浅谈智慧水务配电能效平台在珠江三角洲水资源配置工程中的应用

安科瑞 陈聪

摘 要：珠江三角洲水资源配置工程是粤港澳大湾区中具有代表性的超大型水利工程。将智慧水务理念及技术应用于该工程，创建"工程建设管理系统"，创新应用"BIM+GIS"支撑平台，不仅能提高供水效率，保障城市供水安全，还能为类似工程提供参考和借鉴。

　　关键词：智慧水务；珠江三角洲水资源配置工程；管理系统

1 智慧水务理念

智慧水务是以解决城市水务发展需求为导向，利用现代传感、物联网及信息技术，构建城市水务综合数据库，实现水务信息充分共享，提高城市水务管理决策水平；并通过开展顶层设计、优化水务建设目标、系统规划水务建设布局，提升水务建设和运营效益[2]。智慧水务是在工程数字化建设和智能化应用后的新型管理模式和组织形态，是先进信息、工业及管理技术的深度融合，能促进工程建设管理单位内部转型升级，完成与“互联网＋"社会生产力的和谐对接。智慧水务建设具有以下特点：①打造“新时代生态智慧水利工程"目标，从智慧设计、建造、运营、管理出发，建设贯穿工程全周期的水利信息化智慧管理系统；②通过“BIM+GIS”支撑平台对工程设施、设备状态及环境信息进行可视化展现；③建设水量调度管理系统，通过数据分析结果为工程供水调度提供科学数据支撑；④实现数字工程辅助建设单位开展日常运营、故障分析和维护，减少人工巡检，加强自动化运维，提升效率[3]。

2 智慧水务系统的实际应用

2.1工程建设管理系统

该系统主要用于工程前期报批管理，包括工程进度计划、总体投资控制、合同费用支付、质量控制、安全控制、工程沟通、资料审批等。项目端系统将建设、施工、监理、设计等单位集成到统一平台，作为实际日常业务系统实现标准化、统一化、集成化管理[4]。主要包括五个模块：①前期管理。可查询项目前期各项审批材料进度，查询各工作环节状态，及时掌握当前标段开展情况。通过获取工程数据对项目前期进展进行整体把握。②设计管理。涵盖工程各阶段的设计及设计变更管理，可控制进度、分配与下达任务、跟踪计划等。③招投标信息管理。记录项目招投标业务的跟踪管理情况，查找招标相关资料。④合同费用管理。提供项目中所有合同事项，如合同的基础信息、计量计价、变更、进度、结算、终止、履行统计查询等。⑤质量管理。是工程主体对参建单位在建设过程中涉及重要质量项的控制与管理，是以质量验收与评价为主线，按质量计划对质量控制点进行处理的过程。

2.2“BIM+GIS”支撑平台

　　珠三角水资源配置工程覆盖范围大、地域分布广、管理层级多、内容复杂，其运行包括输水管线、泵站、水库、调度管理等，是一项十分复杂的系统工程。因此，搭建“BIM+GIS”平台是工程规范化、协同化管理的需要，可消除信息孤岛，满足不同层级参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”技术. 搭建“地形地质＋建筑物”的工程整体数字化模型，构建三维可视化管理平台，实时展示施工进展、盾构机的位置和状态等，便于工程管理人员从宏观到微观把控施工进程和运行状态，追踪质量和安全隐患，以便做出科学决策。供水工程大都具有地域广、人员流动性强、作业环境复杂等特点，传统信息采集方式难以保障信息的真实性、完整性、时效性和可追溯性。通过信息系统建设，可实现信息实时采集、直观查询、快速发布和高度共享，能便捷掌握工程动态，处理业务，提高管理效率和精细化管理水平。

　　平台搭建需注意：①实现数据转换。数据的准备和转换包含两个层面，一是GIS数据需支持从GIS数据服务器下载，同时也包含对影像、地形数据的处理；二是BIM数据其转换需支持目前流行的主流BIM平台。②平台服务在考虑BIM数据的同时要兼顾GIS、文档、协同、数据分析等部分。为了数据安全及未来需要，要满足高可用的云架构系统设计。BIM数据管理平台不仅是BIM和GIS 数据的管理，更应是行业数据的服务平台和大数据的基础，因为平台在数据收集时已对BIM模型数据进行了结构化组织（见图1）。

2.3安全预警管理系统

　　该系统利用物联网、视频监控、移动互联、"BIM+GIS"等智慧工地技术，具有安全预警管理、感知信息接入、安全地图、安全事故管理、安全隐患排查、风险管理、应急救援等主要功能、可提高工作的信息化、标准化、专业化水平。一方面，工程安全生产始终处于受控状态并持续改良，从根本上降低了安全事故发生率；另一方面，水质自动检测系统保障了供水安全和供水质量。

2.4水量调度管理系统

该系统包括水量调度日常业务处理、供水计划编制、实时水量调度、应急水量调度、水量统计和水费计算、调度评价系统。其中，水量调度日常业务处理系统是核心部分，该系统按照同类功能合并，简化系统结构，易于工程管理人员操作。

2.5合同费用管理系统

　　其为项目建设单位项目投资管理的核心部分。重点包括设备物资采购合同、工程施工合同的执行管理和监控分析，实现合同的结算管理、执行进度跟踪、合同交付质量管理。要求可关联项目进度管理进行进度执行联查，关联供应商管理功能进行供应商合同履约质量记录与评估等。

2.6工程数字档案系统

　　该系统作为完整档案业务流程管理的信息化平台，涵盖档案业务管理的“收集、管理、保存、利用"需求。其功能主要包括档案的收集、保管、利用、统计及数据管理、辅助管理等。

2.7输水自动化监控系统

　　该系统按"统一调度、无人值班、智能巡查、智慧供水"的原则设计，在工程管理中心设立调度中心，设置常规的应用及数据库服务器、操作员工作站、通信工作站、常规监控系统设备等，负责整个工程的供水调度。在三个泵站设置泵站自动化监控系统，负责监控泵站内的设备及其管辖的供水管线上的监控对象，如盾构井渗漏排水泵等。在泵站副厂房设立监控调试室，放置站控层设备，设置操作员站、工程师工作站、1000 M/100 M网络交换机等设备，主要用于泵站投运初期及检修期的泵站监控。正常运行时泵站无人值班，主要运维人员可在泵站信息中心进行管理。

2.8应用系统集成

应用系统集成是本系统集成的核心内容，也是实现系统开发建设的目的，应用系统分布在运营公司各管理部门，用户包括公司员工、上级部门、相关单位、公众，是一个庞大复杂的调水业务应用系统。工程展现应用包括工程数字门户和移动应用门户。工程应用系统主要包括工程建设管理、安全预警管理、征地管理、水量调度管理、工程设施管理、工程安防与视频监控、工程运行检修培训系统、工程数字档案、办公自动化、水文监测、水质监测、输水自动化监控等系统。

3 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

3.1平台概述

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

3.2平台组成

AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

3.3平台拓扑图

3.4平台子系统

3.4.1变电站综合自动化系统及电力监控

对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

3.4.2电能质量监测与治理

水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

3.4.3电动机管理

马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

3.4.4能耗管理

为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/国际指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

3.4.5智能照明控制

系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能的目的。

3.4.6电气安全

①电气火灾监测：监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

②消防应急照明和疏散指示：根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

③消防设备电源监测：监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

④防火门监控系统：防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

3.4.7 环境监测

污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

3.4.8分布式光伏监测

实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

3.4.9工艺仿真监控

平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

4 相关平台部署硬件选型清单

5 结语

　　水是支撑城市经济社会发展的基础性资源，智慧水务正成为城市水务高质量发展的显著标志。目前，粤港澳大湾区建设如火如荼，对水安全保障也提出了更高要求，智慧水务建设是推进新阶段水利高质量发展的重要路径之一。对此，全国各流域管理局正积极开展先行先试任务，编制智慧水务专项规划。在智慧水利工程思潮下，从思想上打破传统水利“重建设、轻管理”的理念，逐步向"建管并重"的现代智慧水利方向发展。珠三角水资源配置工程是国家“大动脉”工程，是长距离有压管道调水工程，建成后将对粤港澳大湾区发展提供战略支撑。智慧水务应用于珠三角水资源配置工程，不仅能提高建管部门的供水效率，保证城市供水安全，还可为大湾区其他大型供水工程提供参考。

参考文献：

[1]朱振华.智慧水务系统在城市供水中的应用研究[J].河南科技，2018（28）：84-85.

[2]吴巍.智慧水务系统在城市供水中的应用[J].新技术应用与实践，2018（3）：150-151.

[3]林伟宏.智慧水务在城市发展中的重要性[J].数字化用户，2017（23）：244-247.

[4]茜扬，苏兆景，周昊，等.珠江三角洲水资源配置工程初步设计报告[R].广州：广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，2018.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版