站遠程監控界面示意

2.2凈水廠(chǎng)遠程監控

凈水廠(chǎng)遠程監控系統（如圖2）實(shí)現對流域內各凈水廠(chǎng)工藝運行過(guò)程的實(shí)時(shí)監視,對各凈水廠(chǎng)運行數據的實(shí)時(shí)展示。將現場(chǎng)采集的信息無(wú)縫集成到監控系統動(dòng)態(tài)模擬畫(huà)面中,通過(guò)監控畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示凈水廠(chǎng)生產(chǎn)運行過(guò)程重要工藝參數與大型設備的運行狀態(tài)信號。監控畫(huà)面模擬凈水廠(chǎng)工藝設計布局，形象而直觀(guān)地體現污水處理構筑物、管道的布置情況、設備儀表安裝位置等。

當凈水廠(chǎng)生產(chǎn)運行過(guò)程中發(fā)生異常（如儀表設備故障、工藝參數異常等情況）時(shí),系統通過(guò)檢測各類(lèi)在線(xiàn)儀表監測數據與歷史變化趨勢，對比預設超標限值及報警條件，及時(shí)發(fā)布預警。系統通過(guò)調用存儲于數據庫內的生產(chǎn)運行數據,生成實(shí)時(shí)曲線(xiàn)與歷史曲線(xiàn)系列畫(huà)面。用戶(hù)可根據需要動(dòng)態(tài)選擇參數曲線(xiàn),查看運行參數變化趨勢圖。并可以選擇顯示報警限曲線(xiàn)與參數標準值曲線(xiàn)，以作對比參考。

圖2凈水廠(chǎng)遠程調控

統計分析模塊實(shí)現對水質(zhì)、水量等工藝生產(chǎn)信息,以及關(guān)鍵設備的運行時(shí)間、啟停次數等設備運行信息的統計，并通過(guò)曲線(xiàn)圖、柱狀圖、餅圖、數據表等多種方式進(jìn)行展示。

2.3管網(wǎng)遠程監控

管網(wǎng)在線(xiàn)監控模塊實(shí)現對于分散在管網(wǎng)系統的干管、溢流點(diǎn)、易澇點(diǎn)等關(guān)鍵節點(diǎn)監測設備采集的管網(wǎng)運行數據的顯示、查詢(xún)、分析和可視化信息管理,并可對管網(wǎng)運行故障進(jìn)行報警。主要包括監測信息查詢(xún)、監測報警和運行統計3個(gè)功能。

1）監測信息查詢(xún)。監測信息查詢(xún)提供對分散在管網(wǎng)系統主干管、溢流點(diǎn)、易澇點(diǎn)等關(guān)鍵節點(diǎn)的在線(xiàn)液位計、流量計、水質(zhì)等監測設備采集的數據的顯示、查詢(xún)、儲存和管理功能。系統提供地圖、曲線(xiàn)、表格等方式直觀(guān)顯示液位、流量等在線(xiàn)監測數據,支持歷史監測數據查看,以便了解整個(gè)排水管網(wǎng)的運行狀況。

2）監測報警。監測報警實(shí)現管網(wǎng)設施運行狀態(tài)異?；虮O測指標超出警戒值，將異常所在的位置進(jìn)行顯示,并以地圖閃爍等方式向用戶(hù)發(fā)出警報信息，確保異常的快速處理;此外,支持對歷史警情信息的查詢(xún)和管理。

3）行統計。運行統計支持對監測數據生成各類(lèi)運行題圖（如曲線(xiàn)圖、柱狀圖等）,實(shí)現對于排水管網(wǎng)運行信息的匯總統計，輔助管理人員掌握管網(wǎng)總體運行狀況。決策支持子系統通過(guò)對流域調度運行監測數據進(jìn)行匯總統計,分析流域排水系統運行狀況,評估排水系統設施設備調度能力，為管理決策提供統計數據支持。

1）管網(wǎng)負荷分析。管網(wǎng)負荷分析模塊實(shí)現對排水管網(wǎng)運行負荷監測數據的匯總統計（如圖3）。通過(guò)繪制管道充滿(mǎn)度、流速、節點(diǎn)水深題圖,分析不同降雨情景、不同調度策略支持下,管網(wǎng)水力負荷變化情況,統計管網(wǎng)負荷運行區間分布，統計滿(mǎn)負荷運行管線(xiàn),評估管網(wǎng)運行效率和安全性,為提高管網(wǎng)的運行效率,均衡管網(wǎng)的排水負荷,發(fā)揮排水管網(wǎng)排水能力提供統計數據支持。

圖3管網(wǎng)負荷分析界面示意

2）管網(wǎng)溢流分析。管網(wǎng)溢流分析模塊實(shí)現對排水管網(wǎng)溢流監測數據的匯總統計。通過(guò)繪制檢查井溢流題圖，分析不同降雨強度情景、不同排水調度模式下，總入流量和道路積水情況，統計區域溢流次數、溢流時(shí)長(cháng)，分析排水負荷空間分布和時(shí)間變化規律,分析管網(wǎng)內部水流特征，鎖定溢流風(fēng)險區域，溢流點(diǎn)位置、溢流量和溢流時(shí)間,以便能夠根據溢流量大小制定合理的排澇預案，為防汛險提供依據,實(shí)現管網(wǎng)溢流管理的定量化、信息化和網(wǎng)絡(luò )化。

3）調度能力分析。調度能力分析模塊實(shí)現對排水系統運行調度數據的匯總統計，結合管網(wǎng)運行狀態(tài)和蓄水空間計算,分析排水設施的調蓄、輸送、處理能力，評估排水設施設備運行效率,對排水系統的排水性能進(jìn)行總體分析和瓶頸識別，掌握系統可承受、可調節的排水能力和潛力，為調度策略制定和排水系統評價(jià)提供依據。

3 廠(chǎng)網(wǎng)河一體化智慧管控系統

通過(guò)科學(xué)合理的調度分配,充分發(fā)揮現有排水設施體系作用，實(shí)現大限度地減少污水溢流量和污染物排放量，提高泵站、凈水廠(chǎng)等設施的運行效率。

1)調度策略制定。調度策略制定模塊實(shí)現對排水系統聯(lián)合調度方案的定制化管理。通過(guò)系統可以進(jìn)行排水系統設施與設備調度規則的輸入、編輯、保存、查詢(xún)、瀏覽等操作，并可對調度策略的實(shí)施結果進(jìn)行分析和預測,并能基于運行調度事件經(jīng)驗實(shí)現調度策略?xún)?yōu)化。同時(shí)，系統能夠結合排水系統數據,進(jìn)行調度條件檢測和調度參數的設置校驗，保障系統調度策略實(shí)施的安全性。通過(guò)編制科學(xué)合理的調度策略，為排水系統優(yōu)化運行提供決策支持。

2)管網(wǎng)監控報警。管網(wǎng)監控報警模塊實(shí)現對管網(wǎng)運行狀態(tài)的分析判斷,對運行過(guò)程中可能出現或已經(jīng)出現的各類(lèi)異常情況進(jìn)行報警和預警的功能。系統根據預先定義的篩選條件對采集到的數據進(jìn)行識別分析，當發(fā)現管網(wǎng)運行狀態(tài)異?；虮O測指標超出警戒值,將以圖標閃爍、報警列表等方式向用戶(hù)發(fā)出警報信息。除了根據流量和液位等在線(xiàn)監測數據進(jìn)行自動(dòng)報警外,還可以綜合排水管網(wǎng)中關(guān)鍵位置的在線(xiàn)監測數據和排水設施的運行信息,結合歷史積累的運行數據,根據研究區內一定時(shí)間內的雨強、歷時(shí)和防范標準等實(shí)際情況，對檢查井溢流、地面積水等事故可能出現的時(shí)間、范圍和等等信息進(jìn)行顯示并提進(jìn)行預報。

3）應急預案管理。應急預案管理模塊實(shí)現對區域內聯(lián)合調度突發(fā)事件應急處理處置方案的管理和維護。建立應急預案庫、家庫、案例庫,通過(guò)系統進(jìn)行應急預案報告的上傳、瀏覽、下載、導出、更新等功能操作。并對應急事件處理處置程序響應情況進(jìn)行跟蹤備案記錄。針對不同情景環(huán)境和運行條件制定相應具體的預防措施和應急程序,為應急指揮調度提供分析、決策依據。

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(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行可靠，提高污水廠(chǎng)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)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)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(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1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、異常報警等數據。

4.4.2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)、閃變和容忍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。

4.4.3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、監測和報警。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)。

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(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。

能效分析按三計量架構，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/國際指標對標，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。

4.4.5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安全、節能的目的。

4.4.6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(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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(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。

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。

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)監控器能發(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、視頻、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)、水泵站等安全運行。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。

4.4.8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。

4.4.9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、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭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 相關(guān)平臺部署硬件選型清單