浅谈智慧水务配电能效平台下数字化转型的挑战与实践

安科瑞 陈聪

摘要：当前，我国在水务数字化转型方面取得了一定的成效，但也面临一定的挑战，各个地区的水务数字化转型，都应该立足自身的实际情况和总体的工作目标，积极走出一条适合自己的数字化转型路径。基于此，文章从智慧水务视角出发，分析了水务数字化转型所面临的挑战，研究了水务数字化的相应实践，对加快水务数字化转型具有一定的指导价值。

关键词：智慧水务；数字化转型；水务企业

水务行业在当下已经迈入了新的发展阶段，行业内增大了信息化、数字化的探索，尤其是智能化技术出现以后，智能水务概念的提出使得水务数字化转型成为可能。但我国水务行业经历了漫长的发展时期，在很长一段时间内因为存在发展思路、技术条件、资源配置等限制，水务行业的很多工作都是由人工来完成的，效率偏低且不同流程之间的衔接性不够，给整个行业的发展带来了巨大的困境。信息技术的日渐发展，使得各个地区的水务工作都突破了原先的限制，在水务数字化、智慧化方面的大量研究和投入，使得我国在水务数字化转型方面取得了一定的成效，但同时也面临着一定的挑战，未来为推进智慧水务目标的实现还有很长的一段路要走。

1智慧水务的概念

智慧水务是在原有的水务系统中融合了智能化技术而出现的新型管理模式，所形成的水智能系统可在水务运营的全过程中实现一体化、标准化管控。信息技术支持下，不同子系统之间可高度衔接起来，系统的融合使得水智能系统能够对自来水、污水、中水等的处理都开展智能化管控，与常规的管理系统相比，智慧水务下的水循环效率显著提高，也可创造更大的社会和经济效益。

智慧水务作为水务行业的一个新概念，要求每个水务企业都需要立足自身的发展，实现运营管理模式的调整，经由数据采集、传输等各种智能化技术和设备，对水务系统的运行状态、参数等开展实时监测，最终的结果能够以可视化的方式呈现出来，打造水务物联网体系。水务企业经由数字化管理平台的建设，可将全部的水务信息都加以收集、存储、分析和利用起来，将得到的数据信息作为后续决策和工作的参考。为利用数字化平台采集相应的数据，需在各个污水处理厂、泵站都进行数据采集前置机的安装，或者进行DSP模块的设计。在这种关联关系下，在各污水厂、泵站运行的过程中，这些数据采集模块可自动进行数据的采集，最终经由4G或5G网络，将数据进行上传并在数据库中存储起来[1]。智能化模块通过对各个关键数据的实时监控与智能分析，可在发现异常状态的情况下及时预警，通知有关人员及时进行异常问题的处理，实现水务运营的精细化、智能化管控。

2 新形势下水务行业所面临的问题

从2019年底以来，各行各业就面临着巨大的发展危机，新形势下也使得传统水务行业暴露了越来越多的问题，难以适应现代化的发展步伐。为实现智慧水务的目标，必须在解决了这些问题以后，针对当下行业所面临的挑战，进行相应的数字化转型探索。

2.1部分水务企业缺乏顶层规划

传统水务行业的管理模式下，将工作的重点集中在价值链的延长和效益的创造上，并未从根本上以客户的实际需求出发来进行相应的管理模式创新、技术更新。就传统水务行业的发展现状来看，市场上的水务企业数量众多，部分水务企业在顶层规划方面存在问题，并未根据行业总体的发展来制定可行的发展方向和路径，导致在自身的各项工作开展时，缺乏明确的指向，整体工作混乱，数字化转型困难。

2.2运营环节和操作流程管理仍显粗放

对传统的水务行业而言，因为深受观念、技术等的局限，也没有对水务工作有正确的认知，不论是企业内部的领导层还是基层员工，在实际的工作过程中，往往都未形成精细化的思维，在运营环节和操作流程方面多为粗放型理念，使得水务工作常常存在很多不足，如运营成本偏高、能耗过大、资源配置不合理。

2.3大部分水务企业仍处于信息化初级阶段

水务行业在我国发展历史悠久，在传统的行业发展过程中，一些前瞻性的水务企业虽然有数字化的意识，但是因为技术条件的限制，在一些环节虽然采用了信息技术，但信息化水平偏低，并未在企业内部或者行业范围内实现信息化的覆盖[2]。

2.4产业链和新消费链尚未打通

在当前的发展条件下，因为时代在变化，为使水务行业的工作能够与总体的经济形势保持一致，就需要打通产业链和新消费链，给各个水务企业的业务开展提供切实的指导。但显然，市场上的部分水务企业，其发展思路尚未转变过来，数字化进程缓慢，未形成崭新的产业链条和消费链条。

3 智慧水务视角下水务数字化转型面临的挑战

3.1水务行业创新发展的挑战

智慧水务对行业改革的影响巨大，虽然在驱动行业变革方面有着重要的作用，但是在运营模式创新、认知创新和技术创新方面，却带来了一定的挑战。实际上，如果要在智慧水务条件下实现供排水运营模式的重构，将需要投入大量的资源，再加上业务与数字化尚未形成合力，数字化转型倒逼业务架构的重构，给运行模式的创新带来了很大的难题。如果能够实现数字化转型，就可以有效打破原先的业务、机构等壁垒。但显然，当下的水务工作中，对先进管理理念和模式的掌握不够，业务流程与信息技术之间的融合不佳，都导致水务行业的创新发展面临着巨大的压力。

3.2水务数字化转型方向的挑战

智慧水务视角下的水务数字化转型应该向全面感知、智能控制、数据驱动、智能决策等方面迈进，但不论涉及的是哪一个方面，都需要进行相应的技术革新、资源配置。比如，要实现全面感知的目标，在全行业范围内要扩大厂站规模，并在原有基础上扩大管网的动态感知范围，开展全域的智能感知；智能控制条件下，需在原先的基础上引入自动化技术并配置相应的智能化设备；数据驱动下，要对数据进行全面的采集、管理和分析，形成良好的数据生态。不论要实现哪一方面，所涉及的工作难度都是非常大的，水务企业在数字化转型的过程中，要立足自身的资源、技术和设备不足，突破这些不利因素的限制。

3.3水务业务与信息技术融合的挑战

在水务数字化转型的过程中，保持业务与信息技术的高度融合至关重要。虽然越来越多的水务企业加入了数字化转型的探索队伍，但因为深受传统发展思路的影响，信息技术的应用还停留在初期阶段，未进入信息技术的深入应用环节，企业内部也未形成完善的业务与信息管理模式，业务与信息技术的融合效果不理想。

4 水务数字化转型的意义

4.1能够实现日常办公管理

当水务行业进行了数字化转型以后，经由数字化平台的构建，可使每个水务企业的各项业务和服务工作在数字化平台的基础上开展，使日常的办公呈现出数字化的特征。比如，以云计算为基础的数字化平台使企业中的公文处理流程大大简化，相应的审批手续更简单，对提高企业内部的工作效率十分有效。数字化平台形成后，不同部门、岗位人员之间可实现高效沟通，平台可满足视频会议、文件收发与即时通信的需求。

4.2能够实现水务全过程管理

智慧水务视角下所构建的数字化平台，还可以使水务企业在开展各项业务活动的过程中，能够由其中的智能化、数字化模块实现全过程的监管，因为在平台内可自动对相应的数据信息加以收集，再加上自动的数据分析、图表生成功能，也就可实现全过程监管，及时发现工作漏洞并进行相应的工作改进。

4.3能够实现用户的故障报修

智慧水务视角下，水务数字化转型各项工作开展过程中，往往是以用户需求作为出发点的，力求为用户提供优质服务。由于数字化系统和平台的使用可快速接收到用户的使用反馈，水务企业的相关人员在接收到了这些反馈信息以后，也就可在原有的工作模式下进行相应的服务调整、业务更新。

5 智慧水务视角下水务企业数字化转型的实践

北京生态环保集团股份有限公司结合行业发展趋势及自身实际，提出按照"系统规划，控节奏；标准先行，统流程；业务驱动，强根基；管理为辅，提效率；资源共享，生态加"的方针，采取先行先试、小步快跑、迭代升级的路径，力争实现以安全为保障，覆盖全业务价值链，提升水务运营安全、效率与效能，并可灵活应对可持续运营、可持续响应业务需求变化、可持续赋能的目标，实现业务+数字化的高质量融合发展；推进水厂由粗放型管理到精细化管理转变，由经验指令型调度转化为量化分析型调度，利用数字化工具提高安全保障系数，提高水厂运营效率和专业人员素质，优化生产组织结构。

5.1供水厂数字化转型实践

以马鞍山与徐州项目为试点的远传抄表平台，采用其自定义自有通信协议，统一平台，实现公司管理三百多万只水表，每年超过20亿元的水费收入在同一个平台中管理。试点以来效果，以马鞍山为例，实现了运行成本的降低，运行人员管理的平台从之前的4个变为1个，可提高近40%的调试工作效率，在档案资料管理工作方面可降低30%的人日工作量，为每月历次开账管理工作提高50%的效率，同时公司不再受制于水表供应厂家的硬件或软件产品。此外，通过规范抄表协议，并将制定的流程制度植入，通过软件驱动管理制度和运营模式应用实施方式，促进管理标准的落地，提高企业韧性。

5.2污水厂数字化转型实践

环保以太原项目为试点，采取由上而下统筹规划、以点带面辐射推广的方式，探索污水厂数字化系统应用系统。该系统充分利用物联网、大数据等技术. 实现了集控层、边缘层、企业层和应用层的融合统一依靠线上工单流转解决污水厂规范化运行、过程管理量化问题，包括生产监控、运行巡视、设备维修、报警平台、库房管理等模块。系统的业务场景涵盖水厂工艺、设备、化验3个管理维度，满足水厂自动化提升和工具类、管理类、辅助业务类数字化需求，实现生产过程显化管理。

5.3管网GIS双平台建设

数字化的前提是首先建立数据标准，统一管理流程与业务。环保立足自身，进行管网GIS平台建设，该平台是对水务运营薄弱环节管网资产管理的开始，也将是管网业务的进一步升级基础。该平台使管网管理业务走向移动端与数据化，创造了业务运营的新模式，实现了总部与项目之间业务的穿透式管理，同时专家资源的价值得到一定程度上的发挥。

6 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

6.1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。

6.2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。

6.3平台拓扑图

6.4平台子系统

6.4.1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。

6.4.2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。

6.4.3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。

6.4.4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/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。

6.4.5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。

6.4.6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。

6.4.7 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。

6.4.8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。

6.4.9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。

7 相关平台部署硬件选型清单

8 结束语

数字化转型是大势所趋，是未来环保企业核心竞争力所在。但也应充分认识到数字化转型是一个过程，绝非一朝一夕可完成的，也不应停滞在某个阶段，而是一项长期工作，应该巩固转型成果，持续创新，不断提升企业的核心竞争力。具体实施过程中也需要综合应用面向稳态需求的经典实施模式和面向创新需求的敏捷模式，并按照顶层设计进行统筹管理。同时，随着时代的变化，水务行业面临着新的发展机会，信息技术的发展刺激了智慧水务建设步伐，各个水务企业都要根据自身的工作特点，积极开展数字化转型，以通过数字化实现业务、服务的变革。

参考文献

[1]马莹.专家谈智慧城市：用物联技术推动水务与供热行业数字化转型[J].计算机与网络，2017，43（18）：76-77.

[2]刘江丽.深圳水务集团：NB-loT加速智慧水务变革[J].中国建设信息化，2018（3）：46-49.

[3]张金松，戴雄奇，林峰，等.粤港澳大湾区数字水务的实践与展望[J]给水排水，2020，56（5）：1-7.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版