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淺談智慧水務(wù)系統(tǒng)在效能提升中的分析與應(yīng)用

 更新日期:2023-08-03 點擊量:344

摘要:以新塘鎮(zhèn)排水系統(tǒng)為例,結(jié)合廣州市建設(shè)國家新型智慧城市的戰(zhàn)略目標(biāo)以及實現(xiàn)新塘鎮(zhèn)市政排水系統(tǒng)智慧化建設(shè)的需求,介紹了智慧水務(wù)在污水管網(wǎng)系統(tǒng)“擠外水、提濃度"以及在雨水系統(tǒng)防洪排澇預(yù)測中的應(yīng)用。對污水管網(wǎng)系統(tǒng)管道水位、水質(zhì)、流量和外水入侵情況進(jìn)行在線實時監(jiān)測,對提升污水廠運行效能有較大裨益,對雨水系統(tǒng)易澇點和外江水位進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)警,構(gòu)建城市內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警體系,避免災(zāi)害發(fā)生,從而實現(xiàn)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的運行和管理智能化、專業(yè)化和精細(xì)化。

關(guān)鍵詞:智慧水務(wù);提質(zhì)增效;排水系統(tǒng);智能預(yù)警

0 引言

近年來,隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,它已融入到各行各業(yè)。智慧水務(wù)就是通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與水務(wù)技術(shù)深度融合,使水務(wù)系統(tǒng)的管理和運行更加智能化、數(shù)據(jù)化、精細(xì)化。

水是生命之源,而隨著城市的發(fā)展水污染問題愈發(fā)嚴(yán)重,城市河涌、水系受到嚴(yán)重污染的情況屢見不鮮,水環(huán)境、水資源監(jiān)管和治理成為城市發(fā)展迫切需要解決的問題。水質(zhì)監(jiān)測缺失或不及時、暴雨或洪澇災(zāi)害預(yù)警不及時更是直接關(guān)系到國計民生的問題。而智慧水務(wù)能夠協(xié)調(diào)并及時、準(zhǔn)確、地對此類問題進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警,構(gòu)建城市暴雨監(jiān)測、預(yù)報、內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警、災(zāi)害評估等功能于一體的防控體系,為城市防汛減災(zāi)提供堅實的技術(shù)保證。同時,智慧水務(wù)建設(shè)是推進(jìn)城市管理智慧化、科學(xué)化的重要舉措,結(jié)合廣州市建設(shè)國家新型智慧城市的戰(zhàn)略總目標(biāo),新塘鎮(zhèn)加快智慧排水系統(tǒng)建設(shè),發(fā)揮智慧水務(wù)在智慧城市建設(shè)中的示范效應(yīng)。

1 工程概況

廣州市增城區(qū)新塘鎮(zhèn)鎮(zhèn)域面積為84.86km2,污水系統(tǒng)包括新塘和永和兩個系統(tǒng),服務(wù)人口約65萬,其中新塘污水廠土建規(guī)模為15萬m3/d,永和污水廠土建規(guī)模為10萬m3/d,雨水管網(wǎng)總長544km,污水管總長696km,雨污合流管總長667km。鎮(zhèn)域有內(nèi)澇點13個,污水泵站10個,防洪閘門9個。

2019年12月新塘鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效工程正式啟動,智慧水務(wù)建設(shè)屬于本工程的一個子項工程。新塘鎮(zhèn)智慧水務(wù)平臺集移動辦公、在線審批、過程監(jiān)控、多級河長管理和公眾參與管理等多功能于一建設(shè)全流域管控一體、全鎮(zhèn)域聯(lián)動協(xié)作、全鎮(zhèn)資源共享的智慧管控平臺,通過“廠-網(wǎng)-河一體化,水務(wù)環(huán)境一體化"的建設(shè)模式[1],實現(xiàn)“水質(zhì)提升、防洪安全、云上護(hù)水"的建設(shè)目標(biāo)。平臺軟件界面見圖 1。


圖1 平臺軟件界面

2 智慧水務(wù)建設(shè)內(nèi)容

硬件設(shè)備安裝:本工程在污水管網(wǎng)各重要節(jié)點安裝液位計135個、水質(zhì)取樣器4個和流量監(jiān)測儀1個,實現(xiàn)污水系統(tǒng)實施監(jiān)測。在雨水系統(tǒng)的排澇泵站、內(nèi)澇點等處安裝電子水尺37個、雨量計5個和攝像頭11個、實現(xiàn)洪澇預(yù)警。

軟件平臺:主要包含排水設(shè)施一張圖、設(shè)施巡檢養(yǎng)護(hù)、廠站網(wǎng)河監(jiān)測一張網(wǎng)、防澇應(yīng)急調(diào)度、數(shù)據(jù)共享與集成、安全生產(chǎn)信息管理、排水設(shè)施數(shù)據(jù)管理和排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)更新維護(hù)等模塊。

排水設(shè)施一張圖模塊:基于GIS將排水設(shè)施數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)集成,實現(xiàn)排水管網(wǎng)、污水處理廠、一體化處理設(shè)施、泵站、排水戶等的可視化以及設(shè)施的基礎(chǔ)信息查詢、統(tǒng)計、空間分析等功能,同時可疊加監(jiān)測實時數(shù)據(jù),將靜態(tài)地理數(shù)據(jù)與動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行無縫結(jié)合,為污水廠、排水管網(wǎng)、泵站等監(jiān)管業(yè)務(wù)提供實時數(shù)據(jù)支撐。實現(xiàn)研究范圍內(nèi)所有排水設(shè)施靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、關(guān)鍵考核指標(biāo)的一張圖展示,主要功能摸塊有:地圖管理、排水設(shè)施專題圖、隱患點專題圖、運營調(diào)度看板、管網(wǎng)問題智能診斷等。功能包含:排水設(shè)施圖層瀏覽、查詢、定位、追溯分析、實時定位、設(shè)施定位、地圖查詢、刪除等功能。

設(shè)施巡檢養(yǎng)護(hù)模塊:建設(shè)設(shè)施巡檢養(yǎng)護(hù)模塊,建立對納入養(yǎng)護(hù)計劃的設(shè)施建立統(tǒng)一的臺賬,實現(xiàn)排水管網(wǎng)設(shè)施養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)的信息化管理,借助移動終端了解巡檢人員的巡檢軌跡和巡檢到位情況;通過設(shè)施狀態(tài)、參數(shù)等數(shù)據(jù)可掌握、分析設(shè)施運行情況。系統(tǒng)建設(shè)模塊包含人員管理模塊、問題臺賬、人員出勤監(jiān)測、人員軌跡播放、設(shè)施統(tǒng)計、工單詳情等功能。

廠站網(wǎng)河監(jiān)測一張網(wǎng)模塊:針對城市易澇點建設(shè)易澇點水位監(jiān)測與視頻監(jiān)控;在排水系統(tǒng)中布設(shè)排水管網(wǎng)水位、流量、水質(zhì)監(jiān)測儀器;在泵站及工業(yè)園區(qū)出口布設(shè)水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備,實時感知排水管網(wǎng)運行情況,掌握易澇點水位、管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點水位及流量、泵站及工業(yè)園區(qū)水質(zhì)情況;支持設(shè)備基本信息、參數(shù)、位置信息管理,實現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)更新管理。功能包括:監(jiān)測數(shù)據(jù)查看、提質(zhì)增效專題圖、監(jiān)測設(shè)備預(yù)報警、液位之間關(guān)聯(lián)分析、液位雨量關(guān)聯(lián)分析、液位河道水位關(guān)聯(lián)分析、污水廠監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、易澇點液位情況分析。

防澇應(yīng)急調(diào)度模塊:防澇應(yīng)急調(diào)度模塊集成多部門數(shù)據(jù),包括氣象、國土、水利、公安等部門數(shù)據(jù),結(jié)合排水管理要素一張圖系統(tǒng)與排水設(shè)施運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用,實現(xiàn)汛期前“應(yīng)急預(yù)案制定"、汛情發(fā)生時的“執(zhí)行預(yù)案、應(yīng)急調(diào)度"、汛情結(jié)束后的“一雨一報"、“預(yù)案優(yōu)化"、“澇情回顧"等綜合管理。結(jié)合移動APP配套使用,可實現(xiàn)防澇工作人員及車輛、物資的綜合管理、結(jié)合水雨情分析提供在線快速調(diào)配的決策支持。功能包含:預(yù)警啟動、應(yīng)急隊伍管理、值班管理、信息報送管理、事中報告、事后報告、應(yīng)急預(yù)案管理和應(yīng)急隊伍調(diào)度等功能。

數(shù)據(jù)共享與集成模塊:通過標(biāo)準(zhǔn)化接口方式實現(xiàn)與外部系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享對接集成,項目將與廣州市增城區(qū)水務(wù)局對接,接入增城區(qū)已建河道水位的在線監(jiān)測數(shù)據(jù);與廣州市智慧排水系統(tǒng)對接,實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享交換。

安全生產(chǎn)模塊:通過安全生產(chǎn)APP項目管理人員對項目安全情況進(jìn)行核查,當(dāng)管理人員發(fā)現(xiàn)安全隱患時可通過APP上傳安全隱患至系統(tǒng)提示相關(guān)項目工作人員盡快處理。本模塊功能包含:項目信息、消息推送、隱患排查治理、隱患上報、隱患處理、日常工作、培訓(xùn)分析、學(xué)習(xí)培訓(xùn)、個人中心和資料歸檔等功能。

摸清排水設(shè)施“家底"信息,將河涌信息、流域要素、入河排口、排水管網(wǎng)、實時在線水質(zhì)監(jiān)測等信息數(shù)據(jù)收集、整合[2];新塘鎮(zhèn)智慧排水管理系統(tǒng)的建設(shè),集成了PLC自控系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、云端管理系統(tǒng)、防洪排澇模型等系統(tǒng),同時新建控制室1座。

智慧水務(wù)平臺以數(shù)據(jù)為核心,包括數(shù)據(jù)采集、解析和展示,匯集數(shù)量眾多,品牌不一的監(jiān)測設(shè)備到統(tǒng)一的平臺系統(tǒng),讓管理者能夠清晰直觀地看到各種監(jiān)測數(shù)據(jù);以應(yīng)用為目標(biāo),實現(xiàn)雨、污水管網(wǎng)信息實時在線監(jiān)控,掌握、真實的監(jiān)測信息、氣象信息,通過系統(tǒng)制定切實有效的應(yīng)急措施并能快速啟動。

3 智慧水務(wù)應(yīng)用

3.1污水系統(tǒng)提質(zhì)增效

經(jīng)過多年的建設(shè),我國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施已基本實現(xiàn)全覆蓋,處理能力基本上可以滿足城鎮(zhèn)居民生活排水的處理需求。但排水管網(wǎng)不健全、不完善,管網(wǎng)質(zhì)量差、運行不規(guī)范、養(yǎng)護(hù)不及時等導(dǎo)致出現(xiàn)污水收集率低下、污水處理廠進(jìn)水濃度偏低等問題。為此,住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等部委聯(lián)合印發(fā)了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019~2021年)》,提出生活污水處理的由“數(shù)量增加"向“質(zhì)量提升"轉(zhuǎn)變,挖掘提升生活污水收集處理設(shè)施的效能,要求實現(xiàn)城市生活污水集中收集率、污水廠進(jìn)水BOD濃度“雙提高"的目標(biāo),保持和鞏固水環(huán)境整治、水生態(tài)改善的工作成效。本工程的實施同樣響應(yīng)了“污水處理提質(zhì)增效"的新要求。

本工程排水管網(wǎng)特點是:管網(wǎng)覆蓋面廣、長度較長,管網(wǎng)錯綜復(fù)雜;同時,由于新塘鎮(zhèn)地處東江北岸,水系發(fā)達(dá),河涌遍布,地下水位較高,污水管網(wǎng)多次下穿河涌,污水管網(wǎng)較復(fù)雜接入點多且分散。

污水水質(zhì)、水量和水位是污水的三個重要指標(biāo),均可通過在線設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測。監(jiān)測點的布置,從經(jīng)濟(jì)性和可實施性角度出發(fā),優(yōu)先選取水量易發(fā)生波動節(jié)點、過河涌節(jié)點、支管接入主管等節(jié)點處設(shè)置監(jiān)測設(shè)備。東江是珠江的支流,其每天會出現(xiàn)高、低潮水位,選取2021年12月實測東江水位變化曲線見圖2。

圖2實測東江水位波動曲線圖

由圖2智慧水務(wù)平臺監(jiān)測到的東江潮汐水位變化范圍為-0.07~2.6m(1985國家高程系,余同)。本工程范圍內(nèi)東江北岸地勢低洼,地面實際低標(biāo)高為2.81~3.05m,不能夠滿足50a一遇的防洪排澇標(biāo)準(zhǔn),存在水淹風(fēng)險,并且于2020年5月22日暴雨期間被水淹,水淹深度為50~60cm,退水時間為3~4h。本工程在水力計算的基礎(chǔ)上提出新建排澇泵站的方案,終在東江與簍箕涌、西涌和甘涌交匯口處分別新建三座排澇泵站,解決了東江邊地勢低洼處雨季的防洪排澇問題。

根據(jù)智慧水務(wù)平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,隨著每天東江潮汐水位的波動,沿江路污水主管的液位呈同步正相關(guān)變化,數(shù)據(jù)選自2021年10月中下旬,見圖3。

圖3東江水位與污水管液位波動曲線圖

這說明有地下水入滲或江水倒灌至污水系統(tǒng),同時水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示水質(zhì)濃度與水位呈負(fù)相關(guān)變化,進(jìn)一步佐證了有外水進(jìn)入污水系統(tǒng)。

針對由于存在地下水入滲點和江水倒灌口導(dǎo)致污水管網(wǎng)“低濃度、高水位"的運行情況,采取分期實施的工程方案。近期以“擠外水"為主要目標(biāo),以截流井倒灌、雨污錯混接、管道缺陷、部分雨污分流為重點整治對象開展“清污分流";遠(yuǎn)期開展管網(wǎng)完善、源頭雨污分流改造、溢流污染控制等,建立長效機(jī)制,推進(jìn)源頭治理,進(jìn)一步改造優(yōu)化污水收集處理系統(tǒng),持續(xù)推進(jìn)污水處理提質(zhì)增效。12月8日外水點整治實施完畢后,沿江路污水主管的液位保持平穩(wěn),不再隨東江水位波動,實現(xiàn)了污水系統(tǒng)的良性平穩(wěn)運行,見圖4。

圖4外水點整改后東江水位與污水管液位波動曲線圖

但12月21日降雨后,沿江路污水管液位快速上升甚至超過警戒及報警水位,說明沿江路污水管上游存在錯混接點,導(dǎo)致雨季大量雨水進(jìn)入污水系統(tǒng),需進(jìn)一步向上游溯源并進(jìn)行錯混接改造。

通過智慧水務(wù)設(shè)置的液位計在外江潮汐水位變化時監(jiān)測到污水管液位的變化,發(fā)現(xiàn)大量的外水點,對新塘污水系統(tǒng)所有發(fā)現(xiàn)的江水倒灌點或入侵點進(jìn)行整改,累計擠出外水量3.7萬m3/d,成效顯著,表現(xiàn)為新塘污水廠進(jìn)廠污水水質(zhì)濃度有明顯的提升,見圖5。

圖5新塘污水廠進(jìn)廠COD濃度變化曲線圖

由圖5可知,項目實施后(2020年11月~2022年3月)新塘污水廠水質(zhì)濃度有較為顯著的提升,各月COD均值為193.6mg/L;與項目實施前相比(2020年1月~2020年10月)各月COD均值為102mg/L,進(jìn)廠C0D濃度提升89.8%。在擠出外水的同時,污水濃度進(jìn)一步提升,實現(xiàn)了污水系統(tǒng)提質(zhì)增效—“擠外水、提濃度"的建設(shè)目標(biāo)。

3.2雨水系統(tǒng)內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警

內(nèi)澇是指由于強(qiáng)降水或連續(xù)性降水超過城市排水能力致使城市內(nèi)產(chǎn)生積水災(zāi)害的現(xiàn)象。隨著城市化的快速發(fā)展,城市下墊面硬化面積逐年增加,下滲量減少,導(dǎo)致地表徑流量增加,大幅增加了城市的內(nèi)澇風(fēng)險,會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,廣州市每年由于內(nèi)澇造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)數(shù)億元。

為解決洪澇災(zāi)害采取了一系列措施,其中一項便是建設(shè)智慧水務(wù)內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對城區(qū)易澇及重要節(jié)點進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警,采用多個雨量計,提高測雨的準(zhǔn)確性,對可能或即將產(chǎn)生洪水災(zāi)害的暴雨進(jìn)行預(yù)警;對內(nèi)澇現(xiàn)況和趨勢進(jìn)行展示和渲染,當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)洪水時,即進(jìn)行預(yù)警并自動聯(lián)系布防人員現(xiàn)場處置。

2021年5月雨季,通過設(shè)置于新塘污水廠的雨量計監(jiān)測,得到5月累計降雨為332mm,共15場雨,其中大雨5場,小雨10場,具體情況見圖6。

圖6新塘鎮(zhèn)污水處理廠降雨累計曲線圖

對于下沉隧道等監(jiān)測的易澇點,通過監(jiān)控視頻、電子水尺等實現(xiàn)實時監(jiān)測,一旦積水深度超過設(shè)定數(shù)值即聯(lián)動LED顯示屏發(fā)布雨洪信息,并關(guān)閉道閘阻止行人及車輛進(jìn)入,且可以聯(lián)動現(xiàn)場排水設(shè)備進(jìn)行及時排水,避免和延緩城市內(nèi)澇的發(fā)生。

同時,對泵站、閘門和污水廠進(jìn)行信息化、智慧化改造和賦能,建成智慧泵站、智慧閘門和智慧污水廠,使其像人類一樣具有“智慧",能夠“思考",針對不同的運行工況和突發(fā)狀況能夠采取智慧化的應(yīng)對措施。

新塘鎮(zhèn)太yang城內(nèi)澇點是新塘鎮(zhèn)長期以來存在的內(nèi)澇黑點,其地勢較低,地形坡度較大,現(xiàn)狀雨水口少難以滿足地面雨水收集的需要,且上游匯水面積較大為0.61km2。經(jīng)水力計算復(fù)核,現(xiàn)狀d1650的雨水管僅能滿足重現(xiàn)期P=1a的排水需求。內(nèi)澇情況表現(xiàn)為:小雨積水、大雨內(nèi)澇,嚴(yán)重困擾了附近居民的日常生活,2021年5月31日暴雨期間,此處大水深為68cm(見圖7),歷時2h才退水。

圖7太yang城內(nèi)澇點改造前降雨曲線

針對太yang城內(nèi)澇點,采取的工程措施如下:對太yang城上、下游雨水管網(wǎng)進(jìn)行清淤、清障;現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)存在較多結(jié)構(gòu)病害,如異物穿入、變形和塌陷等,進(jìn)行病害修復(fù);新建橫截式雨水溝和雨水口,加強(qiáng)對雨季地面漫流雨水的收集;新建2×d1000雨水分流管對太yang城上、下游雨水進(jìn)行分流。改造實施完畢后,太yang城可滿足重現(xiàn)期P=5a的排水標(biāo)準(zhǔn)。

在實施工程措施的同時,進(jìn)行智慧化改造,安裝智慧排水監(jiān)測和預(yù)警設(shè)備,現(xiàn)場安裝有電子水尺、雨量計、攝像頭和LED雨情預(yù)警顯示屏。

內(nèi)澇點改造實施前,降雨重現(xiàn)期大于1a便會發(fā)生內(nèi)澇,圖7降雨曲線所示,積水深為68cm。

內(nèi)澇點改造實施完畢后,消除了太yang城的內(nèi)澇隱患,在暴雨期間積水深為6cm,并未發(fā)生內(nèi)澇,見圖8。

圖8太yang城內(nèi)澇點改造后降雨曲線

4 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

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)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護(hù)、監(jiān)測、分析、治理裝置,用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度,監(jiān)測主要用能設(shè)備能效,保護(hù)污水廠運行安全可靠,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)備運維等,貫穿水務(wù)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(wù)配電系統(tǒng)運行狀況,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.平臺拓?fù)鋱D

4.平臺子系統(tǒng)

4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù),實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能,對異常情況及時預(yù)警。

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

4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波,通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.3電動機(jī)管理

馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能,電動機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和報警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息,對電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合,實現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

綜合管廊智能馬達(dá)控制系統(tǒng)

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)集中在一個看板中,從多個維度對比分析,實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比,幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗,能源成本,標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量,同環(huán)比對比分析,能耗總量和能耗強(qiáng)度計算,標(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu),分別進(jìn)行能效分析,契合能源管理體系要求,可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析,同比、環(huán)比、對標(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圖,并進(jìn)行同比和環(huán)比分析,同時將污水的單耗與行業(yè)/國家指標(biāo)對標(biāo),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、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式,模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能,盡量利用自然光照,實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能的目的。

4.6電氣安全

4.6.1電氣火災(zāi)監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度,實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

4.6.2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。

4.6.3消防設(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常,保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

4.6.4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、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài),實時監(jiān)測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。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,防火門監(jiān)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。

4.7環(huán)境監(jiān)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?xì)怏w濃度展示和預(yù)警,保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(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

實時監(jiān)測低壓并網(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),逆變器運行監(jiān)視,對逆變器直流側(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、累計發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測,以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)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(wǎng)點位置,各個屋頂?shù)难b機(jī)容量。

4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(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、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù),進(jìn)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(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,實現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常。

5 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

1.電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機(jī)管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

應(yīng)用場合(10KV)

產(chǎn)品

型號

功能

中壓柜

10KV進(jìn)/饋線

AM5SE

AM6-L

相間電流速斷保護(hù),相間電流速斷保護(hù)(可帶低壓閉鎖),相間過電流保護(hù)(可帶低壓閉鎖),兩段式零序過流保護(hù),反時限相間過流保護(hù)(可帶低壓閉鎖),零序反時限過流保護(hù),過負(fù)荷保護(hù),控制回路異常告警。

10/0.4KV變壓器

AM6-S

分合閘位置、手車工作/試驗位置、接地刀閘位置、硬接點信號(保護(hù)跳閘、裝置告警、控制回路斷線、裝置異常、未儲能、事故總等)、報文(過流、過負(fù)荷、超溫報警、過溫報警、裝置告警、PT斷線、CT斷線、對時異常等)、遙控開關(guān)、故障波形分析(故障錄波、故障波形、故障記錄、跳閘、故障電流電壓)等。

智能操控裝置

ASD320

ASD500

一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示(標(biāo)配一路強(qiáng)制加熱)、遠(yuǎn)方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、RS485接口、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫。

10KV計量

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APM520

該儀表采用交流采樣技術(shù),能分別測量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù),可通過面板薄膜開關(guān)設(shè)置倍率。帶RS-485通訊接口,采用Modbus協(xié)議;也可將電量信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流模擬信號輸出;或帶開關(guān)量輸入/輸出,繼電器報警輸出等功能。


弧光保護(hù)

ARB5-M

主控單元,可接20路弧光信號或4個擴(kuò)展單元,配置弧光保護(hù)(8組)、失靈保護(hù)(4組)、TA斷線監(jiān)測(4組)、11個跳閘出口;


ARB5-E

擴(kuò)展單元,多可以插接6塊擴(kuò)展插件,每個擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號:

ARB5-S

弧光探頭,可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室,也可于低壓柜?;」馓筋^的檢測范圍為180°,半徑0.5m的扇形區(qū)域;

應(yīng)用場合(0.4KV)

產(chǎn)品

型號

功能


0.4KV進(jìn)/出線

6192c06d2027abc5fae276484deeb26

APView500

相電壓電流+零序電壓零序電流,電壓電流不平衡度,有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波,諧波(電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子)、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波,波形實時顯示及故障波形查看,PQDIF格式文件存儲,內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口(+1維護(hù)網(wǎng)口)+1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù),支持61850協(xié)議

低壓柜

1d2680370935614b2a0d449bd47e58e

APM520

該儀表采用交流采樣技術(shù),能分別測量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù),可通過面板薄膜開關(guān)設(shè)置倍率。帶RS-485通訊接口,采用Modbus協(xié)議;也可將電量信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流模擬信號輸出;或帶開關(guān)量輸入/輸出,繼電器報警輸出等功能。

電能質(zhì)量

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ARC

測量I、U、Hz、cosΦ,具備過電壓保護(hù)、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過大保護(hù)功能,可控制電容器的投切,RS485/Modbus協(xié)議

e5848cd461f7b0bbff0427cb2a33e68

ANSVC

ANSVC低壓無功功率補(bǔ)償裝置并聯(lián)在整個供電系統(tǒng)中,能根據(jù)電網(wǎng)中負(fù)載功率因數(shù)的變化通過控制器控制電力電容器投切進(jìn)行補(bǔ)償,無功功率補(bǔ)償裝置采用散件組成方案,主要以電容電抗、投切開關(guān)、控制器等組成。

1407a0f86be859617dd4e22b975e37e

ANAPF

ANAPF系列有源電力濾波器通過電流互感器采集系統(tǒng)諧波電流,經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量,產(chǎn)生諧波電流指令,通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流,并注入電力系統(tǒng)中,從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

電動機(jī)保護(hù)器

電機(jī)回路

ARD2F

ARD3M

智能電動機(jī)保護(hù)器(以下簡稱保護(hù)器)適用于額定電壓至660V的低壓電動機(jī)回路,集保護(hù)、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動機(jī)安全運行,帶有邏輯可編程功能,可以滿足多種控制方式??蛇x配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu),由主體、顯示單元、互感器組成,可適應(yīng)各種柜體的安裝。具有許昌開普研究院有限公司、國家繼電保護(hù)及自動化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測合格的型式檢驗報告證書和電磁兼容檢驗證書,

配套附件

0.4kV電流互感器

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AKH-0.66

測量型互感器,采集交流電流信號

智能網(wǎng)關(guān)

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Anet系列

8個RS485串口2kV隔離,2個以太網(wǎng)接口,支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設(shè)備的接入,支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協(xié)議、支持多中心不同數(shù)據(jù)服務(wù)要求,支持?jǐn)帱c續(xù)傳,裝置電源:220VAC/DC。

應(yīng)用場合(配電室)

產(chǎn)品

型號

功能

環(huán)境監(jiān)測

溫濕度

微信圖片_2020061110162115

/

用于配電房溫度和濕度。工作電源:AC/DC85~265V工作溫度:-40.0℃~99.9℃工作濕度:0%RH~99%RH

煙霧

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/

光電式煙霧傳感;電源正極(DC12V):+12V,繼電器輸出:常開觸點

水侵

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/

接觸式水浸傳感器,監(jiān)測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況,工作電源:DC10-30V工作溫度:-20℃~+60℃工作濕度:0%RH~80%RH響應(yīng)時間:1s繼電器輸出:常開觸點

局方檢測

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/

監(jiān)測變壓器、開關(guān)、開關(guān)柜的局部放電

門禁

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/

常開型;感應(yīng)距離:30-50mm材質(zhì):鋅合金,銀灰色電度干接點輸出

攝像機(jī)

QQ截圖20180403144531

/

視頻監(jiān)控

開關(guān)量模塊

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ARTU-KJ8

8路開關(guān)量輸入,8路繼電器輸出

智能網(wǎng)關(guān)

ANet

ANet-2E4SM

4路RS485串口,光耦隔離,2路以太網(wǎng)接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP(主、從)、104(主、從)、建筑能耗、SNMP、MQTT;(主模塊)輸入電源:DC12V~36V。支持4G擴(kuò)展模塊,485擴(kuò)展模塊,最多可擴(kuò)展16路。

2.電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

應(yīng)用場合(0.4KV出線、工藝動力箱)

產(chǎn)品

型號

功能

各變電所、各動力箱

0.4KV出線

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ARCM200系列

用于檢測TN-C-S、TN-S及局部TT系統(tǒng)中的剩余電流、溫度等電氣參數(shù),從而預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。

區(qū)域

變電所

區(qū)域分機(jī)

Acrel-6000/B3

接收電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器信號,實現(xiàn)對被保護(hù)電氣線路的報警、監(jiān)視、控制與管理,采用485通訊

主變點所

監(jiān)控中心

控制主機(jī)

Acrel-6000B(XP版)正面左視

Acrel-6000/B

接收電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器信號和各區(qū)域分機(jī)數(shù)據(jù),實現(xiàn)對被保護(hù)電氣線路的報警、監(jiān)視、控制與管理,可采用485通訊。

配套附件

0.4kV電流

互感器

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AKH-0.66

測量型互感器,采集交流電流信號。

6 結(jié)論

智慧水務(wù)在污水系統(tǒng)提質(zhì)增效和雨水系統(tǒng)內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)警方面有較大的應(yīng)用空間。隨著信息技術(shù)在水務(wù)行業(yè)的滲透與發(fā)展,其對水務(wù)行業(yè)的影響日趨顯著,利用自控、感知、智能等技術(shù)手段提升城市排水系統(tǒng)管理水平受到越來越多的關(guān)注[3]。智慧水務(wù)是智慧城市的重要組成部分,它使排水管網(wǎng)系統(tǒng)的運行和管理更加智能化、專業(yè)化和精細(xì)化,在信息技術(shù)的加持下,大量的管網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)收集和歸納被應(yīng)用,對城市管網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和智慧城市的構(gòu)建具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn):

[1]王亮.李文濤.張海飛.鄒東豪.智慧水務(wù)在市政排水系統(tǒng)效能提升中的應(yīng)用[J].城市橋道與防洪,2023.

[2]王凱麗.小流域綜合整治案例簡析—以合肥市王建溝流域水質(zhì)提升為例[J].中國市政工程,2020(5):38-41.

[3]王鱗.深圳市龍崗區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)及總體規(guī)劃[J].節(jié)能,2021,40(3):75-77.

  1. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版