淺談廣州市番禺區智慧水務配電能效平臺遠程監控系統與產品選型

摘 要：依據廣州市番禺區排水工程現狀，探討了區內遠程監控系統與智慧管控系統的建設。通過設置管網監控報警模塊、調度策略制定模塊、應急預案管理模塊，建成廠網河一體化的智慧管控系統,可實現番禺區內閘站、泵站、凈水廠和管網運行狀況的遠程動態實時監控與智慧管理。經科學合理的調度分配，充分發揮現有排水設施體系作用，實現最大限度地減少污水溢流量和污染物排放量,提高泵站,凈水廠等設施的運行效率。

關鍵詞：智慧水務;遠程監控;動態實時監控;智慧管理

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,南濱南沙珠江出海口，西鄰佛山市順德區和中山市，北接海珠區。2000年以來番禺區的快速發展逐步融入廣州主城區；同時，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系不斷增強，聯系的模式由“中心城區一邊緣"模式向內部城鎮之間通過功能和空間聯系轉變，城市聯系呈現日益網絡化。番禺區的排水系統經過多年的建設與發展，截止到2019年底,番禺區（不包括小谷圍）累計建成污水管網長度1496.1km,其中：市政污水管網長度749.7km,農村生活污水治理工程管網（含分散式）746.1km。全區合流管長度715.80km。全區污水管網（含合流）總里程為2211.90km,現狀雨水管道總長約為915.5km,其中分流制管道長度為199.7km。

番禺區現狀共有9個污水系統，分別為前鋒污水系統、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。目前番禺區現狀主要有9座凈水廠，結合在建大石凈水廠三期（5萬m³/d）、南村凈水廠三期（5萬m³/d）、洛溪島凈水廠二期（2.5萬m³/d），污水處理規模達3.7萬m3/d。

1 建設目標

番禺區“智慧水務"建設項目的數據資源建設任務一方面是在番禺區水務一體化平臺的數據資源基礎上繼續進行排水數據資源擴充,實現對各排水領域、各類型對象的業務采集、整理、存儲和管理，包括感知數據、業務數據等，為排水工作開展奠定數據基礎;另一方面,為了進一步融合到番禺區電子政務總框架,實現政務信息共享和排水業務協同，在數據資源層上引入番禺區相關政務部門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"數據等共享資源。同時，在“智慧水務"建設項目中產生的數據也會通過共享平臺向其他部門進行輸出。

2 遠程監控系統建設

遠程監控子系統實現流域內閘站、泵站、凈水廠和管網運行狀況的遠程動態實時監控，為聯合調度提供在線數據支持。

2.1泵站遠程監控

泵站遠程監控模塊實現對泵站現場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。通過在線監控界面實時展現泵站運行狀態；通過報警信息及時反映設備運行異常；通過運行曲線及匯總統計運行數據,為泵站運行調度提供數據支持。系統具有過程監視、遠程控制、狀態預警、曲線查詢、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凈水廠遠程監控

凈水廠遠程監控系統（如圖2）實現對流域內各凈水廠工藝運行過程的實時監視,對各凈水廠運行數據的實時展示。將現場采集的信息無縫集成到監控系統動態模擬畫面中,通過監控畫面實時顯示凈水廠生產運行過程重要工藝參數與大型設備的運行狀態信號。監控畫面模擬凈水廠工藝設計布局，形象而直觀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。

當凈水廠生產運行過程中發生異常（如儀表設備故障、工藝參數異常等情況）時,系統通過檢測各類在線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，及時發布預警。系統通過調用存儲于數據庫內的生產運行數據,生成實時曲線與歷史曲線系列畫面。用戶可根據需要動態選擇參數曲線,查看運行參數變化趨勢圖。并可以選擇顯示報警限曲線與參數標準值曲線，以作對比參考。

圖2凈水廠遠程調控

統計分析模塊實現對水質、水量等工藝生產信息,以及關鍵設備的運行時間、啟停次數等設備運行信息的統計，并通過曲線圖、柱狀圖、餅圖、數據表等多種方式進行展示。

2.3管網遠程監控

管網在線監控模塊實現對于分散在管網系統的干管、溢流點、易澇點等關鍵節點監測設備采集的管網運行數據的顯示、查詢、分析和可視化信息管理,并可對管網運行故障進行報警。主要包括監測信息查詢、監測報警和運行統計3個功能。

1）監測信息查詢。監測信息查詢提供對分散在管網系統主干管、溢流點、易澇點等關鍵節點的在線液位計、流量計、水質等監測設備采集的數據的顯示、查詢、儲存和管理功能。系統提供地圖、曲線、表格等方式直觀顯示液位、流量等在線監測數據,支持歷史監測數據查看,以便全面了解整個排水管網的運行狀況。

2）監測報警。監測報警實現管網設施運行狀態異常或監測指標超出警戒值，將異常所在的位置進行顯示,并以地圖閃爍等方式向用戶發出警報信息，確保異常的快速處理;此外,支持對歷史警情信息的查詢和管理。

3）行統計。運行統計支持對監測數據生成各類運行專題圖（如曲線圖、柱狀圖等）,實現對于排水管網運行信息的匯總統計，輔助管理人員掌握管網總體運行狀況。決策支持子系統通過對流域調度運行監測數據進行匯總統計,全面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）管網負荷分析。管網負荷分析模塊實現對排水管網運行負荷監測數據的匯總統計（如圖3）。通過繪制管道充滿度、流速、節點水深專題圖,分析不同降雨情景、不同調度策略支持下,管網水力負荷變化情況,統計管網負荷運行區間分布，統計滿負荷運行管線,評估管網運行效率和安全性,為提高管網的運行效率,均衡管網的排水負荷,發揮排水管網排水能力提供統計數據支持。

圖3管網負荷分析界面示意

2）管網溢流分析。管網溢流分析模塊實現對排水管網溢流監測數據的匯總統計。通過繪制檢查井溢流專題圖，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、溢流時長，分析排水負荷空間分布和時間變化規律,分析管網內部水流特征，鎖定溢流風險區域，溢流點位置、溢流量和溢流時間,以便能夠根據溢流量大小制定合理的排澇預案，為防汛搶險提供依據,實現管網溢流管理的定量化、信息化和網絡化。

3）調度能力分析。調度能力分析模塊實現對排水系統運行調度數據的匯總統計，結合管網運行狀態和蓄水空間計算,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提供依據。

3 廠網河一體化智慧管控系統

通過科學合理的調度分配,充分發揮現有排水設施體系作用，實現最大限度地減少污水溢流量和污染物排放量，提高泵站、凈水廠等設施的運行效率。

1)調度策略制定。調度策略制定模塊實現對排水系統聯合調度方案的定制化管理。通過系統可以進行排水系統設施與設備調度規則的輸入、編輯、保存、查詢、瀏覽等操作，并可對調度策略的實施結果進行分析和預測,并能基于運行調度事件經驗實現調度策略優化。同時，系統能夠結合排水系統數據,進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施的安全性。通過編制科學合理的調度策略，為排水系統優化運行提供決策支持。

2)管網監控報警。管網監控報警模塊實現對管網運行狀態的分析判斷,對運行過程中可能出現或已經出現的各類異常情況進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行識別分析，當發現管網運行狀態異?；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發出警報信息。除了根據流量和液位等在線監測數據進行自動報警外,還可以綜合排水管網中關鍵位置的在線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間內的雨強、歷時和防范標準等實際情況，對檢查井溢流、地面積水等事故可能出現的時間、范圍和等級等信息進行顯示并提前進行預報。

3）應急預案管理。應急預案管理模塊實現對區域內聯合調度突發事件應急處理處置方案的管理和維護。建立應急預案庫、專家庫、案例庫,通過系統進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行跟蹤備案記錄。針對不同情景環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。

4.2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。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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，同時將污水的單耗與行業/國家/先進指標對標，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。

4.4.5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。

4.4.7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。

4.4.8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。

4.4.9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 相關平臺部署硬件選型清單

參考文獻：

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