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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要 本文簡單介紹了城市智慧水務建設的相關內容，通過對現階段城市智慧水務建設中存在的問題進行分析，來探討城市智慧水務(供水)建設的有效措施，以明確城市智慧水務(供水)建設的重要性，轉變傳統的城市水務管理模式，充分發揮現代科學技術的作用，利用信息資源來構建完善的智慧水務體系，優化管理供水系統生產、調度和服務各個環節，以提高供水質量，滿足人們的供水需求，從而保障市政公共服務質量。
關鍵詞 城市；智慧水務；供水；建設；有效措施
引言
近年來，隨著我國社會經濟的高速發展，人們的生活水平逐步提升，其對生活質量要求越來越高，關注于城市建設工作。為加快城市現代化建設進程，應當引入智慧城市概念，充分發揮現代科學技術，以提高城市現代化水平。在智慧城市建設過程中，智慧水務建設是其中的重要組成部分，須予以高度重視，不容忽視。智慧水務建設中重要的生產要素是信息資源，其需要利用先進的科學技術來采集相關數據，并對其進行自動分析，構建完善的水務系統，以為相關決策提供可靠的參考依據，以保障決策的正確性，規范供水系統生產流程，轉變傳統的粗放型管理模式，實施精細化管理，從而提高水資源利用率。
1城市智慧水務建設的相關內容
城市智慧水務建設，要求將信息資源作為主要生產要素，旨在推動供水、排水系統的改革，充分發揮現代計算機信息技術，提高供水服務質量，實現供水調度的智能化，轉變過去傳統的粗放型管理模式，走精細化管理道路，管控管網供水系統的每一個環節和步驟。為實現城市智慧水務建設目標，需優化資源配置，實現資源數據共享，以便于減少能源消耗，提高資源利用率。
城市智慧水務建設，具有較好的經濟效益，其主要體現在以下幾個方面：一是能夠強化城市的水務協同智慧能力，有利于降低智慧水務建設的經濟損失。可通過現代化科學技術，實施監測工作，增設監測站點，掌握監測信息，并據此來進行科學的指揮調度，重視水環境治理工作，有效應對突發事件，降低安全風險。二是有利于實現資源的優化配置，提高投資效益。智慧水務建設需遵循集約共享原則，基于云計算環境，所有的信息基礎設施中的信息都要進行統一管理，相互連接，于水務行業內部共享信息資源，以便于各部門之間協調配合，協同作業，提高各項設施的應用效率，實現投資效益大化。三是有利于統一水務數據服務，降低重復性投入，避免資源、資金的浪費。通過建立專業數據庫，能夠提供可靠的水務設施數據服務，為各行業提供可靠的供水務管理數據服務，以便于做出科學的分析和決策，減少重復性建設，獲得更多的經濟效益。四是有利于推動水務改革，解決城市水務管理中存在的各項問題，緩解水資源供需矛盾，推動智慧水務的建設，拉動城市經濟增長，構建完善的數字資源共享機制。
2現階段城市智慧水務建設中存在的問題
現階段，在城市智慧水務建設過程中還存在著一定的問題，有待于進一步解決，其問題主要有：一是并未明確城市智慧水務建設目標，沒有根據實際情況來細化城市智慧水務建設目標，未能據此來制定完善的分步實施計劃，以致城市智慧水務建設工作缺乏指導性和目標性。部分人員并不具備良好的計算機運用能力，缺乏扎實的計算機基本知識，以致智慧水務 (供水)建設工作難以有序展開。二是在建設城市智慧水務 (供水)之前，沒有根據市場需求和企業的實際情況，來科學規劃建設方案，缺乏完善的頂層設計，未制定適宜的實施步驟，以致建設工作質量得不到保障。三是沒有將企業現有的系統與城市智慧水務建設相結合，缺乏集成化管理，各系統之間缺乏一定的關聯性，無法實現信息數據共享，不利于城市管網供水系統的長久發展。四是未成立專門的管理小組來實施城市智慧水務(供水)建設工作，相關人員缺乏定期培訓，不具備良好的創新意識，未能掌握扎實的計算機信息技術，以致智慧水務建設工作開展難度較大。
3城市智慧水務(供水)建設的有效措施
3.1明確城市智慧水務(供水)建設目標
為有效建設城市智慧水務(供水)建設，應當明確建設目標，建立健全的智慧水務系統，自動采集相關數據并對其進行科學分析，以充分發揮水務系統的作用，不斷地優化水務系統，加大管網系統管理力度，實施有效的監控工作，以促進水務系統信息化水平的提升，使之綜合功能得到充分發揮。對于企業來說，智慧水務轉變了傳統的供水系統管理模式，其實施了精細化管理，對供水系統進行動態化控制，以便于規范供水系統的生產流程，做好供水調度工作，提高供水系統的服務質量，以減少漏損率，降低每一噸水的成本，縮小企業生產和銷售之間的差額，在避免水價增高的基礎上，為企業帶來更多的經濟效益，貫徹落實惠民政策。對于市政管理來說，城市智慧水務建設有利于降低供水公共安全事故風險，可及時進行事故處理，拓展了事故處理方式，可利用智慧城市平臺，將城市供水、電力、通信等相結合，協同發展，以為城市現代化建設決策提供重要依據。
城市智慧水務(供水)建設目標應當從以下幾個方面著手：
一是要實現供水管網數字化。指的是在建設城市智慧水務(供水)的過程中，應當充分利用大數據技術，建立健全供水管網數據庫，以便于統一管理水廠、用戶的各項供水管網資料，實現信息化管理，有效采集和整理管道資料、水表資料、閥門資料、施工資料、維修養護資料等，以便于保障管網系統的正常運行。
二是要實現管網管理動態化。要加強城市管網資料管理工作，實施動態化管理，既要保存好管網原有的管網資料，還要實時更新新的管網資料，將新建或是改建的管網資料添加于資料庫中，并充分利用衛星定位系統技術，以及其他測繪數據技術，來保證數據庫的同步更新，提高管網數據的真實性、準確性和完整性。
三是要實現供水管網可視化。指的是在進行供水管網管理工作的時候，應當利用現代科學技術，將城市中管網、管線，以及相關資料于地圖中呈現出來，以利于查詢、統計工作的開展。可將其進行打印、輸出，提供地下管線三維可視化瀏覽服務，方便查詢地下管線的橫斷圖、縱斷圖，為城市供水管網的規劃建設提供重要依據和詳細資料，方便改擴建供水管網，并做好相應的維修工作。
四是要實現決策支持智能化。指的是一旦發生城市供水事故，應當通過智慧水務(供水)系統找到故障發生位置，并根據其實際情況來制定適宜的處理方案，提高關閥的科學性和準確性，及時排除供水系統中的故障，縮短停水時間，避免水資源的浪費。可通過現代信息化工具來計算漏水量，合理分布漏水點并予以科學管理，輔助管網部門開展查漏工作，從而優化水資源配置，促進水資源利用率的提升。
五是實現供水信息集成化。指的是應當加強對供水信息數據的管理，于地圖上直觀展示實時檢測結果，將水質信息、水量信息、水壓信息呈現于地圖上，并實時匯報客戶的用水情況，掌握供水管網改建、擴建施工進度，以及相關檢修人員的維修狀況和具體位置，以便于把控城市供水系統運行情況。
3.2優化頂層設計，分步實施
為建立科學的城市智慧水務(供水)系統，應當優化頂層設計。在前期建設過程中，需要基于企業當前的組織框架結構來進行構想，不可脫離現實，需從多方位、多角度來進行綜合性思考，把控好每一個環節，不可忽視生產、營銷、管理和決策各單元。要加強各部門之間的交流與溝通，了解相關部門的實際需求，基于此來確定城市智慧水務(供水)的建設內容。在建設智慧水務(供水)的時候，應當以供水綜合運營指揮平臺為核心，圍繞此核心來開展各項子業務，建立健全子業務系統，有效集成管理各業務系統的軟件、硬件，充分發揮信息技術，加強各業務系統之間的協調配合，突破彼此之間的隔閡，避免出現信息孤島，以便于實現數據共享，提高信息資源利用率，科學分析相關數據，挖掘數據中的各項有效信息，并根據所得到的信息來發現其中存在的問題，實施針對性措施來加以解決，從而促進城市管網供水系統生產效率的提升，保障管網供水系統的正常運行。
在完成城市智慧水務(供水)系統建設構想之后，需要根據所制定的建設方案來分步實施，并從多方面來進行考慮。這并不是一項簡單的工作，其涉及多方面內容，具有一定的復雜性，應當實施綜合性管理。由于其需要的資金投入較大，任務量比較重，則應當根據企業的實際情況來制定分步實施計劃。一般來說，可將其分為三個階段來進行建設，制定科學的近期建設計劃、中期建設計劃和遠期建設計劃。將迫切需求放在近期計劃中，如建設數據中心、建設地理信息系統、整合原有系統，建設DMA分區計量系統等；中期建設計劃應當包括但不限于巡線系統、泵站監控系統、營業收費系統、管網檢測系統和表務管理系統等；遠期建設則涵蓋了客服系統建設、水質檢測系統建設，以及績效分析、產銷差量化分析和能耗分析等內容。
3.3科學整合現有水務(供水)系統
在建設城市智慧水務(供水)的過程中，企業應當基于現有系統來進行有效的整合。以某企業為例，其當前所使用的系統有供水調度系統、客戶服務熱線系統和營業收費系統。這3個系統具有相對獨立性，單獨存在，并不具備聯系性。導致企業在對相關信息進行處理的時候，無法實現信息數據共享，只能在科室內、部門內進行信息處理，存在嚴重的信息孤島現象，不利于水務管理工作的順利開展。基于此，企業應當充分發揮現代科學技術，建立健全的智慧水務綜合運營平臺，突破各部門、各科室之間信息的局限性，消除信息孤島，實施科學的管理工作，以便于根據實際情況來進行綜合調度，保障供水的安全性，起到良好的能源節約作用，減少漏耗，從而提高供水服務水平。
建設供水綜合運營智慧平臺的時候，可將其分為4個板塊：首先是水生產子系統；其次是管理子系統；第三個板塊是營銷子系統；第四個板塊是決策子系統。這4個板塊包括了供水系統的生產、運營、決策等各個環節，涵蓋了所有步驟，具有一定的兼容性，其可以和企業當前現有的系統功能進行整合，比如說可將現有的地理信息系統和財務收費系統融合在一起，均納入到供水綜合運營智慧平臺中。此系統平臺
有著一定的開發性，能夠適應軟件、硬件的升級，有利于優化視頻監控系統、泵站監測系統。
3.4成立專門管理小組
為保障城市智慧水務(供水)建設工作的順利開展，應當成立專門的管理小組，充分認識到此項工作的難度和挑戰性，其需要耗費大量的時間和精力，要從各方面來實施綜合性管控，如此才能有效推進各項工作的開展。可從核心科室中抽取人員，成立專門的城市智慧水務工作管理小組，及時發現工作中存在的問題，并實施針對性措施來加以解決。可定期加強對管理小組人員的培訓，提升管理小組成員的知識水平和業務能力，強化小組成員的責任意識，培養其良好的職業道德素養，從而有效完成城市智慧水務建設目標。
4 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺
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品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監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。
2.平臺組成
AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。
3.平臺拓撲圖
4.平臺子系統
4.1變電站綜合自動化系統及電力監控
對水務配電系統中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。
4.2電能質量監測與治理
水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。
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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
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域。
將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，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。
能耗數據統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，契合能源管理體系要求，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。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。
系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能的目的。
4.6電氣安全
監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。
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。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。
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。
4.6.4 防火門監控系統
防火門監控系統集中控制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、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系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，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。
4.7 環境監測
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，排除隱患，保持良好的水處理環境。
4.8分布式光伏監測
實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側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，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。
平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。
平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、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。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、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常。
應用場合（10KV） | 產品 | 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、柜內照明控制、RS485接口、高壓柜內電氣接點無線測溫。 | |
10KV計量 |
| APM520 | 該儀表采用交流采樣技術，能分別測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協議;也可將電量信號轉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的扇形區域； | ||
應用場合（0.4KV） | 產品 | 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、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議 | |
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| APM520 | 該儀表采用交流采樣技術，能分別測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協議;也可將電量信號轉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。 | |
電能質量 |
| ARC | 測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協議 | |
| ANSVC | ANSVC低壓無功功率補償裝置并聯在整個供電系統中，能根據電網中負載功率因數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諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。 | ||
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。可選配不同通訊模塊適應現場通訊需求。該產品采用分體式結構，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量監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 |
智能網關 |
| Anet系列 | 8個RS485串口 2kV隔離， 2個以太網接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上傳協議、支持多中心不同數據服務要求，支持斷點續傳，裝置電源:220V AC/DC。 | |
應用場合（配電室） | 產品 | 型號 | 功能 | |
環境監測 | 溫濕度 |
| / | 用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC 85～265V 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（DC 12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點 | |
水侵 |
| / | 接觸式水浸傳感器，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC 10-30V 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：鋅合金，銀灰色電度 干接點輸出 | |
攝像機 |
| / | 視頻監控 | |
開關量模塊 |
| ARTU-KJ8 | 8路開關量輸入,8路繼電器輸出 | |
智能網關 |
| ANet-2E4SM | 4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴展模塊，485擴展模塊,最多可擴展16路。 | |
6 結束語
總而言之，在城市智慧水務建設過程中，應當充分發揮現代科學技術的作用，明確建設目標，優化頂層設計，嚴格按照相關步驟來執行作業。
參考文獻
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