淺談深圳寶安區智慧水務配電能效平台的構建

hth下载地址 陳聰

摘要:智慧水務具有實時監測、動態調控、及時預警、動態模擬、預報預測、仿真模擬等特點，不僅(jin) 是順應信息化和城鎮化發展趨勢的需要，而且可以為(wei) 全國一體(ti) 化在線政務服務平台建設管理、服務模式、流程優(you) 化積累經驗。文章以深圳寶安區為(wei) 例，通過對該區當前水務狀況的總結分析，指出了水務管理業(ye) 務現狀存在的主要問題，提出以“一張網、兩(liang) 支撐、三門戶、四應用、四體(ti) 係”為(wei) 總體(ti) 框架的智慧水務係統，同時提出了“數據預處理、異常值檢測、空缺值填補”三階段水務數據處理技術，可為(wei) 推動類似地區智慧水務建設提供借鑒。

關(guan) 鍵詞:深圳寶安區；智慧水務係統；框架構建；水務數據；處理技術

１ 寶安區水務現狀

河流基本情況:寶安區共有66條河湧，66條河湧分屬茅洲河及珠江口沿海河湧兩(liang) 大水係，總長254km，流域總麵積532km²。全區水環境狀況有以下幾個(ge) 特點:一是水質汙染嚴(yan) 重，主要汙染物為(wei) 氨氮、總磷和陰離子表麵活性劑；二是感潮河流多66條河流有50條為(wei) 感潮型河流，感潮河段占總河長約50%，影響麵積達176km²，約占全區總麵積的45%；三是防洪達標率低，全區河道有168km未達防洪標準，占總長的66%。

水庫基本情況:寶安區共有12座水庫，其中市管水庫2座，區管水庫10座，中型水庫3座小(1)型水庫7座，小(2)型水庫2座。鐵崗水庫石岩水庫、羅田水庫作為(wei) 主要在用集中式生活飲用水水源，寶安區主要飲用水源水質良好，全區飲用水源水質達標率為(wei) 100%。鐵崗水庫、石岩水庫羅田水庫水質類別為(wei) 亞(ya) 類，水質為(wei) 優(you) ，水庫水質保持穩定。

泵站基本情況:全區共有132座泵站，包括現狀排澇泵站、規劃排澇泵和汙水泵站，現狀排澇泵站104座，抽排規模697.05m/s；規劃排澇泵站17座，抽排規模565.28m/s；規劃泵站建成後總抽排規模1262.33m/s。汙水泵站11座，總抽排規模185.7萬(wan) 。

排水管網情況:全區目前已市場化委托運營的排水管網共6732km，其中市政排水管網2882km。社區排水管網3475km，其他道路排水管網375km。水閘基本情況:寶安區一共有63個(ge) 水閘，大部分服役年限為(wei) 10~30年。

水質淨化廠情況:寶安區已建水質淨化廠6座，設計汙水處理能力116.5萬(wan) m/d

人工濕地情況:寶安區已建成4個(ge) 石岩、黃麻布、塘頭河和牛城人工濕地及快滲工程，總規模為(wei) 8.8萬(wan) m'/d。

水廠基本情況:寶安區共有深水寶安水務有限公司有限公司及鬆崗自來水公司2家供水企業(ye) ，共有水廠9座，水廠總設計規模達176萬(wan) m/d，實際日平均供水規模為(wei) 110.3萬(wan) m/d。

易澇點情況:目前寶安共有29個(ge) 易澇點區域，35個(ge) 易積水點區域。

2 存在的主要問題

當前，寶安區水務管理業(ye) 務現狀主要存在以下問題:①監測點位缺失，水務設施狀態不明；②整體(ti) 規劃滯後、分散建設、資源有待進一步整合；③局內(nei) 係統割裂，數據共享困難；④橫向係統未對接，業(ye) 務聯動難實現；⑤係統缺失老舊，業(ye) 務覆蓋不完善；⑥數據價(jia) 值未發揮，智慧決(jue) 策待實現。

3 智慧水務係統構建

為(wei) 進一步提升寶安區水務監管智能化、智慧化水平，結合寶安區水務局實際情況，堅持“統籌規劃、統一標準，繼承優(you) 化、整建結合，共建共享、共享，聚焦應用、服務，安全可靠、發布”的設計原則，充分利用大數據、物聯網、3S和5D等技術，構建寶安區智慧水務係統，本係統可簡述為(wei) “一張網、、兩(liang) 支撐三門戶、四應用、四體(ti) 係”，根據項目的建設任務和設計邊界，本項目的設計對象和範圍如下:

一張網:一張網承擔信息的采集和匯集。主要包括水庫安全監控、地表水監測、易澇點監測、排水管網監測、泵站遠程監控、視頻監控等。

兩(liang) 支撐:包括智慧水務信息資源分係統和智慧水務應用支撐分係統。智慧水務信息資源分係統將傳(chuan) 輸數據進行分類存儲(chu) ，主要包括監測信息數據庫和業(ye) 務信息數據庫。智慧水務應用支撐分係統通過組裝可複用業(ye) 務構件的方式來打造智慧水務的各種智慧應用係統，同時，對外提供標準的數據接口和服務接口，將麵向不同的網絡環境發布不同的服務接口。四應用:包括水務管理分係統、綜合管理分係統、智慧管控分係統和決(jue) 策支持分係統4個(ge) 分係統，涵蓋區水務局水務監管業(ye) 務、綜合管理業(ye) 務、公眾(zhong) 服務、決(jue) 策支持，能夠為(wei) 區水務局提供業(ye) 務支持三門戶:包括內(nei) 網辦公門戶、移動應用門戶公共服務門戶。公共服務門戶將采用局內(nei) 已建的寶安水務局門戶網站，並與(yu) 項目係統實現數據互通。四體(ti) 係:包括政策法規、標準規範、信息安全和運營服務體(ti) 係。

以寶安區管控水務分為(wei) 載體(ti) ，基於(yu) “智慧寶安管控指揮+10個(ge) 街道辦+126個(ge) 社區+主要職能部門分”的“1+10+126+N”的智慧寶安建設運行平台，綜合運用智慧寶安大數據資源，通過數據共享，實現寶安區水務局向上對寶安區管控、向下對各科室的“上下級聯動”，打通上級單位對下級單位的監督監控、事件分撥、協同指揮和應急指揮，打通下級單位向上級的事件上報和數據上報，實現寶安區水務狀態的綜合展示、監測預警、數據決(jue) 策支持和聯動指揮。

4 數據處理技術

4.1 水務數據分類及特點

根據寶安區智慧水務係統構建思路，可將區水務數據劃分為(wei) 監測類、基礎類和管理類3類數據監測類數據主要包括水質、供排水、水位信息等基礎類數據主要包括汙水無處廠處理工藝、基礎設施以及傳(chuan) 感器參數等，管理類數據主要包括個(ge) 河流之間的基本情況信息數據等。水務數據具有空間屬性和時間屬性，同時還具有數據規模量大，種類繁多，來源不統一等特點，很容易造成水務數據在采集過程中產(chan) 生較多的“髒數據”，因而需要采取一定的技術手段對這些髒數據進行清洗。

4.2水務數據清洗流程

水務數據“髒數據”按屬性進行劃分可分為(wei) 通用數值屬性髒數據、具有空間屬性的髒數據和具有時間屬性的髒數據。通用數值屬性髒數據是常見的髒數據，出現這種髒數據的主要原因在於(yu) 人工錄入失誤、傳(chuan) 感器失靈或者數據間斷性缺失等。具有空間屬性的髒數據就是指那些具有較多地域、流域或者對象屬性的錯誤數據。具有時間屬性的髒數據錯誤類型比較單一在，主要是由於(yu) 傳(chuan) 感器失效引起數值錯誤。人工錄入失誤造成的數據顛倒或者小數點錯誤屬於(yu) 數據異常值，數據間斷性缺失則屬於(yu) 空缺值。因此，水務數據的“髒數據”清理將主要經曆異常值清理階段和空缺值填補階段。

寶安區智慧水務係統設計過程中，為(wei) 了實現對大量水務“髒數據”的清理，將水務數據清洗設計為(wei) 3個(ge) 階段，如圖3所示。第一階段為(wei) 數據預處理階段，在這一階段主要作用是對收集到的水務數據進行分類；第二階段為(wei) 異常值檢測階段，在這階段，通用數值屬性髒數據的異常值檢測與(yu) 時空異常值檢測方法有些區別，這主要是因為(wei) 大部分髒數據並不具備時間和空間屬性，隻具備數值屬性時空異常值檢測隻需要利用馬氏距離閩值函數和隱馬爾科夫模型分別對數據的空間特性和時間特性進行辨別，即可剔除相關(guan) 髒數據，而在處理通用數值屬性髒數據時，由於(yu) 數據量巨大，因此使用了從(cong) 全局異常值檢測到局部異常值檢測的方法，全局異常值檢測采用拉依達準則，主要作用是對數據的問題進行檢測，局部異常值檢測采用層級聚類法，主要作用是對人工錄入失誤造成的數據顛倒或者小數點錯誤屬於(yu) 數據異常值進行檢測；第三階段為(wei) 空缺值填補階段，在這一階段主要是通過人工神經網絡模型對數據空缺項進行查補。

5 預期經濟及社會(hui) 效益

5.1 經濟效益

(1)實現水質實時監測，提升執法、管養(yang) 效率，節約人員成本

在傳(chuan) 統水務執法監察、水務設施養(yang) 護巡檢模式下，由於(yu) 無法實時獲取水質水量數據、水務設施運行狀態數據，不能及時發現問題，在日常監管、管養(yang) 維護過程中，投入大量人力物力以進行地毯式的巡檢、管養(yang) 維護作業(ye) ，大大增加維護成本。本項目將建設易澇點、黑臭水體(ti) 、排水管網泵站等在線監測係統，實時獲取黑臭水體(ti) 、排水管網、泵站的運行狀態數據，並提供實時監測預警，可供執法監察、設備巡檢人員及時掌握環境的狀態，避免盲目執法、巡檢，大大減少人員成本。

(2)實現水務基礎設施的統一管理，提升管理效率，節約管理成本

寶安區智慧水務(一期)項目將改變傳(chuan) 統圖組存儲(chu) 管網信息的方式，並將原有獨立、分散的排水設施信息整合到同一係統，形成統一的資產(chan) 管理模式，有效減少由於(yu) 資產(chan) 狀況不清、數據標準不一等造成的數據無法共享，無法為(wei) 業(ye) 務管理提供數據支撐等問題，從(cong) 而提升了管理效率，節約了管理成本，減少了大量不必要的人力和物力投人。

(3)科學評估，避免粗放式管理，節約建設成本

在排水工程建設過程中，由於(yu) 前期缺乏統一詳細、建設規劃方案評估，導致在施工過程中出現占用排水管道位置，甚至鑿穿排水管線等現象發生，造成重大經濟損失和嚴(yan) 重事故影響。本項目利用排水管網水力評估模型，對管道總容量、管網結構缺陷、汙水管網水力瓶頸、汙水管網易淤積點等分析，以便管理人員、及時準確地發現和識別管網結構存在的問題及瓶頸為(wei) 排水管網係統規劃控製工作提供計算、分析及評價(jia) 的支撐係統，通過有效的規劃方案評估，提高規劃設計的科學性，從(cong) 而避免管網存在的設計缺陷，從(cong) 根本上降低了排水係統運行風險，減少排水係統維護費用，同時保證排水工程建設的順利進行，防止出現返工現象而導致增加建設成本的投入。

5.2 社會(hui) 效益

(1)實現寶安區水務設施數字化管理

通過本項目的建設，將完成排水相關(guan) 的城市信息資源空間信息、動態信息和公共信息的處理、智理、分發、挖掘、共享、維護，形成統一的數據資源池、基礎支撐係統和應用係統，實現共享應用實現排水設施數字化管理，為(wei) 統籌資源布局,合理規劃城市發展英定堅實基礎。

(2)提升防澇監測預警能力

本項目開發設計監測係統，可實時采集雨汙水管道、泵站等排水設施的流量、液位等監測數據.並建設泵站自控係統，實現對監測數據的實時顯示和數據分析，有效識別排水管網的水量變化規律和趨勢，當出現汙水漫造等管網異常情況時，可立即發出報警，輔助管理者及時采取措施，有效地減少汙水溢流對於(yu) 環境的損害。(3)提升社會(hui) 服務質量與(yu) 效率

通過本項目的建設，加強、河流汙染、易澇點監測，實時了解環境現狀，當出現異常時及時進行報警，有助於(yu) 執法監察、維護人員根據情況采取相應措施;推進汙水管網優(you) 化運行，有計劃的對汙水管網的關(guan) 鍵點進行在線液位及流量監控，實現排水管網異常報警和科學調度等功能。提升排水服務質量，保障城市排水機製。

(4)推動政府數據開放進程

通過本項目的建設，實現為(wei) 應用提供身份識別信息聚合推送、權限管理等服務，各類應用係統統一向係統開放服務接口、提供資源，通過係統調用其他部門開放的服務，統一利用係統受理請求和提交服務。

6 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台

6.1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。

6.2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。

6.3平台拓撲圖

6.4平台子係統

6.4.1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。

6.4.2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。

6.4.3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) 。

6.4.4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。

6.4.5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。

6.4.6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。

6.4.7 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。

6.4.8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。

6.4.9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) 。

7 相關(guan) 平台部署硬件選型清單

8結語

寶安區是深圳的行政大區、產(chan) 業(ye) 大區和人口大區，充分利用新一代信息技術，采用鬆耦合架構模式，構建智能感知、數據融合和智慧應用三大體(ti) 係實現涉水事務感知、監管及決(jue) 策的全過程智能管控是寶安區智慧水務建設的核心任務。文章根據寶安區當前水務現狀，針對目前水務管理業(ye) 務現狀存在的主要問題，初步構建了以“一張網、兩(liang) 支撐、三門戶、四應用、四體(ti) 係”為(wei) 總體(ti) 框架的智慧水務係統，同時提出了智慧水務數據清洗“三階段”設計方案，可為(wei) 推動寶安區智慧水務建設提供參考。

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