淺談智慧水務配電能效平台在珠江三角洲水資源配置工程中的應用

hth下载地址 陳聰

摘 要：珠江三角洲水資源配置工程是粵港澳大灣區中具有代表性的超大型水利工程。將智慧水務理念及技術應用於(yu) 該工程，創建"工程建設管理係統"，創新應用"BIM+GIS"支撐平台，不僅(jin) 能提高供水效率，保障城市供水安全，還能為(wei) 類似工程提供參考和借鑒。

　　關(guan) 鍵詞：智慧水務；珠江三角洲水資源配置工程；管理係統

1 智慧水務理念

智慧水務是以解決(jue) 城市水務發展需求為(wei) 導向，利用現代傳(chuan) 感、物聯網及信息技術，構建城市水務綜合數據庫，實現水務信息充分共享，提高城市水務管理決(jue) 策水平；並通過開展頂層設計、優(you) 化水務建設目標、係統規劃水務建設布局，提升水務建設和運營效益[2]。智慧水務是在工程數字化建設和智能化應用後的新型管理模式和組織形態，是先進信息、工業(ye) 及管理技術的深度融合，能促進工程建設管理單位內(nei) 部轉型升級，完成與(yu) “互聯網＋"社會(hui) 生產(chan) 力的和諧對接。智慧水務建設具有以下特點：①打造“新時代生態智慧水利工程"目標，從(cong) 智慧設計、建造、運營、管理出發，建設貫穿工程全周期的水利信息化智慧管理係統；②通過“BIM+GIS”支撐平台對工程設施、設備狀態及環境信息進行可視化展現；③建設水量調度管理係統，通過數據分析結果為(wei) 工程供水調度提供科學數據支撐；④實現數字工程輔助建設單位開展日常運營、故障分析和維護，減少人工巡檢，加強自動化運維，提升效率[3]。

2 智慧水務係統的實際應用

2.1工程建設管理係統

該係統主要用於(yu) 工程前期報批管理，包括工程進度計劃、總體(ti) 投資控製、合同費用支付、質量控製、安全控製、工程溝通、資料審批等。項目端係統將建設、施工、監理、設計等單位集成到統一平台，作為(wei) 實際日常業(ye) 務係統實現標準化、統一化、集成化管理[4]。主要包括五個(ge) 模塊：①前期管理。可查詢項目前期各項審批材料進度，查詢各工作環節狀態，及時掌握當前標段開展情況。通過獲取工程數據對項目前期進展進行整體(ti) 把握。②設計管理。涵蓋工程各階段的設計及設計變更管理，可控製進度、分配與(yu) 下達任務、跟蹤計劃等。③招投標信息管理。記錄項目招投標業(ye) 務的跟蹤管理情況，查找招標相關(guan) 資料。④合同費用管理。提供項目中所有合同事項，如合同的基礎信息、計量計價(jia) 、變更、進度、結算、終止、履行統計查詢等。⑤質量管理。是工程主體(ti) 對參建單位在建設過程中涉及重要質量項的控製與(yu) 管理，是以質量驗收與(yu) 評價(jia) 為(wei) 主線，按質量計劃對質量控製點進行處理的過程。

2.2“BIM+GIS”支撐平台

　　珠三角水資源配置工程覆蓋範圍大、地域分布廣、管理層級多、內(nei) 容複雜，其運行包括輸水管線、泵站、水庫、調度管理等，是一項十分複雜的係統工程。因此，搭建“BIM+GIS”平台是工程規範化、協同化管理的需要，可消除信息孤島，滿足不同層級參建方的信息需求和功能需求，保障工程管理的高效有序。利用“GIS+BIM”技術. 搭建“地形地質＋建築物”的工程整體(ti) 數字化模型，構建三維可視化管理平台，實時展示施工進展、盾構機的位置和狀態等，便於(yu) 工程管理人員從(cong) 宏觀到微觀把控施工進程和運行狀態，追蹤質量和安全隱患，以便做出科學決(jue) 策。供水工程大都具有地域廣、人員流動性強、作業(ye) 環境複雜等特點，傳(chuan) 統信息采集方式難以保障信息的真實性、完整性、時效性和可追溯性。通過信息係統建設，可實現信息實時采集、直觀查詢、快速發布和高度共享，能便捷掌握工程動態，處理業(ye) 務，提高管理效率和精細化管理水平。

　　平台搭建需注意：①實現數據轉換。數據的準備和轉換包含兩(liang) 個(ge) 層麵，一是GIS數據需支持從(cong) GIS數據服務器下載，同時也包含對影像、地形數據的處理；二是BIM數據其轉換需支持目前流行的主流BIM平台。②平台服務在考慮BIM數據的同時要兼顧GIS、文檔、協同、數據分析等部分。為(wei) 了數據安全及未來需要，要滿足高可用的雲(yun) 架構係統設計。BIM數據管理平台不僅(jin) 是BIM和GIS 數據的管理，更應是行業(ye) 數據的服務平台和大數據的基礎，因為(wei) 平台在數據收集時已對BIM模型數據進行了結構化組織（見圖1）。

2.3安全預警管理係統

　　該係統利用物聯網、視頻監控、移動互聯、"BIM+GIS"等智慧工地技術，具有安全預警管理、感知信息接入、安全地圖、安全事故管理、安全隱患排查、風險管理、應急救援等主要功能、可提高工作的信息化、標準化、專(zhuan) 業(ye) 化水平。一方麵，工程安全生產(chan) 始終處於(yu) 受控狀態並持續改良，從(cong) 根本上降低了安全事故發生率；另一方麵，水質自動檢測係統保障了供水安全和供水質量。

2.4水量調度管理係統

該係統包括水量調度日常業(ye) 務處理、供水計劃編製、實時水量調度、應急水量調度、水量統計和水費計算、調度評價(jia) 係統。其中，水量調度日常業(ye) 務處理係統是核心部分，該係統按照同類功能合並，簡化係統結構，易於(yu) 工程管理人員操作。

2.5合同費用管理係統

　　其為(wei) 項目建設單位項目投資管理的核心部分。重點包括設備物資采購合同、工程施工合同的執行管理和監控分析，實現合同的結算管理、執行進度跟蹤、合同交付質量管理。要求可關(guan) 聯項目進度管理進行進度執行聯查，關(guan) 聯供應商管理功能進行供應商合同履約質量記錄與(yu) 評估等。

2.6工程數字檔案係統

　　該係統作為(wei) 完整檔案業(ye) 務流程管理的信息化平台，涵蓋檔案業(ye) 務管理的“收集、管理、保存、利用"需求。其功能主要包括檔案的收集、保管、利用、統計及數據管理、輔助管理等。

2.7輸水自動化監控係統

　　該係統按"統一調度、無人值班、智能巡查、智慧供水"的原則設計，在工程管理中心設立調度中心，設置常規的應用及數據庫服務器、操作員工作站、通信工作站、常規監控係統設備等，負責整個(ge) 工程的供水調度。在三個(ge) 泵站設置泵站自動化監控係統，負責監控泵站內(nei) 的設備及其管轄的供水管線上的監控對象，如盾構井滲漏排水泵等。在泵站副廠房設立監控調試室，放置站控層設備，設置操作員站、工程師工作站、1000 M/100 M網絡交換機等設備，主要用於(yu) 泵站投運初期及檢修期的泵站監控。正常運行時泵站無人值班，主要運維人員可在泵站信息中心進行管理。

2.8應用係統集成

應用係統集成是本係統集成的核心內(nei) 容，也是實現係統開發建設的目的，應用係統分布在運營公司各管理部門，用戶包括公司員工、上級部門、相關(guan) 單位、公眾(zhong) ，是一個(ge) 龐大複雜的調水業(ye) 務應用係統。工程展現應用包括工程數字門戶和移動應用門戶。工程應用係統主要包括工程建設管理、安全預警管理、征地管理、水量調度管理、工程設施管理、工程安防與(yu) 視頻監控、工程運行檢修培訓係統、工程數字檔案、辦公自動化、水文監測、水質監測、輸水自動化監控等係統。

3 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台

3.1平台概述

hth下载地址電氣具備從(cong) 終端感知、邊緣計算到能效管理平台的產(chan) 品生態體(ti) 係，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台通過在汙水廠源、網、荷、儲(chu) 、充的各個(ge) 關(guan) 鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用於(yu) 監測汙水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護汙水廠運行可靠，提高汙水廠能效，為(wei) 汙水處理的能效管理提供科學、精細的解決(jue) 方案。

3.2平台組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理係統由變電站綜合自動化係統、電力監控及能效管理係統組成，涵蓋了水務中壓變配電係統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控製、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台、一個(ge) APP實時了解水務配電係統運行狀況，並且根據權限可以適用於(yu) 水務後勤部門管理需要。

3.3平台拓撲圖

3.4平台子係統

3.4.1變電站綜合自動化係統及電力監控

對水務配電係統中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。

3.4.2電能質量監測與(yu) 治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電係統中存在大量諧波，通過監測其配電係統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，並配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

3.4.3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(guan) 信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與(yu) PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控製，監視、控製各個(ge) 工藝設備,保障正常生產(chan) 。

3.4.4能耗管理

為(wei) 水務搭建計量體(ti) 係，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(guan) 能源的參數集中在一個(ge) 看板中，從(cong) 多個(ge) 維度對比分析，實現各個(ge) 工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個(ge) 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汙水廠、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(ti) 係要求，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。通過汙水處理產(chan) 量以及係統采集的能耗數據，在汙水單耗中生成汙水單耗趨勢圖，並進行同比和環比分析，同時將汙水的單耗與(yu) 行業(ye) /國家/國際指標對標，以便企業(ye) 能夠根據產(chan) 品單耗情況來調整生產(chan) 工藝，從(cong) 而降低能耗。

3.4.5智能照明控製

係統為(wei) 汙水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控製管理方案，支持單控、區域控製、自動控製、感應控製、定時控製、場景控製、調光控製等多種控製方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控製功能，盡量利用自然光照，實現室內(nei) 、廠區照明的智能控製達到安全、節能的目的。

3.4.6電氣安全

①電氣火災監測：監測配電係統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對汙水廠、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。係統接入消防應急照明指示係統數據，通過平麵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防火門監控係統：防火門監控係統集中控製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(guan) 閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。係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，能指示報警部位並保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

3.4.7 環境監測

汙水廠、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(ti) 濃度展示和預警，保障汙水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體(ti) 或有害氣體(ti) 濃度超標可自動啟動排風風機或新風係統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

3.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓並網櫃每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關(guan) 狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側(ce) 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，以曲線方式繪製上述監測的各個(ge) 參量的曆史數據。

平台結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平麵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、並網點位置，各個(ge) 屋頂的裝機容量。

3.4.9工藝仿真監控

平台通過2D、3D方式實時監視粗格柵、汙水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、汙泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、汙水提升泵、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製櫃或低壓饋電櫃安裝電動機保護，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(yu) PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控製，監視、控製各個(ge) 工藝設備,保障正常生產(chan) 。

4 相關(guan) 平台部署硬件選型清單

5 結語

　　水是支撐城市經濟社會(hui) 發展的基礎性資源，智慧水務正成為(wei) 城市水務高質量發展的顯著標誌。目前，粵港澳大灣區建設如火如荼，對水安全保障也提出了更高要求，智慧水務建設是推進新階段水利高質量發展的重要路徑之一。對此，全國各流域管理局正積極開展先行先試任務，編製智慧水務專(zhuan) 項規劃。在智慧水利工程思潮下，從(cong) 思想上打破傳(chuan) 統水利“重建設、輕管理”的理念，逐步向"建管並重"的現代智慧水利方向發展。珠三角水資源配置工程是國家“大動脈”工程，是長距離有壓管道調水工程，建成後將對粵港澳大灣區發展提供戰略支撐。智慧水務應用於(yu) 珠三角水資源配置工程，不僅(jin) 能提高建管部門的供水效率，保證城市供水安全，還可為(wei) 大灣區其他大型供水工程提供參考。

參考文獻：

[1]朱振華.智慧水務係統在城市供水中的應用研究[J].河南科技，2018（28）：84-85.

[2]吳巍.智慧水務係統在城市供水中的應用[J].新技術應用與(yu) 實踐，2018（3）：150-151.

[3]林偉(wei) 宏.智慧水務在城市發展中的重要性[J].數字化用戶，2017（23）：244-247.

[4]茜揚，蘇兆景，周昊，等.珠江三角洲水資源配置工程初步設計報告[R].廣州：廣東(dong) 省水利電力勘測設計研究院有限公司，2018.

[5]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版