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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201800
【摘要】：隨著水廠水質(zhì)管理技術和管理水平的提升，達到了在線監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋，及時發(fā)現(xiàn)問題，快速處理事故，優(yōu)化了水資源的利用率，提高了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，從而有效地提高供水安全，為水廠工藝調(diào)整提供保障。
【關鍵詞】：在線監(jiān)測設備；水質(zhì)管理平臺；研究
1.水廠在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的管理模式
現(xiàn)通過舉例烏魯木齊市紅雁池水廠中在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的應用，來說明在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在水質(zhì)管理中的作用。烏魯木齊市紅雁池水廠是烏魯木齊烏拉泊水庫供水，將水送到水廠，水處理合格后，再輸送給用戶。該水廠分為東廠區(qū)和西廠區(qū)，目前供水量為17萬立方，可供51萬戶居民日常用水。
本水廠中在線水質(zhì)監(jiān)測是由在線監(jiān)測設備（濁度計、PH計、余氯分析儀、氨氮在線監(jiān)測儀、電導率儀、溶解氧測定儀、出水顆粒儀等監(jiān)測設備）為主，通過相關的專用分析軟件、網(wǎng)絡，將水樣采集、水樣預處理、水樣測量、數(shù)據(jù)處理的過程動態(tài)監(jiān)測，形成數(shù)據(jù)后發(fā)送至水質(zhì)管理平臺，為有效保障水廠生產(chǎn)、工藝調(diào)節(jié)提供可靠保障。
2.水廠水質(zhì)管理中在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的應用
2.1在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成
在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要是由在線監(jiān)測設備、遠程監(jiān)測控制器、數(shù)據(jù)傳輸、水質(zhì)管理平臺組成。在線監(jiān)測系統(tǒng)分為采樣模塊、配水模塊、分析模塊和控制模塊四大模塊，系統(tǒng)的主要功能就是自動完成樣品的采集、分析以及數(shù)據(jù)的采集和傳輸任務。整個系統(tǒng)啟動后，就會按系統(tǒng)設定的程序自動開始采集水樣、分析水樣，然后監(jiān)測數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集傳輸傳到水質(zhì)管理平臺的服務器并保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。
2.2在線監(jiān)測系統(tǒng)的管理
紅雁池水廠在線檢測系統(tǒng)中在線設備數(shù)量較多，在原水、澄清池、濾后水、出水等主要環(huán)節(jié)均安裝有在線監(jiān)測設備，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送至水質(zhì)管理平臺，水質(zhì)監(jiān)測中心管理本水廠水質(zhì)管理工程平臺，通過實驗室數(shù)據(jù)檢測與在線設備監(jiān)測數(shù)據(jù)比對，確定在線監(jiān)測設備的穩(wěn)定性。該廠在線監(jiān)測設備為安科瑞生產(chǎn)的網(wǎng)絡電力儀表APM520、智能操控裝置ASD500、0.4kV電流互感器AKH-0.66、智能網(wǎng)關Anet系列等。
2.2.1遠程監(jiān)測控制器
本水廠中，采用安科瑞Anet系列遠程在線監(jiān)測傳輸終端設備，該設備支持接收上級主站系統(tǒng)下達的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給目標區(qū)域內(nèi)的智能系列單元，完成對廠站內(nèi)各開關設備的分合閘遠程控制或裝置的參數(shù)整定，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能，以達到遠動輸出調(diào)度命令的目標。
2.2.2網(wǎng)絡電力儀表
水體的濁度主要來源于上游水源中的原水，水在流動過程中帶動水底泥沙會增加水體的濁度。在本水廠中，在線監(jiān)測系統(tǒng)的且全部為安科瑞制造，APM5系列網(wǎng)絡電力儀表（以下簡稱儀表）按IEC國際標準設計，具有全電量測量、電能統(tǒng)計、電能質(zhì)量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功能及網(wǎng)絡通訊等功能，主要用于電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現(xiàn)電氣回路全電量測量及開關狀態(tài)監(jiān)控。
2.2.3智能操控裝置
本水廠具有每天產(chǎn)出17萬方水的供水能力，水廠運用在線設備對水廠水質(zhì)中ＰＨ指標進行控制。在本水廠中共計５臺，且全部為安科瑞制造，ASD系列開關柜綜合測控裝置用于3~35kV戶內(nèi)開關柜，適用于中置柜、手車柜、固定柜、環(huán)網(wǎng)柜等多種開關柜。具有一次回路模擬圖及開關狀態(tài)指示，高壓帶電顯示及核相，自動溫濕度控制，加熱回路故障告警，分合閘回路完好指示、分合閘回路電壓測量、預分預合閃光指示、電氣節(jié)點無線測溫，人體感應自動照明，語音提示，電參數(shù)測量及RS485通訊接口等眾多功能，集操作、顯示于一體，這些功能的具備保障了ＰＨ計的使用簡單、便捷，使傳送到水質(zhì)管理平臺的數(shù)據(jù)真實、可靠，達到及時調(diào)整工藝的目的。
2.2.4電流互感器
根據(jù)本水廠的生產(chǎn)狀況，選用安科瑞互感器配套網(wǎng)絡電力儀表，產(chǎn)品翻蓋式設計，外形美觀，接線方便。翻蓋材料選用透明聚碳酸酯，能清楚看到二次引線接線情況。立式方孔型，可穿越1-3根匯流排，不但具有Ⅰ、Ⅱ型的特點，而且可作供電系統(tǒng)計量電能用，以及可與電流繼電器配套作保護用。
2.2.5水質(zhì)管理平臺
水質(zhì)監(jiān)測中心作為制水廠水質(zhì)數(shù)據(jù)管理部門，管理該水質(zhì)管理工程平臺，通過實驗室數(shù)據(jù)檢測與在線設備監(jiān)測數(shù)據(jù)比對，確定在線監(jiān)測設備的穩(wěn)定性。水質(zhì)管理平臺是在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中反饋、集合的中心層面，在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中水質(zhì)管理平臺是由２臺監(jiān)控電腦、數(shù)據(jù)控制軟件、數(shù)據(jù)庫服務器、現(xiàn)場控制單元ＥＣＵ、ＰＬＣ控制站等組成，通過多連接途徑的傳輸系統(tǒng)，對供水生產(chǎn)工藝，水質(zhì)變化情況進行控制。水質(zhì)管理平臺具有調(diào)節(jié)液位、壓力、流量、流速等參數(shù)，故障判斷、報警等功能。水質(zhì)管理平臺通過計算機網(wǎng)絡技術能夠得到有效可靠的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了在線實時監(jiān)測、監(jiān)控和網(wǎng)絡化管理。
3.AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺
3.1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智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、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度，監(jiān)測主要用能設備能效，保護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、精細的解決方案。
3.2平臺組成
AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(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，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、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(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務后勤部門管理需要。
3.3平臺拓撲圖
3.4平臺子系統(tǒng)
3.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控
對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。
監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。
3.4.2電能質(zhì)量監(jiān)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(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。
3.4.3電動機管理
馬達監(jiān)控實現(xiàn)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(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、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(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。
3.4.4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(qū)域。
將所有有關能源的參數(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(shù)據(jù)統(tǒng)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(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(tǒng)計趨勢。
能效分析按三級計量架構(gòu)，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(huán)比、對標等。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/指標對標，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。
3.4.6電氣安全
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警。
根據(jù)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(tǒng)接入消防應急照明指示系統(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。
監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。
防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(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、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、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，當終端設備發(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。
3.4.7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(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。
3.4.8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)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(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機容量。
平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)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(zhuǎn)、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(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。
4.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
應用場合（10KV） | 產(chǎn)品 | 型號 | 功能 | |
| 10KV進/饋線 |
| AM6-L | 相間電流速斷保護，相間電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，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、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 |
| 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（標配一路強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、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 |
| APM520 | 該儀表采用交流采樣技術，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設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協(xié)議;也可將電量信號轉(zhuǎn)換成標準的直流模擬信號輸出;或帶開關量輸入/輸出，繼電器報警輸出等功能。 | |
弧光保護 |
| ARB5-M | 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； | |
ARB5-E | 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： | |||
| ARB5-S | 弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； | ||
應用場合（0.4KV） | 產(chǎn)品 | 型號 | 功能 | |
0.4KV進/出線 |
| 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維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議 | |
|
| APM520 | 該儀表采用交流采樣技術，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設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協(xié)議;也可將電量信號轉(zhuǎn)換成標準的直流模擬信號輸出;或帶開關量輸入/輸出，繼電器報警輸出等功能。 | |
電能質(zhì)量 |
| ARC | 測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協(xié)議 | |
| ANSVC | ANSVC低壓無功功率補償裝置并聯(lián)在整個供電系統(tǒng)中，能根據(jù)電網(wǎng)中負載功率因數(shù)的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補償,無功功率補償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。 | ||
| 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償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負載所產(chǎn)生的諧波電流。 | ||
電動機保護器 | 電機回路 |
| ARD3M | 智能電動機保護器（以下簡稱保護器）適用于額定電壓至660V的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，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、國家繼電保護及自動化設備質(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 |
| AKH-0.66 | 測量型互感器，采集交流電流信號 |
智能網(wǎng)關 |
| 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)服務要求，支持斷點續(xù)傳，裝置電源:220VAC/DC。 | |
應用場合（配電室） | 產(chǎn)品 | 型號 | 功能 | |
環(huán)境監(jiān)測 | 溫濕度 |
| / | 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 |
| / | 光電式煙霧傳感;電源正極（DC12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點 | |
水侵 |
| / | 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響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點 | |
局方檢測 |
| / | 監(jiān)測變壓器、開關、開關柜的局部放電 | |
門禁 |
| / | 常開型；感應距離：30-50mm材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出 | |
攝像機 |
| / | 視頻監(jiān)控 | |
開關量模塊 |
| ARTU-KJ8 | 8路開關量輸入,8路繼電器輸出 | |
智能網(wǎng)關 |
| 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擴展模塊，485擴展模塊,最多可擴展16路。 | |
5.結(jié)語
針對水源水水質(zhì)的特點，烏魯木齊紅雁池水廠選擇了３９臺在線水質(zhì)監(jiān)測設備，建立了完整的在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。通過在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的應用，在線水質(zhì)監(jiān)測設備均能夠及時準確地反映水質(zhì)實際變化情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確可靠，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，將現(xiàn)代化技術和信息化手段融為一體，大大優(yōu)化了水質(zhì)變化情況的控制率，同時對水廠生產(chǎn)及工藝調(diào)整過程中水質(zhì)變化進行了實時監(jiān)控，從而提高了供水的可靠性、安全性。通過本水廠在線監(jiān)測系統(tǒng)對水質(zhì)管理工程中的應用的研究發(fā)現(xiàn)，水廠要按照水廠水質(zhì)的實際情況，選擇合適的在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，為水廠工藝調(diào)整和供水安全提供有利保障。
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