周颖
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：目前以新技术应用带动水务信息化技术水平的多方位提升，是水务发展的必然趋势，智慧水务正如火如荼建设中。智慧水务聚焦供水保障与水务精细化管理，本文通过各应用场景深入分析智慧水务建设价值，提出智慧水务建设效益指标，为正在建设或计划建设智慧水务的水务企业和管理单位提供应用效益的事实依据，稳定效率好获取数字化转型成效，实现可持续创新发展。
关键词：智慧水务；管理平台；建设思路；效益；可持续发展
1 前言
智慧水务是水务发展到数字化级别高形态，它充分利用物联网、大数据、云计算、工业互联网等新一代信息技术，深入挖掘和广泛运用水务信息资源，逐步构建水务企业生产管控能力、业务协同能力、经营管控能力、财务管控能力、用户服务能力等*能力，多方位提升水务管理的效率和效能，建成为城市级水务智慧化支撑体系，以辅水务企业实现全要素生产率和可持续竞争力的提升，并实现“省-市-县-村镇”四级精细化管理，提升水务从传统服务到数字化、智慧化转型升级。
图1 智慧水务*能力图谱与建设价值分析
1.1 生产精益化
（1） 提高供水水质综合达标率
（2） 提高能源利用率
1.2 决策科学化
1.2.1 提高供水保障率
1.2.2 提高运营效率
1.3 管理协同化
通过设备统一接入平台，实现稳定效率更高、可拓展的物联网接入，提供物联网设备基础信息管理和维护；通过设备管理平台，统一管理“水源-水厂”全流程设备，同时实现各设备的全生命周期管理，科学预测设备剩余寿命，提示更换，降低供水设备剩余寿命预测失效率，提高设备利用率；通过数据中台，进行统一的数据采集、数据传输、数据存储、数据处理与数据缓存，打通各系统间数据孤岛，提高信息资源利用率；通过公共服务基础支撑中台，实现多业务系统间的打通，提高各业务部门间信息同步，实现水务应用整体管理，提高了任务协同度。实现信息技术由被动支撑管理向融入水务管理模式的转变，推动了水务业务流程的再造，不仅可以更加合理地利用水资源，确保水量、水质、水压和供水，还可以提高水司运维水平，保持合理的运维成本，从而减缓供水成本升高对水价的压力。
图5 任务协同度提升分析
1.4 服务主动化
（1） 提高服务水平
（2） 提高用户满意度
（3） 提高初次来电解决率
2 智慧水务建设效益指标
智慧水务效益分析可以从基础设施、人员、资金、管理、服务五个方面展开。通过客户信息管理、抄表管理、服务热线、设备管理等系统，实现大数据时代下对数据的智能分析，以更加精细、动态的方式管理水资源生产、经营、服务的各个环节，充分采集、记录、展示客户信息，快速排查用户来电原因，提高用户初次来电解决率。
3 典型智慧水务建设项目效益分析
3.1 基于智能互联的城市智慧供水管理平台效益分析
3.1.1 项目实施概况
本项目为市级二次供水改造项目，其中二次加压Max日用水量104m3/d；二次加压Max时用水量为10.8m3/h, 系统流量为24m3/h；分区情况：加压楼宇共四栋，楼层15层，加压户数130户，均为一厨二卫；泵房尺寸：14000mm（L）×7500mm（W）；泵房拟从室外市政给水管上接出两根DN100的来水管进入泵房，市政供水水压为0.25MPa。原供水设备为变频供水。
图6 用户满意度及初次来电解决率提升分析
项目改造前存在以下问题：
（1）缺乏科学的用水规律分析，使设备持续运转，保持恒压供水满足不利点的用水需求；缺乏对设备重要零部件的全生命周期管理，无法预测更换零部件时间，导致零部件寿命较短；缺乏设备的实时监控与报警，当设备出现故障时，无法立马进行维修，导致缩短设备寿命。
（2）运维人员每个月进行一次设备检查，无法实时掌控设备状态，当设备发生故障时，只能通过自检、用户投诉两种方式得知设备故障状态，另外维修人员派单慢，无法立马赶赴现场维修。
（3）水箱清洗无规律，导致水质有二次污染的风险，无法预防水质污染事件；另外仅定期取样检测水质情况，无法掌控水质实时情况，当检测出水质有问题时水已经供给用户了，不能保障供水水质实时达标。
3.1.2 实施效果
（1）设备能耗降低
（2） 设备寿命延长
（3） 维保及时率提升
（4） 水质达标率提高
3.2 智慧水务大数据建设效益分析
3.2.1 项目实施概况
某自来水公司相继建设了营销系统、报装系统、呼叫等多个系统，但因为信息化建设周期长，没有统一的技术标准和数据标准，导致信息孤岛越来越严重，严重制约协同工作的能力，生产调度和运营分析缺乏数据撑和科学依据。通过搭建水务大数据平台打通数据孤岛，实现数据集成整体、数据开发便捷化、数据资产规范化、数据服务流程化，形成贯穿智慧水务各系统的无边信息流，很大提升信息化系统对需求变更的响应速度，实现更进一步的正确服务和主动服务，为市民提供更好的用水服务体验。大数据主要建设内容如下：
（1） 数据梳理。
（2） 数据清洗转换。
（3） 数据可视化应用。
（4） 数据综合业务查询。
3.2.2 实施效果
（1） 节约人力
（2） 改善工单处理状况
（3） 提高工作效率
（4） 强化保障
（5） 提升社会服务满意度
3.3 工业互联网智慧水务一体机项目效益分析
3.3.1 项目实施概况
某贫困县，长期经济欠发达，为响应*号召，打好脱贫攻坚站，采用“工业互联网智慧水务一体机”以解决农村饮水难问题，通过营业收费，客户服务，抄表系统的上线部署，使农村供水运营水平实现整体提高，完成了农村分水站信息化提升和饮用水保障任务。该县供水系统主要存在以下问题：（1）整个供水过程缺少水质检测设施和水质处理设备，存在二次污染问题，水质污染事件无预警机制。（2）县32个分水站的水池进水跟城区用水高峰期重合，造成高峰期抢水。由于数字化程度低，管网资料遗失问题严重，同时，无法及时发现管网的爆管、跑水事故，即使发现也很难正确定位，供水管道漏损严重，漏失率个别高达百分之65。（3）缺少必要的机制和人员考核机制，设备、管网、水表的维护无法满足规定要求，造成设备故障率很高，损坏严重。（4）供水系统自动化程度低，供水设备、水池液位无法远程监控，分水站运营成本过高。（5）未做到抄表到户，个别不交水费或量用水，影响其他村民正常用水，同时给分水站的经营造成很大压力。（6）水质事故、停水通知、用户意见建议等，缺少沟通渠道，严重影响用户的用水体验。
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。
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。
4.3平台拓扑图
4.4平台子系统
4.4.1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。
4.4.2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。
4.4.3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。效率更高、准确地反映出故障状态、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。
4.4.4能耗管理
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。
4.4.5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、节能的目的。
4.4.6电气
①电气火灾监测。
②消防应急照明和疏散指示。
③消防设备电源监测。
④防火门监控系统。
4.4.7 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、水泵站等运行。当可燃气体或有害气体浓度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。
4.4.8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、交流电流等进行监测，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。
4.4.9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、污泥浓缩压滤、生物除味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。
5 相关平台部署硬件选型清单
6 结语
智慧水务聚焦供水保障与水务精细化管理，以新技术应用带动水务信息化技术水平的多方位提升。正在建设或计划建设智慧水务的水务企业和管理单位可以从生产运营优化、产品/服务创新、业态转变等方面，明确数字化、智慧化转型过程中不断跃升的价值效益，在实现主营业务增长方面价值效益基础上，通过产品/服务创新开辟业务增量发展空间，获取新技术/新产品、服务延伸与增值、业态转变，依托产业合作伙伴共建的开放价值，在数字新业务和绿色可持续发展等方面实现更大的价值效益和社会效益。
参考文献
【1】李美玲.智慧水务建设效益浅析.城镇供水.2022.02版
【2】田雨，蒋云钟，杨明祥．智慧水务建设的基础及发展战略研究[J].水利，2014
【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版
作者介绍
周颖，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电。
