1.行业背景

打好蓝天、碧水、净土保卫战

2021年政府工作报告中提到，要继续打好蓝天、碧水、净土保卫战，完成污染防治攻坚战阶段性目标任务。继续加大生态环境治理力度，整治入河入海排污口和城市黑臭水体，提高城镇生活污水收集和园区工业废水处置能力。

大力发展并加强监管水利工程

水利工程补短板、水利行业强监管是“十四五”时期水利改革发展的重点任务，水利部门将谋划推进一批大江大河大湖治理的基础性、战略性重大水利工程。

政策鼓励水利数字升级

随着“新基建”政策不断出台，将加大对数字经济和新一代信息化技术的投入，预计2021年智慧水务行业将加速发展，同时由于新冠疫情的爆发，智慧水务响应距离远、调整速度快等优势将得到更好的发挥。

助力碳达峰、碳中和

在水利行业，污水处理厂和抽水排灌站等都是用电大户，对陈旧设施改造来提高效率，节约用电，挖掘节能减排潜力，助力完成双碳目标。

2.用户需求

对水务中配电系统进行实时监控，包括35kV10kV0.4KV进线、馈线、变压器运行状态、电气参数等；

记录日月年负荷和电能消耗报表，对用能进行同环比分析，挖掘潜在节能空间；

采用变频器的设备，需要谐波2~21，分析谐波频谱分布，要求配置滤波装置对含量大的谐波次数进行有效抑制，改善电能质量以满足国家标准要求；

监测中压配电回路接点温度，包括断路器触头或触臂、母排、线缆连接处等；

对低压配电回路漏电电流、线缆温度进行监测和异常报警；

监测用户站、工艺车间内部温湿度、浸水积水、烟雾、视频、门禁状态；

在消防疏散通道、安全出口有明显的指示灯具，通过不同应急预案控制疏散方案；

对消防设备电源回路进行监测和异常报警；

对充电桩进行安全管理，保障员工的充电安全和正常出行；

监测工艺设备运行状态，优化控制策略，保障稳定、高效、高质生产；

监控软件采用B/S架构，全面接入以上监测数据，通过浏览器、手机APP或短信等方式提供数据监测和异常报警，并可通过系统发布维保、巡检及抢修派工任务。

3.解决方案

水务配电结构

给水厂、污水厂等水务厂区的设备要求供电可靠性，一般不允许停电，中断供电将造成重大的经济损失，因此污水厂供电负荷等级为二级，应采用两路电源供电，水厂中的生产设备对电能质量要求高，因此对中压部分配置继电保护、弧光保护装置，对进线、馈线、变压器、高压电动机、高压电容器等对象进行过负荷、低电压、过电压、热过载、非电量等保护，安装电能质量监测装置，监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量。

水务工艺结构

典型的污水处理工艺流程主要包括机械处理、生物处理、污泥处理等工段。由机械处理和生物处理构成的系统属于二级处理系统，处理效果介于一级和二级处理之间的一般称为强化一级处理、一级半处理或不完全二级处理;具有生物除磷脱氮功能的二级处理系统通常称为深度二级处理;为了去除特定的物质，在二级处理后设置的处理系统属于三级处理。

一级处理常用的设备有格栅、筛网、破碎机、栅渣脱水机、栅渣打包机与各种刮吸泥设备。二级处理主要设备有各式鼓风机、表面机械曝气设备、空气扩散器、纯氧曝气装置、生物滤塔、生物转盘、生物接触氧化塔、生物流化塔、填料等。三级处理主要处理设备有活性炭吸附设备、离子交换设备、膜分离设备、智凝设备、消毒设备、强氧化设备等。

与污水处理厂配套污泥处理和处置设备有污泥脱水设备、污泥厌氧与沼气利用设备、污泥堆肥设备和污泥制肥设备、自控设备、计量与加药设备、水工通用设备、各种污水处理药剂等。因此水处理的过程中需要用到大量的电机，同时精准控制相关工艺保证安全、高质量生产，这就需要对电动机配置保护装置，对工艺流程进行逻辑控制。

污水厂工艺结构

方案配置

为了水厂、污水厂、水泵站的供电可靠性，保障生产车间的安全运行，提高工艺设备的使用寿命，建设一套适合水务行业的专业水务综合能效管理系统是非常必要的。

系统配置

针对水务系统供配电需求，配置一套35/10/0.4kV的配电系统方案,系统配置图如下：

4.水务综合能效管理系统

系统网络结构

AcrelEMS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。

网络通信层

网络通讯层从能源中心到用户变电所、水泵站、工艺车间敷设光缆，配置网络交换机和光电转换机，构建星型以太双网，提高网络传输的可靠性通信方式，实现能源管理的主干通信功能。在每个站配置数据采集箱和通讯管理机，采集能源中心，污水泵站、曝气生物处理、污泥泵站的用电数据、开关状态，采集各PLC控制盘监控的水泵、风机等设备运行参数和状态，如风机水泵的启停、运行时间以及水泵压力、流量、风机气压以及曝气系统的工作状态以及水池水位等。

现场设备层

现场设备层，由分散安装在用户站、污水泵站、曝气生物处理、污泥泵站内的继电保护、多功能电表、电动机保护器、温度传感器、火灾探测器、水池水位计、压力表、流量计、以及各PLC控制柜等组成，完成配电回路的电参数监测、电机保护，水池水位、水泵流量、风机风量监测，实现水泵、风机的自动/手动运行控制。

供电可靠性

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。

电能质量监测和提升

污水厂谐波源负载比较多，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进一步提高供电可靠性。

预警措施

平台实现接点温度异常、漏电电流超标、负荷越限等情况及时预警，并将报警信息进行推送，避免小异常酿成大事故。

节能降耗

计量体系搭建

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。

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。

空调能效分析

系统采集水务中央空调系统耗电量和制冷/制热量，计算中央空调能效指标并进行对标，展示中央空调运行工况，包括空调机组、冷冻泵、冷却塔运行状况，当能效指标明显低于同等能效空调的情况下，提出控制改进措施。

用电安全

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。

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。

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。

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。

工艺设备的保护和监控

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。

5.典型案例

1) 莱阳市陶格庄拦河闸除险加固工程

2) 惠阳城区第二污水处理厂三期工程

3) 柳东新区雒容中沟泵站

4) 泰州港靖江港区八圩作业区博联码头

5) 鱼洞水厂

6) 晋江梅岭自来水厂三期

7) 二桥污水处理厂

8) 安徽格义循环经济产业园污水处理厂

9) 北桥污水处理厂

10) 吉林新阳纸业污水处理

11) 辛集市佳洁污水处理厂

12) 九江污水处理厂新建工程

13) 厦门民兴工业污水处理工程

14) 吴江污水处理

15) 河北正定污水处理厂

16) 茅台集团台安污水处理厂

17) 广州市西村水厂

18) 太仓沙溪污水厂

19) 大嶝污水处理厂

20) 胶东半岛战略水源地提质增容工程二期工程

21) 松江污水厂四期

22) 肇庆高新区第一污水处理厂

23) 成都东干渠取水泵房配套工程项目

24) 辛庄污水厂

25) 崇明区堡镇水厂二期工程

26) 深圳龙岗污水处理厂