浅谈智慧水务配电能效平台在城市供水中的运用

程瑜

江苏安科瑞微电网研究院有限公司 江苏江阴 214432

摘要：文章从多个方面对智慧水务系统在城市供水中的应用进行了分析，从总体框架、信息传输层、数据层、门户层、数据管理平台和数据管理平台等方面进行了阐述，并对其建设与应用进行了论述，以实现城市水务管理的信息化、与水厂智慧运维互联互通，助力城市智慧水务的发展。本文通过对智慧水务系统在我国城市供水管理中的应用进行了探讨，以期对其在城市水处理中的应用与创新起到一定的借鉴作用。

关键词：智慧水务系统；城市供水；智慧水厂运维平台

随着我国经济社会的发展，传统的水资源管理体制和运行方式已不能满足社会对水资源的要求，同时也会产生一定的负面效应，从而影响到供水的质量和效益。智慧水务系统作为水利信息化发展的先进阶段，是今后水业发展的必然趋势，其优越性和功能不容忽视。我国目前的智慧水务系统建设，主要依靠云计算、物联网、大数据、移动互联网、实时动态监测、 BIM监护信息管理、 GIS GIS、3D 打印、 VR、人工智能等技术。随着信息技术的不断发展，智慧水务在城市供水领域的应用日益广泛，使得水厂的生产和经营都发生了巨大的变化。因此，要加强智能水系统的建设和优化，充分利用其在城市供水中的作用。

1 智慧水务系统在城市供水中的运用价值

智慧水务是一种全新的水资源管理体系，它的核心是一种无线供水，它可以在任何地方都能看到，通过云计算、 RFID、物联网等技术，将各个基础设施连接在一起，形成一个智能化的供水系统。此外，智慧水务还能实现对水资源的自动收集，并对其进行深入的数据分析，使整个水资源管理体系能够快速响应、统一指挥。根据目前已建成的智能水管理体系，可以将精细化管理、智能调度、规范化管理有机结合，实现智能管理、动态管理。综上所述，智慧水务应用于城市给水的价值主要表现在以下方面。第一，智慧水务系统相对于传统的供水技术，能够通过物联网直观地显示生产流程，直接地解决了人工监测的不足，实现了 24 小时实时监测水质安全，便于技术人员实时掌握水质状况。第二，智慧水务系统通过各种科技手段，改变了以往的供水工作方式和方法，使供水管网的运行更科学、更有效。站在管网优化调度系统的运行上，员工可以随时查看各地区的用水状况，并对用水量进行实时监控。通过对实时、历史资料的分析，使调度方案得到快速的优化，从而在任何时候都能保证用水的品质。第三，通过智慧水务系统，实现了对供水管网的实时监控，实现了供水管网的实时监控，实现了供水管网的一体化，从而形成了一个“水物联网”。

2 城市智慧水务系统的建设路径

2.1 总体框架

城市智慧水务系统由应用级和用户级两大部分组成。用户层是由业务人员、管理人员和公共人员组成的，能够实现数据的自动收集，应用层能够对供水业务进行一体化管理，从而提高城市供水管理的科学性和合理性。供水调度系统：供水系统、二次增压设备管理、水质在线监测、智能管网压力分析、供水调度、GIS 等。外部服务：电话系统，营业收费系统，公司网站，大用户计量，分区计量。内部服务：办公室、人员、财务等。基本建设：生产仪表，水厂自动化，机房建设， PLC 子站建设。先进性：系统建设要高起点，在充分考虑技术成熟的前提下，采用先进的计算机软件、硬件、软件、软件、软件、软件等技术的发展，保证了系统的先进性。开放性：系统应注重开放性，采用与国际接轨的软体、软体平台，以方便开发、使用、维护管理及系统更新。相关的系统都有对应的界面，可以方便地进行各种数据的交流。实用性：该系统与生产管理的实际应用相结合，不仅能实现以前的手工操作，而且还能实现许多人的愿望，克服了电脑只会模仿传统手工作业的错误。安全：在智慧水务系统中，设置安全机制，安装防火墙等安全措施，防止数据丢失、病毒、黑客攻击等，从而可以对此类服务进行仿真，并与其它信息系统相结合，创造出新的应用。例如，将经营费用系统与 GIS 相结合，能够在 G工 51 二的不同地区（自然、行政、经济）的统计数据的分布、增长趋势等方面的统计结果，这些数据在单一的收入体系中是无法实现的。通过图表的形式，可以知道抄表路线、抄表进度等各类数据，当客户来电时， GIS 会根据客户的电话，将客户的住宅位置图显示出来，并将当地的水压、停水情况等数据，由被动服务变为主动服务。

2.2 信息采集传输层

物联网是智能水信息采集与传输的关键技术，通过数据采集模块、网络设备、现场仪表实时动态地监控城市供水的各种要素，实现了供水的实时、有效与安全，向着信息化的方向发展。

2.3 数据层

作为城市供水智能水处理系统的关键部分，它不仅承载了海量的数据，而且还为智慧水务提供了重要的信息资源。要发挥其作用，就加强基础设施和数据库的建设，加强数据层面的资源集成，为水利信息化工作的顺利进行奠定基础。随着我国城市化进程的加速，在推进智慧水务建设的同时，加强对水务业务的数据挖掘，使其在城市供水中得到应用。

2.4 门户层

根据目前已建成的智慧水务系统，可以将其划分为工业和公众信息两大类。公司的内部门户是由主管部门直接负责，进行日常的运行和维护，同时也可以通过行业门户与其他部门的工作人员进行沟通和交流，保证各项工作的有序开展，增强智慧水务系统的服务能力。同时，通过建立的公众信息门户，为广大市民提供了咨询服务，使广大市民可以实时、动态地了解和参与到水利建设中来。

2.5 数据管理平台

建设智慧水务的关键在于对智慧水务的数据进行有效的整理和存储，既保证了供水工作的进行，又为有关部门的供水工作提供了数据支持。根据目前智慧水务的数据处理平台，可以从两个方面进行数据集成。①通过数据集成，保证了数据的保存和保存，使数据的保存和保存更加完整；②数据集成能够使数据更加集中，节省存储空间，减少存储费用。

2.6 顶层设计

在智慧水务体系的框架下，根据“顶层设计，统筹管理，深度融合，提升”的工作要求，整合现有资源，提升综合效能，创新体制机制，提高管理水平，统筹编制和实施供水智慧化管理体系的顶层设计方案，为建设全市统一的、供水智慧化管理的信息资源库和应用平台，为建立该市供水智慧化管理的资源配置、队伍建设、保障体系、管理制度的一体化工作机制，提供总体规划设计思路。建设以基础资源为基础、信息共享、视频监控为基础、数字供水、应急指挥、网上办事、辅助决策等为主要功能的智慧水务管理公共服务平台，促进供水管理工作由被动向主动、静态向动态、粗放向精细、无序向规范转变，提高该市供水智慧管理的精细化、信息化、现代化、智慧化水平。设计理念：供水管理的整合，涉及到了许多行业、专业，尤其是在管理层面，它承担着更多的工作和工作的精细化，其中包括大量面向社会、市民的社会管理和民生服务的信息化。更重要的是，这涉及到了精细的服务管理，一些水的信息化建设要朝着智能化、人性化、便民化的方向发展，和社会化服务的对接，充分利用信息平台和系统资源，来建设智慧水务服务。所以，在进行智慧水务系统的顶层设计时，进行大量的需求调查与分析，同时要从长远的角度，从长远的角度考虑，力求达到设计的长效性。同时，要打破传统的信息化思维和思维模式，进行设计观念的创新。在供水系统的信息化规划中，经常会涉及到信息系统的框架，而在短期和中期，则侧重于项目的建设，对系统架构的关注并不多，也就没有太多的考虑，所以，相对来说，还是比较简短、粗略的。但工程建设毕竟是短期的，未来的基础设施建设是以什么为基础的，这是整个信息化的中长期发展目标。智慧水务系统的顶层设计，其核心内容是：可持续发展的基础架构，其结果可同时满足几个短期、中期的建设计划和特定的工程建设，以适应中长期信息化发展的需求；另外，在智慧水务系统的顶层设计中，还应明确其顶层设计的主体；同时，也要明确智慧水务建设的基本目标，确保信息化建设和发展的有序、稳定、健康、可持续。“智慧水务”的设计体系结构分为保障体系设计、安全体系设计、运行环境设计、信息采集设计、数据库数据仓库设计、数据共享交互设计、数据管理设计、平台层设计、业务应用设计、电子政务设计、公共管理设计、应用门户设计。智能化供水是城市智能化发展的必然结果。

3 智慧水务系统在城市供水中的运用

3.1 发挥好相关科学技术的优势

城市供水具有特殊性和复杂性，为了保证其在城市供水中的应用，需要充分利用有关科技手段，不断提高其应用效果。在运用云计算技术的同时，也可以寻求改进用户的消费方式和服务方式，由原来的“买软件、硬件”向“买信息、买信息”的转变。在物联网的应用上，要把水服务与各有关部门、设备进行互联互通，从而引导水产业“智慧升级”。大数据是智能水系统中的一个重要组成部分，它能更好的整合和处理水资源的信息，并能将传统的结构数据和非结构数据相结合，从而促进智能水系统的持续发展。在实施实时动态监控系统时，要着重于对水污染事故进行实时动态监控，同时要对其进行实时、动态的监控，并对可能存在的隐患进行及时的排查，做到对水质进行实时跟踪。GIS GIS 在智慧水务方面也有很好的应用前景，特别是能够实现对管网基础数据资源的数字化管理和可视化管理。特别是 GIS GIS 可以充分利用三维仿真技术的优点，有效地显示管道的详细情况，解决了以前管道管理中存在的重叠性和隐蔽性。智能水业的发展离不开人工智能，它具有故障诊断、优化设计和智能检测等诸多功能。可以说，随着人工智能技术的发展，将会有更多的机会被更多地运用到水利行业，从而改变水企业的生产观念和经营方式。

3.2 建立供水管理智慧服务平台

在实施智慧水务的同时，要充分利用互联网技术与数字技术，构建智慧水务管理平台，构建一个智能化的水表管理系统。通过构建智慧的城市供水管理平台，一方面能够实现对水的实时监测和信息的共享，另一方面也能为工作人员在实际操作中的应用提供很多方便。要指出的是，在建设智慧城市供水管理平台时，要充分考虑到市民的实际生活需求，通过智能服务平台为居民提供更多人性化与便利化的服务。

3.3 建立信息资源系统

信息资源的利用直接关系到智慧水系统的应用，应充分利用各种科技手段进行信息资源的优化，特别是要充分利用物联网、大数据、人工智能等技术。例如，在利用大数据技术的同时，要加强水利信息化建设，加强水利信息化建设，加强水利信息化建设。

3.4 落实智慧水厂运维平台的建设

要使智慧水务系统实现智能化、智能化，将其与水厂的管理有机结合起来，并将其应用到智能水厂的建设之中。智能水厂运行管理平台的构建应从以下三个方面进行：第一，数字化的三维模拟。第二，对设备进行巡视和管理。第三，供水企业的运行维护与能源消耗监控及能源消耗的分析。例如，在监控和设备管理方面，需要对供水企业的运行进行动态监控，掌握动态操作的动态信息，并对整个生产过程进行管理。再比如，在水厂的生产、运行、能源消耗、能源消耗和能源分析的过程中，从生产运行、数据建模、过程优化、耗能指标、故障诊断等多方面进行综合处理，以保证供水的稳定，为用户提供优用水。

4 智慧水务系统应用的效益分析

智慧水务系统应用于城市给水，其效益主要表现在：第一，实施智能化水系统所产生的社会效益。它的社会效益主要体现在：保障城市供水工作的开展、减少安全隐患、维护社会稳定、维护社会和谐；它的社会效益还表现在改善水质、改善人民生活水平、促进经济和社会发展等方面；另外，改善城市的供水服务，也是其社会价值的一个重要方面。第二，实施智能化供水系统对公司的影响。智能水表的使用，使城市的水品质和服务水平有了一定的提升，居民的生活用水也变得更安全。在这样的环境下，人们对水厂的信赖度越来越高，而供水公司的社会形象也会逐步得到改善，从而使公司的经营效益得到进一步的提高，从而为社会做出更大的贡献，从而推动我国的经济发展。

5 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

5.1平台概述

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

5.2平台组成

AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

5.3平台拓扑图

5.4平台子系统

5.4.1变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

5.4.2电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

5.4.3电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

5.4.4能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/国际先进指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能的目的。

5.4.6电气安全

①电气火灾监测：监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

②消防应急照明和疏散指示：根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

③消防设备电源监测：监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

④防火门监控系统：防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

5.4.7 环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

5.4.8分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

5.4.9工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

6 相关平台部署硬件选型清单

序号	名称	型号、规格	安装位置	用途
1	电能质量监测	APview500	进线开关柜	监测市电电能质量
2	35kV、10kV回路保护	AM6	35、10kV开关柜	35、10kV回路保护、测控
3	智能操控装置	ASD500-Pn	35、10kV开关柜	35、10kV回路操作、显示和测温
4	弧光保护	ARB5	35、10kV回路母线室、断路器室、电缆室	用于监测关键电气接点弧光监测、保护
5	无线测温传感器	ATE400、ATE200	35、10、0.4kV母排、断路器、线缆接头	用于监测关键电气接点温度
6	有源滤波装置	AnSin□-M	0.4kV母线侧	滤除配电系统2~25次谐波畸变
7	无功补偿装置	AZC智能电容	0.4kV母线侧	提供无功补偿
8	多功能仪表	APM520/APM510	10kV、0.4kV回路	监测电气参数和开关状态、故障报警
9	智能照明控制器	ASL100	照明配电箱	照明单控、群控、定时/自动控制
10	电气火灾传感器	ARCM200	配电柜/配电箱	监测漏电电流和线缆温度
11	消防设备电源传感器	AFPM	消防配电箱	监测消防设备电压、电流状态
12	应急照明和疏散指示系统	A-C-A100	消防疏散通道	提供消防应急照明并指引疏散人群快速疏散
13	限流式保护器	ASCP200	照明插座回路	防止过载、短路产生火花
14	电动机保护器	ARD3M	电动机	保护电机安全稳定运行
15	环境传感器	温湿度、浸水、烟雾、有害气体等传感器	配电室、工艺区域	监测环境参数，维护环境安全
16	智能网关	ANet-2E4SM	数据采集柜	采集设备数据，逻辑控制、上传平台

7 结束语

综上所述，“智慧水务”体系的建立，不仅可以有效地提升企业的形象，而且可以有效地提高企业的工作效率，减少企业的经验管理费用。“智慧水务”可以加速企业的响应，提升公司的服务水平，为城市的基础设施和经济发展创造良好的投资环境。优化供水成本，是我国水资源管理体制改革的一个必然要求，也是我国水资源管理体制改革的必然要求。在城市供水系统中，要按照城市的用水需求，综合考虑城市的经济、社会发展、城市功能变化、产业结构调整、节水技术进步等方面，合理地确定城市的供水规模。要进一步健全有关的标准、规范、成本控制、业绩评价等，以推动企业的优化、节约、节约。通过技术进步，加强管理，减少冗员，提高生产效率，进一步降低能耗，减少漏耗，降低药耗，降低操作费用。通过整合资源、科学调度、自动化、信息化、设备优化和节约能源，达到管理、劳动和装备的效率。

【参考文献】

[1]梁雯欢.智慧水务系统在城市供水中的应用探讨[J].农家致富顾问,2020(14):11-12.

[2]纪陶.智慧水务系统在城市供水中的应用[J].产城：上半月,2021(6):12-16.

[3]王丽.智慧水务系统在城市供水中的运用研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2022(08):77-80.

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

作者简介：

程瑜，女，江苏安科瑞微电网研究院有限公司，从事电气相关及智慧水务系统研发工作；手机：[phone]；

审核编辑 黄宇