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浅谈基于大数据的智慧水务信息共享数据中心的研究与应用

更新时间:2023-10-07 浏览次数:308

在开展构建水务功能监测网的过程中,通过水务工作和水质监测相互结合,借助于人工监测和自动化监测相互结合方式,能满足具体实际需求。具体来说,结合自然水循环和社会水循环的情况,并从具体需求出发,发挥出水务感知网的优势来进行准确且的监测工作,能保障监测内容尽可能化覆盖,满足二十小时的不间断的监测目标。

2.2城镇水务基础信息

在构建智慧水务信息共享数据的过程中,为基础性内容则是城镇水务基础信息,这样涉及到相关的具体城镇水务工作的方方面的内容以及相关的内容以信息,将数据化技术优势融入其中,能有效落实相应的水务工作的高质量发展,能明确相关的建供水项目信息、水源信息、监测信息、水源地地理环境以及供水量远程监测与调控等方面的内容,能有助于开展后续的相关的水务工作,结合城镇水务二次供水信息、二次供水水厂与所属企业、二次供水量、二次供水用水情况,能有效开展水质跟踪以及做好突发水质事件等方面的工作。

2.3水旱灾害防御应用场景

结合具体的水旱灾害防御工作开展的情况,能进行洪水监测系统的,进一步保障系统中存在着雨水径流模型、洪水预报分析模型和健康城市流域水样模型等进一步丰富,并能满足有效实时化预测洪水、灾害风险、水优化的要求,进而能结合需求来满足动态管理的要求。并能结合实际的水的开发及操作的要求,能实现相应的预警、干旱预警的要求。结合实际需求,以保障满足城市水基础设施完善,并能有效开展一系列的洪水、洪水预警系统、规范洪水管理以及北部河流预警系统,能保障预警能力提升,并能开展相应的地图升级、整个品牌,升级应用程序等活动,满足系统平台效能的提升,以保障视频会议系统更好地应对水旱灾害防御应用场景,实现总体灾害应对能力和效率的提升。

2.4维保及时率提升

结合系统的强大功能,能满足日常化运维泵房及相关设备的要求,涉及到相应的水箱清洗、设备日常现场巡检,并能结合工单来实现日常运维任务的周期性的派发工单,并能满足结合信息技术优势来优化配置运维人员,便于开展全流程的跟踪及监管工作。具体的管理环节,能针对存在的设备事故隐患问题,进行设备性能改变的提前预知,合理化控制设备故障率。另外,结合平台秒级数据采集的情况,能进行异常性问题的自动诊断,便于明确供水异常问题,能实现供水事故发现及时率大大提升,有效缩短事故解除时间,实现用户满意度的提升。在实践中,针对故障设备的问题,能立马发出报警,结合工单系统自动派发带着解决方案的自动工单落实到具体的运维人员,控制故障发生到开展维修仅需要两小时。

2.5三个中心

在体系中,具体涉及到基础能力、数据能力以及模型能力等三部分。充分利用信息技术优势,能实现全域数据的共享要求,加强数据智能化水平,更好地推动智慧水务业务的发展。同时,能构建通用化的基础能力,进一步保障覆盖智慧水务的相关业务,并能体现在出可集成、通用化等特点,满足微服务化的部署要求,更好地从实际业务出发来实现相关各个层级、部门以及应用的快速搭建,能进一步控制应用构建成本,能实现应用建设质量的提升。同时,发挥出模型能力的作用,选择合理化的模型计算,以保障通过数据分析、可视化技术等,进而保障水务管理工作在规划、设计、建设和运行管理中能实现一定的智慧化辅助决策工作,实现水务智慧能力提升。

2.6智慧化

水务智能化发展则是必然趋势,这就要求应结合信息技术优势,并能将其融入到水管理服务的实践中,能满足“智能供水设施"配套要求。在进行智能构建的过程中,能有效构建智能化平台,并能进一步保障落实顶层业务应用程度的算法、接口等要求,保障智能化功能的实现。结合具体的本区域中存在的洪涝的情况来看,能充分发挥出物理网络、互联网、云计算环境、大数据分析技术等优势,进一步保障开展高水平的水生态管理、排污管理、供水管理等智能化决策要求,进而构建相关的专家数据库、模型库、案例库,能更好地推动水务管理的智能化发展。

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,保护污水厂运行安全可靠,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

4.平台子系统

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。

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。

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。

综合管廊智能马达控制系统

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。

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。

4.6电气安全

4.6.1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。

4.6.2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。

4.6.3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。

4.6.4 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。

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。

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。

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。

相关平台部署硬件选型清单

4.9.1.1.电力监控、电能质量、电动机管理及配电室环境监控系统

应用场合(10KV)

产品

型号

功能

中压柜

10KV进/馈线

AM5SE

AM6-L

相间电流速断保护,相间电流速断保护(可带低压闭锁),相间过电流保护(可带低压闭锁),两段式零序过流保护,反时限相间过流保护(可带低压闭锁),零序反时限过流保护,过负荷保护,控制回路异常告警。

10/0.4KV变压器

AM6-S

分合闸位置、手车工作/试验位置、接地刀闸位置、硬接 点信号(保护跳闸、装置告警、控制回路断线、 装置异常、未储能、事故总等)、报文(过流、过负荷、超温报警、过温报警、装置告警、PT 断线、CT 断线、对时异常等) 、遥控 开关、故障波形分析(故障录波、故障波形、故障记录、 跳闸、故障电流电压)等。

智能操控装置

ASD320

ASD500

一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度控制及显示(标配一路强制加热)、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、柜内照明控制、RS485接口、高压柜内电气接点无线测温。

10KV计量

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APM520

该仪表采用交流采样技术,能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数,可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口,采用Modbus协议;也可将电量信号转换成标准的直流模拟信号输出;或带开关量输入/输出,继电器报警输出等功能。


弧光保护

ARB5-M

主控单元,可接20路弧光信号或4个扩展单元,配置弧光保护(8组)、失灵保护(4组)、TA断线监测(4组)、11个跳闸出口;


ARB5-E

扩展单元,多可以插接6块扩展插件,每个扩展插件可以采集5路弧光信号:

ARB5-S

弧光探头,可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室,也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°,半径0.5m的扇形区域;

应用场合(0.4KV)

产品

型号

功能


0.4KV进/出线

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APView500

相电压电流+零序电压零序电流,电压电流不平衡度,有功无功功率及电能、事件告警及故障录波,谐波(电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子)、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波,波形实时显示及故障波形查看,PQDIF格式文件存储,内存32G,16D0+22D1,通讯2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口(+1维护网口)+1USB接口支持U盘读取数据,支持61850协议

低压柜

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APM520

该仪表采用交流采样技术,能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数,可通过面板薄膜开关设置倍率。带RS-485通讯接口,采用Modbus协议;也可将电量信号转换成标准的直流模拟信号输出;或带开关量输入/输出,继电器报警输出等功能。

电能质量

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ARC

测量I、U、Hz、cosΦ,具备过电压保护、欠流锁定、电网谐波过大保护功能,可控制电容器的投切,RS485/Modbus协议

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ANSVC

ANSVC低压无功功率补偿装置并联在整个供电系统中,能根据电网中负载功率因数的变化通过控制器控制电力电容器投切进行补偿,无功功率补偿装置采用散件组成方案,主要以电容电抗、投切开关、控制器等组成。

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ANAPF

ANAPF系列有源电力滤波器通过电流互感器采集系统谐波电流,经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量,产生谐波电流指令,通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流,并注入电力系统中,从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

电动机保护器

电机回路

ARD2F

ARD3M

智能电动机保护器(以下简称保护器)适用于额定电压至 660V 的低压电动机回路,集保护、测量、控制、通讯、运维于一体。其完善的保护功能确保电动机安全运行,带有逻辑可编程功能,可以满足多种控制方式。可选配不同通讯模块适应现场通讯需求。该产品采用分体式结构,由主体、显示单元、互感器组成,可适应各种柜体的安装。具有许昌开普研究院有限公司、国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心检测合格的型式检验报告证书和电磁兼容检验证书,

配套附件

0.4kV电流互感器

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AKH-0.66

测量型互感器,采集交流电流信号

智能网关

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Anet系列

8个RS485串口 2kV隔离, 2个以太网接口,支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通讯协议设备的接入,支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上传协议、支持多中心不同数据服务要求,支持断点续传,装置电源:220V AC/DC。

应用场合(配电室)

产品

型号

功能

环境监测

温湿度

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/

用于配电房温度和湿度。工作电源:AC/DC 85~265V 工作温度:-40.0℃~99.9℃ 工作湿度:0%RH~99%RH

烟雾

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/

光电式烟雾传感; 电源正极(DC 12V):+12V,继电器输出:常开触点

水侵

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/

接触式水浸传感器,监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况,工作电源:DC 10-30V 工作温度:-20℃~+60℃ 工作湿度:0%RH~80%RH 响应时间:1s 继电器输出:常开触点

局方检测

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/

监测变压器、开关、开关柜的局部放电

门禁

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/

常开型;感应距离:30-50mm 材质:锌合金,银灰色电度 干接点输出

摄像机

QQ截图20180403144531

/

视频监控

开关量模块

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ARTU-KJ8

8路开关量输入,8路继电器输出

智能网关

ANet

ANet-2E4SM

4路RS485 串口,光耦隔离,2路以太网接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP(主、从)、104(主、从)、建筑能耗、SNMP、MQTT;(主模块)输入电源:DC 12 V ~36 V 。支持4G扩展模块,485扩展模块,最多可扩展16路。




















































































2.电气火灾监控系统

应用场合(0.4KV出线、工艺动力箱)

产品

型号

功能

各变电所、各动力箱

0.4KV出线

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ARCM200系列

用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等电气参数,从而预防电气火灾的发生。

区域

变电所

区域分机

Acrel-6000/B3

接收电气火灾监控探测器信号,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,采用485通讯

主变点所

监控中心

控制主机

Acrel-6000B(XP版)正面左视

Acrel-6000/B

接收电气火灾监控探测器信号和各区域分机数据,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,可采用485通讯。

配套附件

0.4kV电流

互感器

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AKH-0.66

测量型互感器,采集交流电流信号。
























5.结束语

综上所述,在信息化时代背景下,大数据、云计算以及物联网技术正在越来越多地应用在诸多领域中,在未来推动高质量的智慧水务信息平台的建设过程中,应发挥出共享数据的优势,能保障更好地通过精细化、动态化的方式来实现供水的全流程管理的要求,进而能发挥出数据系统中数据挖掘的优势,进而能突显出水务系统中的潜在价值,更好地推动相关水务业务发展的数字化、协同化和智慧化发展。

参考文献:

[1]万笑云.论基于大数据的智慧水务信息共享数据中心的构建[J].中国科技期刊数据库,2023(6):25-28

[2]李吉壮.一种新的智慧水务系统架构设计与探讨[J].信息记录材料,2022,23(1):122-124.

[3]徐俊,童河华.一种融合“数据+水务"的智慧水务解决方案[J].江西通信科技,2021(4):17-19.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版


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