浅谈广州市番禺区智慧水务配电能效平台远程监控系统与产品选型

时间：2023-11-21

摘要：依据广州市番禺区排水工程现状，探讨了区内远程监控系统与智慧管控系统的建设。通过设置管网监控报警模块、调度策略模块、应急预案管理模块，建成厂网河一体化的智慧管控系统,可实现番禺区内闸站、泵站、净水厂和管网运行状况的远程动态实时监控与智慧管理。经科学合理的调度分配，充分发挥现有排水设施体系作用，实现大限度地减少污水溢流量和污染物排放量,提高泵站,净水厂等设施的运行效率。

关键词：智慧水务;远程监控;动态实时监控;智慧管理

番禺区位于广州市中南部,地处粤港澳大湾区地理位置，东临狮子洋与东莞市相望,南滨南沙珠江出海口，西邻佛山市顺德区和中山市，北接海珠区。2000年以来番禺区的快速发展逐步融入广州主城区；同时，轨道交通、高快速路等重要通道的建设,促使番禺区城镇之间的功能联系不断增强，联系的模式由“城区一边缘”模式向内部城镇之间通过功能和空间联系转变，城市联系呈现日益网络化。番禺区的排水系统经过多年的建设与发展，截止到2019年底,番禺区（不包括小谷围）累计建成污水管网长度1496.1km,其中：污水管网长度749.7km,农村生活污水治理工程管网（含分散式）746.1km。全区合流管长度715.80km。全区污水管网（含合流）总里程为2211.90km,现状雨水管道总长约为915.5km,其中分流制管道长度为199.7km。

番禺区现状共有9个污水系统，分别为污水系统、钟村污水系统、中部污水系统、大石污水系统、洛溪污水系统、南村污水系统、化龙污水系统、海鸥岛污水系统、小谷围污水系统。目前番禺区现状主要有9座净水厂，结合在建大石净水厂三期（5万m³/d）、南村净水厂三期（5万m³/d）、洛溪岛净水厂二期（2.5万m³/d），污水处理规模达3.7万m3/d。

1 建设目标

番禺区“智慧水务”建设项目的数据资源建设任务一方面是在番禺区水务一体化平台的数据资源基础上继续进行排水数据资源扩充,实现对各排水领域、各类型对象的业务采集、整理、存储和管理，包括感知数据、业务数据等，为排水工作开展奠定数据基础;另一方面,为了进一步融合到番禺区电子政务总框架,实现政务信息共享和排水业务协同，在数据资源层上引入番禺区相关政务部门信息资源和共享资源,包括、国规委等信息资源、地理信息图层、“四标四实”数据等共享资源。同时，在“智慧水务”建设项目中产生的数据也会通过共享平台向其他部门进行输出。

2 远程监控系统建设

远程监控子系统实现流域内闸站、泵站、净水厂和管网运行状况的远程动态实时监控，为联合调度提供在线数据支持。

2.1泵站远程监控

泵站远程监控模块实现对泵站现场运行信息的远程统一采集、传输、显示与统计，为排水泵站运行管理提供基础平台。通过在线监控界面实时展现泵站运行状态；通过报警信息及时反映设备运行异常；通过运行曲线及汇计运行数据,为泵站运行调度提供数据支持。系统具有过程监视、远程控制、状态预警、曲线查询、运行统计等功能。

2.2净水厂远程监控

净水厂远程监控系统（如图2）实现对流域内各净水厂工艺运行过程的实时监视,对各净水厂运行数据的实时展示。将现场的信息无缝集成到监控系统动态模拟画面中,通过监控画面实时显示净水厂生产运行过程重要工艺参数与大型设备的运行状态信号。监控画面模拟净水厂工艺设计布局，形象而直观地体现污水处理构筑物、管道的布置情况、设备仪表安装位置等。

当净水厂生产运行过程中发生异常（如仪表设备故障、工艺参数异常等情况）时,系统通过检测各类在线仪表监测数据与历史变化趋势，对比预设标限值及报警条件，及时发布预警。系统通过调用存储于数据库内的生产运行数据,生成实时曲线与历史曲线系列画面。用户可根据需要动态选择参数曲线,查看运行参数变化趋势图。并可以选择显示报警限曲线与参数标准值曲线，以作对比参考。

统计分析模块实现对水质、水量等工艺生产信息,以及关键设备的运行时间、启停次数等设备运行信息的统计，并通过曲线图、柱状图、饼图、数据表等多种方式进行展示。

2.3管网远程监控

管网在线监控模块实现对于分散在管网系统的干管、溢流点、易涝点等关键节点监测设备采集的管网运行数据的显示、查询、分析和可视化信息管理,并可对管网运行故障进行报警。主要包括监测信息查询、监测报警和运行统计3个功能。

1）监测信息查询。监测信息查询提供对分散在管网系统主干管、溢流点、易涝点等关键节点的在线液位计、流量计、水质等监测设备采集的数据的显示、查询、储存和管理功能。系统提供地图、曲线、表格等方式直观显示液位、流量等在线监测数据,支持历史监测数据查看,以便了解整个排水管网的运行状况。

2）监测报警。监测报警实现管网设施运行状态异常或监测指标出警戒值，将异常所在的位置进行显示,并以地图闪烁等方式向用户发出警报信息，确保异常的快速处理;此外,支持对历史警情信息的查询和管理。

3）行统计。运行统计支持对监测数据生成各类运行专题图（如曲线图、柱状图等）,实现对于排水管网运行信息的汇计，辅助管理人员掌握管网总体运行状况。决策支持子系统通过对流域调度运行监测数据进行汇计,分析流域排水系统运行状况,评估排水系统设施设备调度能力，为管理决策提供统计数据支持。

1）管网负荷分析。管网负荷分析模块实现对排水管网运行负荷监测数据的汇计（如图3）。通过绘制管道充满度、流速、节点水深专题图,分析不同降雨情景、不同调度策略支持下,管网水力负荷变化情况,统计管网负荷运行区间分布，统计满负荷运行管线,评估管网运行效率和性,为提高管网的运行效率,均衡管网的排水负荷,发挥排水管网排水能力提供统计数据支持。

2）管网溢流分析。管网溢流分析模块实现对排水管网溢流监测数据的汇计。通过绘制检查井溢流专题图，分析不同降雨强度情景、不同排水调度模式下，总入流量和道路积水情况，统计区域溢流次数、溢流时长，分析排水负荷空间分布和时间变化规律,分析管网内部水流特征，锁定溢流风险区域，溢流点位置、溢流量和溢流时间,以便能够根据溢流量大小合理的排涝预案，为防汛抢险提供依据,实现管网溢流管理的定量化、信息化和网络化。

3）调度能力分析。调度能力分析模块实现对排水系统运行调度数据的汇计，结合管网运行状态和蓄水空间计算,分析排水设施的调蓄、输送、处理能力，评估排水设施设备运行效率,对排水系统的排水性能进行总体分析和瓶颈识别，掌握系统可承受、可调节的排水能力和潜力，为调度策略和排水系统评价提供依据。

3 厂网河一体化智慧管控系统

通过科学合理的调度分配,充分发挥现有排水设施体系作用，实现大限度地减少污水溢流量和污染物排放量，提高泵站、净水厂等设施的运行效率。

1)调度策略。调度策略模块实现对排水系统联合调度方案的定制化管理。通过系统可以进行排水系统设施与设备调度规则的输入、编辑、保存、查询、浏览等操作，并可对调度策略的实施结果进行分析和预测,并能基于运行调度事件经验实现调度策略优化。同时，系统能够结合排水系统数据,进行调度条件检测和调度参数的设置校验，系统调度策略实施的性。通过编制科学合理的调度策略，为排水系统优化运行提供决策支持。

2)管网监控报警。管网监控报警模块实现对管网运行状态的分析判断,对运行过程中可能出现或已经出现的各类异常情况进行报警和预警的功能。系统根据预先定义的筛选条件对采集到的数据进行识别分析，当发现管网运行状态异常或监测指标出警戒值,将以图标闪烁、报警列表等方式向用户发出警报信息。除了根据流量和液位等在线监测数据进行自动报警外,还可以综合排水管网中关键位置的在线监测数据和排水设施的运行信息,结合历史积累的运行数据,根据研究区内一定时间内的雨强、历时和防范标准等实际情况，对检查井溢流、地面积水等事故可能出现的时间、范围和等级等信息进行显示并提前进行预报。

3）应急预案管理。应急预案管理模块实现对区域内联合调度突发事件应急处理处置方案的管理和维护。建立应急预案库、库、案例库,通过系统进行应预案报告的上传、浏览、下载、导出、新等功能操作。并对应急事件处理处置程序响应情况进行跟踪备案记录。针对不同情景环境和运行条件相应具体的预防措施和应急程序,为应急指挥调度提供分析、决策依据。

4 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

4.1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，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。

4.2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、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。

参考文献：

[1] 邱昕宇.广州市番禺区智慧水务远程监控系统初探[J].水电与新能源,2023(2):38-41.

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[3] 刘观生，徐文，吴响容.智慧水务管理系统的研究与实现[J].数字技术与应用,2020, 38(10)：131-133

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

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