1.行業背景

打好藍天、碧水、凈土保衛戰

2021年政府工作報告中提到，要繼續打好藍天、碧水、凈土保衛戰，完成污染防治攻堅戰階段性目標任務。繼續加大生態環境治理力度，整治入河入海排污口和城市黑臭水體，提高城鎮生活污水收集和園區工業廢水處置能力。

大力發展并加強監管水利工程

水利工程補短板、水利行業強監管是“十四五”時期水利改革發展的重點任務，水利部門將謀劃推進一批大江大河大湖治理的基礎性、戰略性重大水利工程。

政策鼓勵水利數字升級

隨著“新基建”政策不斷出臺，將加大對數字經濟和新一代信息化技術的投入，預計2021年智慧水務行業將加速發展，同時由于新冠疫情的爆發，智慧水務響應距離遠、調整速度快等優勢將得到更好的發揮。

助力碳達峰、碳中和

在水利行業，污水處理廠和抽水排灌站等都是用電大戶，對陳舊設施改造來提高效率，節約用電，挖掘節能減排潛力，助力完成雙碳目標。

2.用戶需求

對水務中配電系統進行實時監控，包括35kV10kV0.4KV進線、饋線、變壓器運行狀態、電氣參數等；

記錄日月年負荷和電能消耗報表，對用能進行同環比分析，挖掘潛在節能空間；

采用變頻器的設備，需要諧波2~21，分析諧波頻譜分布，要求配置濾波裝置對含量大的諧波次數進行有效抑制，改善電能質量以滿足國家標準要求；

監測中壓配電回路接點溫度，包括斷路器觸頭或觸臂、母排、線纜連接處等；

對低壓配電回路漏電電流、線纜溫度進行監測和異常報警；

監測用戶站、工藝車間內部溫濕度、浸水積水、煙霧、視頻、門禁狀態；

在消防疏散通道、安全出口有明顯的指示燈具，通過不同應急預案控制疏散方案；

對消防設備電源回路進行監測和異常報警；

對充電樁進行安全管理，保障員工的充電安全和正常出行；

監測工藝設備運行狀態，優化控制策略，保障穩定、高效、高質生產；

監控軟件采用B/S架構，全面接入以上監測數據，通過瀏覽器、手機APP或短信等方式提供數據監測和異常報警，并可通過系統發布維保、巡檢及搶修派工任務。

3.解決方案

水務配電結構

給水廠、污水廠等水務廠區的設備要求供電可靠性，一般不允許停電，中斷供電將造成重大的經濟損失，因此污水廠供電負荷等級為二級，應采用兩路電源供電，水廠中的生產設備對電能質量要求高，因此對中壓部分配置繼電保護、弧光保護裝置，對進線、饋線、變壓器、高壓電動機、高壓電容器等對象進行過負荷、低電壓、過電壓、熱過載、非電量等保護，安裝電能質量監測裝置，監測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波等電能質量。

水務工藝結構

典型的污水處理工藝流程主要包括機械處理、生物處理、污泥處理等工段。由機械處理和生物處理構成的系統屬于二級處理系統，處理效果介于一級和二級處理之間的一般稱為強化一級處理、一級半處理或不完全二級處理;具有生物除磷脫氮功能的二級處理系統通常稱為深度二級處理;為了去除特定的物質，在二級處理后設置的處理系統屬于三級處理。

一級處理常用的設備有格柵、篩網、破碎機、柵渣脫水機、柵渣打包機與各種刮吸泥設備。二級處理主要設備有各式鼓風機、表面機械曝氣設備、空氣擴散器、純氧曝氣裝置、生物濾塔、生物轉盤、生物接觸氧化塔、生物流化塔、填料等。三級處理主要處理設備有活性炭吸附設備、離子交換設備、膜分離設備、智凝設備、消毒設備、強氧化設備等。

與污水處理廠配套污泥處理和處置設備有污泥脫水設備、污泥厭氧與沼氣利用設備、污泥堆肥設備和污泥制肥設備、自控設備、計量與加藥設備、水工通用設備、各種污水處理藥劑等。因此水處理的過程中需要用到大量的電機，同時精準控制相關工藝保證安全、高質量生產，這就需要對電動機配置保護裝置，對工藝流程進行邏輯控制。

污水廠工藝結構

方案配置

為了水廠、污水廠、水泵站的供電可靠性，保障生產車間的安全運行，提高工藝設備的使用壽命，建設一套適合水務行業的專業水務綜合能效管理系統是非常必要的。

系統配置

針對水務系統供配電需求，配置一套35/10/0.4kV的配電系統方案,系統配置圖如下：

4.水務綜合能效管理系統

系統網絡結構

AcrelEMS水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

網絡通信層

網絡通訊層從能源中心到用戶變電所、水泵站、工藝車間敷設光纜，配置網絡交換機和光電轉換機，構建星型以太雙網，提高網絡傳輸的可靠性通信方式，實現能源管理的主干通信功能。在每個站配置數據采集箱和通訊管理機，采集能源中心，污水泵站、曝氣生物處理、污泥泵站的用電數據、開關狀態，采集各PLC控制盤監控的水泵、風機等設備運行參數和狀態，如風機水泵的啟停、運行時間以及水泵壓力、流量、風機氣壓以及曝氣系統的工作狀態以及水池水位等。

現場設備層

現場設備層，由分散安裝在用戶站、污水泵站、曝氣生物處理、污泥泵站內的繼電保護、多功能電表、電動機保護器、溫度傳感器、火災探測器、水池水位計、壓力表、流量計、以及各PLC控制柜等組成，完成配電回路的電參數監測、電機保護，水池水位、水泵流量、風機風量監測，實現水泵、風機的自動/手動運行控制。

供電可靠性

電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

電能質量監測和提升

污水廠諧波源負載比較多，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施進一步提高供電可靠性。

預警措施

平臺實現接點溫度異常、漏電電流超標、負荷越限等情況及時預警，并將報警信息進行推送，避免小異常釀成大事故。

節能降耗

計量體系搭建

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

能耗數據統計

采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

空調能效分析

系統采集水務中央空調系統耗電量和制冷/制熱量，計算中央空調能效指標并進行對標，展示中央空調運行工況，包括空調機組、冷凍泵、冷卻塔運行狀況，當能效指標明顯低于同等能效空調的情況下，提出控制改進措施。

用電安全

電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

環境監測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

工藝設備的保護和監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

5.典型案例

1) 萊陽市陶格莊攔河閘除險加固工程

2) 惠陽城區第二污水處理廠三期工程

3) 柳東新區雒容中溝泵站

4) 泰州港靖江港區八圩作業區博聯碼頭

5) 魚洞水廠

6) 晉江梅嶺自來水廠三期

7) 二橋污水處理廠

8) 安徽格義循環經濟產業園污水處理廠

9) 北橋污水處理廠

10) 吉林新陽紙業污水處理

11) 辛集市佳潔污水處理廠

12) 九江污水處理廠新建工程

13) 廈門民興工業污水處理工程

14) 吳江污水處理

15) 河北正定污水處理廠

16) 茅臺集團臺安污水處理廠

17) 廣州市西村水廠

18) 太倉沙溪污水廠

19) 大嶝污水處理廠

20) 膠東半島戰略水源地提質增容工程二期工程

21) 松江污水廠四期

22) 肇慶高新區第一污水處理廠

23) 成都東干渠取水泵房配套工程項目

24) 辛莊污水廠

25) 崇明區堡鎮水廠二期工程

26) 深圳龍崗污水處理廠