AcrelEMS-SW智慧水务能效管理方案

01行业背景-能耗现状

我国已建成4000多座城市污水处理厂、20000多个乡镇污水处理站，大批农村污水处理设施建设也将陆续展开。据估算，2019-2021年水务行业碳排放量约占我国总排放量的0.87-1.16%，2022年预计水务系统碳排放总量约11488万吨CO2—eq,是不可忽视的碳排放源。

行业背景-国家规划

数字化升级

《“十四五"国家信息化规划》提出，“完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，探索建设数字孪生城市。实施智能化市政基础设施建设和改造，有效提升城市运转和经济运行状态的泛在感知和智能决策能力。推行城市‘一张图’数字化管理模式。到2025年，数字中国建设取得决定性进展，信息化发展水平大幅跃升。以5G、物联网、云计算、工业互联网等为代表的数字基础设施能力达到水平"  

行业背景-政策风向

减污降碳

生态环境部等七部门印发《减污降碳协同增效实施方案》推进水环境治理协同控制
推进污水处理厂节能降耗，优化工艺流程，提高处理效率  
污水处理厂推广建设太阳能发电设施。
开展城镇污水处理和资源化利用碳排放测算，优化污水处理设施能耗和碳排放管理 

行业背景-节能评估

低碳运行评估

《污水处理厂低碳运行评价技术规范》（CAEPI 49—2022）
《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》
建立低碳运行评价指标体系，鼓励低碳行为，进行碳排放强度核算、修正，计算评定分数
指导污水处理厂开展碳减排核算，开展工艺优化和技术改造，也为管理部门评估污水处理厂的低碳行为提供了重要的方法依据。

02客户痛点及需求

水务行业传统系统建设痛点

各类子系统资源浪费，各类系统服务器众多，软件使用方法各异，学习成本增加。

能源平台缺乏顶层设计，独立子系统兼容能力差，需要建设一套全面的具有前瞻性功能的系统平台，满足后续的远期扩建规划。

管理运营强度大，现场抄表费时费力，人工能耗统计分析困难，工作量巨大，安全保障弱。

智慧化服务不足，污水处理、水泵站用电大户，对能耗双控及碳达峰管理缺乏数据支撑，安全环保缺乏有效管理手段。

信息孤岛难以打破，各业务信息系统并存，数据不能有效共享和互通，数据难以集中，不能有效利用。

管理对象多、运维工作难，水务行业设备、资产、访客等管理对象多，难以管理和维护。

03解决方案

范围更广：
采集控制对象范围更广、规模更大，各类系统进行融合、统一；
统筹采集控制装置的管理，优化配置策略，提升采集控制有效性。
环节更多：
源网荷储充各环节需紧密衔接
随机性更高：
电源侧和负荷侧均呈现强随机性，对电力系统安全稳定运行提出更高要求。
多元化服务：
用能安全监控。用能流向查看、用能数据分析、节能方案控制、、智慧水务大平台对接服务。

参考标准

1.《建筑设计防火规范》（GB50016-2018）

2.《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）

3.《低压配电设计规范》（GB50054-2011）

4.《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）

5.《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-2011）

6.《电力工程电缆设计标准》（GB50217-2018）

7.《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）

8.《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）

9.《仪表系统接地设计规定》HG/T20513-2014

10.《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》（GB51309-2018）

11.《分散型控制系统工程设计规定》HG/T20573-2012

12.《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）

13.《20kV及以下变电所设计规范》（GB 50053-2013）

14.《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-2013

15.《控制室设计规定》HG/T20508-2014

16.《市政公用工程设计文件编制深度规定》

17.《室外排水设计规范》GB 50014-2016

18.《城镇排水系统电气与自动化工程技术标准》CJJT 120-2018

19. 《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002

20.《污水处理厂低碳运行评价技术规范》（CAEPI 49—2022）

21.《泵站设计规范》 GB50265

22.《泵站计算机监控与信息系统技术导则》 SL583

23.《水利水电工程继电保护设计规范》 SL455

24.《电动汽车充电站供电系统规范》 Q/GDW238-2009

组网结构
AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台采用分层分布式结构，主要由感知层（终端采集设备）、网络层（通讯管理终端）和平台层（能源物联网云平台）三个部分组成。
● 感知层：连接于网络中的各类传感器，包括多功能仪表、继电保护、电动机保护、电能质量治理装置、火灾探测器、充电桩、光伏逆变器、路灯控制器等。
● 网络层：智能网关，采集感知层的数据，进行规约转换及存储之后将数据上传至能源物联网云平台。
● 平台层：包含应用服务器和数据服务器，可在PC端或移动端实现应用。

平台结构

（一）能源供应—电力监控

智能网关

ANet系列边缘计算网关
高性能平台：高性能ARM 32位处理器；嵌入式Linux操作系统128M以上内存；最大可扩展32G外部存储；
稳定可靠：电磁兼容4级、硬件加密(国密算法SM1,SM4)、软件加密(AES)、宽温宽压工作；
强处理能力：最大4万个数据点位处理能力；多平台数据上传；
接口丰富：最大16个串口；以太网、Lora、Wifi、DI/DO/AI、4G；
扩展方便：自定义总线扩展协议；按需扩展串口、DI/DO/AI、4G、硬件加密、GPS；
协议丰富：设备侧：ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、IEC103/104、OPC UA、BACNET等；平台侧：ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、DGJ08-2068-2012上海建筑能耗、DGJ32/TJ111-2010江苏建筑能耗、扬州、常州、杭州、广西河池等地省市能耗、宁夏电力需求侧、安科瑞运维云、预付费云协议、华云104协议、SNMP、MQTT协议、OPC UA、IEC 61850、Q/GDW 376.1等；
边缘计算：虚拟数据求和、数据二次计算（加减乘除）、逻辑控制（梯形图绘制）断点续传、数据冻结、失电报警；多级报警设置、协议解析、规约转换；
远程管理：远程配置、远程监视、远程升级；
应用丰富：综合能源管理、电力需求侧、泛在电力物联网、新能源、自动化、物联网

保护装置

AM系列微机保护测控装置
AM6系列微机综合保护装置具有数据处理、逻辑运算和信息存储能力，可为35kV及以下电压等级的进线、馈线、变压器、高压电动机、高压电容器等对象提供过负荷、低电压、过电压、热过载、非电量等保护功能。
装置具有完善的事故分析能力，包括SOE事件记录、故障录波记录等。方便的根据现场变化调整保护设定值，使平台可远程监视和控制配电回路运行状态，提高配电和用电可靠性。

电能质量在线监测装置
APView500电能质量在线监测装置遵循最新的电能质量国家标准，实时监测电压偏差、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，记录各类电能质量事件，记录事件发生前后的波形，辅助用户分析电能质量发生的原因，为后续的电能质量治理方案提供数据基础；

弧光保护装置

在中压母线，中压柜运行过程中很可能由于的操作失误、接头松脱、动物侵入，以及长时间运行后PT绝缘老化、套管老化导致严重短路故障。对于中压母线未像高压母线那样安装母线差动保护，中压母线短路故障依赖上级进线的后备保护切除，切除时间长，而根据测试结果数据，母线燃弧后 0.1s 就会燃烧，0.15s 后母线损毁，柜体在 0.2s 后爆炸。
ARB5母线弧光保护装置通过检测母线室弧光、进线电流判据（弧光判据+电流突变量判据）启动；单判据动作时间≤7ms、双判据时间≤20ms。ARB5母线弧光保护由弧光保护装置、弧光探头及塑料光纤和尾纤等构成。

（二）能源质量—电能质量监测与治理

无功补偿、有源滤波保障用电质量，降低线损，提高设备用电效率

水务中重要水泵变频启动产生谐波干扰，是电力系统中影响电能质量的一大“公害"

三相不平衡导致旋转电机附加发热和振动，变压器漏磁增加和局部过热，电网线损增大及保护和自动装置误动

《功率因数调整电费办法》规定以功率因数0.9为标准值调整电费

电能质量治理设备

通过无功补偿（ANCOS）进行无功补偿快速平稳提高功率因数；
通过有源滤波(ANSin)进行谐波治理，既可补谐波，又可兼补无功，可对 2-51 次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿，线性补偿，响应时间≤5ms，总谐波补偿率：≥95%，避免谐波影响电网和其它工艺设备；

改善水务配电系统三相不平衡，减少中性线电流；

400V主接线图电能质量治理设计上图案例

（三）能源安全—电动机保护

运行监测，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

建立电动机健康诊断模型，并给出预防性维护建议。

生化处理电动机保护设计上图案例

（四）能源安全—电气消防

智慧消防系统，电气火灾、消防设备电源、防火门、应急照明疏散接入AcrelEMS-SW平台，进行大数据分析，消防预警
环境监测，监测视频、水浸、烟感状态、有害气体，产生报警、联动

无线测温，监测断路器、母排、电缆接头的温度，及时预警

当线路发生短路时在150微秒内切断回路，无危险火花产生，起到短路灭弧作用
隐患管理，APP、手机短信、邮件、钉钉、语音等多种方式提醒及隐患闭环处理
运维巡检管理，平台制定巡检计划，移动端执行签到、巡检、消缺，负责人审核闭环

（五）能源管理—能耗分析

实现精细化能源计量，提供数据诊断，为节能改造提供数据支持

能耗监测，监测支路的电、水、气、冷、热等分类能源消耗，能耗超标时触发报警
能耗分析，对各分类用能进行趋势分析和同环比分析
复费率统计，对支路的尖、峰、平、谷用电量进行统计分析
能源流向图，展示厂区内各分类能源的流向
数据报表，数据集抄报表、支路费用报表、容需量报表等
工艺用能，对污水、自来水、水泵站的各工艺段进行能效分析
碳排放管理，对区域电耗的碳排放进行趋势分析和同环比分析
能源费用分析，对分类能源费用进行统计，并进行趋势分析和同环比分析，包括复费率、容量费和需量费和其他能源费用

网络电力仪表

完善企业的计量体系搭建，建立三级计量体系，追溯用能趋势和流向。
提供多种类型的电能计量仪表，支持嵌入式、导轨式安装，RS485、Lora、4G等数据上传模式，可实现免布线、免停电施工。
电能计量表计安装在主要配电节点、重点用能设备等处，系统实时采集用电数据，对用电数据进行逐时、逐日、逐月分析，并结合国家、行业标准，统计企业整体碳排放，为碳中和提供基础数据服务。

（六）能源管理—智能照明

运行监测，实时监控办公区域、厂区路灯、污水厂地下箱体灯光状态

远程集中控制，平台端执行灯光开关、亮度调节、场景切换、运行时间设置等操作。

系统联动，通过干接点连接消防系统做联动。

智能照明设计上图案例

（八）能源管理—充电桩
充电桩监控，监控汽车充电桩和电瓶车充电桩的实时状态

功率控制，根据充电站的功率负载对充电桩的充电功率进行控制

远程控制，平台端执行参数设置、下发电价、复位等操作

安全监控，实时监控充电过程，及时定位故障，切除火灾隐患

隐患管理，APP、手机短信、邮件、钉钉、语音等多种方式提醒及隐患闭环处理

能耗统计，统计充电桩的用电情况

用户充电，充电用户使用微信/支付宝小程序、IC卡启动充电，享受优惠活动

限流式保护器ASCP200

当低压配电回路发生短路故障时，ASCP200电气防火限流式保护器能在150微秒内快速限制短路电流以实现灭弧保护，从而能显著减少电气火灾事故。

04平台功能

平台功能——可定制的驾驶舱

可定制化的驾驶舱：可根据客户的行业特性，行业需求，绘制客户所需的驾驶舱页面。

比如可以光伏、充电桩、水泵、空调、照明等设备管理、能耗统计、收益统计、运维情况定制在一张界面上。其中地图可以选配成BIM建筑模型，任何传感器报警时可以在BIM模型中预警显示。

平台功能——电力监控

实时监测各配电柜的电压、电流等电力参数，实现遥测、遥信、遥控。实时监测各配电室温湿度、烟感、水浸有害气体等环境参数，有害气体超标联动排风系统。 实时监视变压器的运行状态及用能参数，测算损耗，找出最佳经济运行区间，降低损耗，节约电量。

平台功能—电能质量监测与治理

监测进线回路电能质量，包括电压暂降、暂态、稳态数据波形记录，并提供电能质量分析报告与治理建议。

有源滤波装置和无功补偿装置对0.4kV侧电能质量进行补偿和治理，并监测有源滤波装置和无功补偿装置运行情况，确保电能质量符合生产要求。

平台功能——智慧消防

通过本地的消防系统数据上送到平台监视电气火灾探测器、防火门、消防设备电源、应急照明，保障消防安全。

在消防水池、消防水箱等地方安装消防水位表，检测消防水位的变化；消防水管、喷淋等地方安装消防水压表，检测消防管道的压力。

平台功能——能耗分析

提供设备能效分析结果及节能建议，帮助管理人员全面了解企业的能效水平，为企业节能降耗提供数据支持。
搭建计量体系、能源边界，分为预处理、一级处理、二级处理、除臭、曝气、加药等
测算变压器损耗和运行效率
测算水泵运行效率
测算能耗排名
测算单位能耗
得出能效分析结论，提供节能建议及能效优化实施方案

05方案特色

（一）工业组态

（二）可视化驾驶舱

（三）3D模型

通过虚拟仿真实现多维度可视化，为客户提供数字化服务，助力水务能源经济双向管理，提升能源管理水平。

（四）方案优势

06典型案例

一、杨树浦泵站项目

杨浦闸泵位于上海市杨浦区境内杨浦港水闸外侧，靠近黄浦江的河口处。它是杨树浦港~虬江水系整治工程的重要组成部分，负担着抵御黄浦江高潮位的侵袭肯外排内河涝水，引黄浦江水冲污的任务。安科瑞为其提供电力监控+环境监控+自动控制一体化的解决方案，实时监控配电室的10\0.4kV 的用电情况，并对四台水泵进行监控管理，保证了泵站的安全稳定运行。

二、杏林湾排涝泵站

杏林湾排涝泵站工程位于集美区集杏海堤水闸东侧库内区域，泵站建设7台竖井贯流泵，总排涝流量达到280立方米/秒，这意味着只要7.5秒就能把一个2100立方米容量的标准泳池排干，这样的泵站总规模在国内，在福建为最大。安科瑞为其提供电力监控解决方案，实现10kV\0.4kV的远程控制，保障水泵的稳定可靠，解决了杏林湾水库周边区域排涝问题。

三、苏州高新区污水处理厂

苏州高新区污水处理厂为苏州市区第一座地下城市污水处理厂，解决了传统地上水厂的臭气等环境问题，实现了异味控制最佳效果，还节约了近一半的用地，释放了周边地块的开发限制。安科瑞为其提供能源管理+智能照明解决方案，分析各个工艺环节的用能情况，为后续节能降耗提供数据依据，对于地下箱体照明回路多，智能照明降低施工布线成本高,同时灯光进行自动、场景、定时控制，高效运维。

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