淺談在線監測系統在水廠水質管理工程中的應用與研究

【摘要】：隨著水廠水質管理技術和管理水平的提升，達到了在線監測系統通過監測數據的反饋，及時發現問題，快速處理事故，優化了水資源的利用率，提高了供水系統的穩定性和安全性，從而有效地提高供水安全，為水廠工藝調整提供保障。

【關鍵詞】：在線監測設備；水質管理平臺；研究

1.水廠在線水質自動監測系統的管理模式

現通過舉例烏魯木齊市紅雁池水廠中在線水質自動監測系統的應用，來說明在線水質自動監測系統在水質管理中的作用。烏魯木齊市紅雁池水廠是烏魯木齊烏拉泊水庫供水，將水送到水廠，水處理合格后，再輸送給用戶。該水廠分為東廠區和西廠區，目前供水量為17萬立方，可供51萬戶居民日常用水。

本水廠中在線水質監測是由在線監測設備（濁度計、PH計、余氯分析儀、氨氮在線監測儀、電導率儀、溶解氧測定儀、出水顆粒儀等監測設備）為主，通過相關的專用分析軟件、網絡，將水樣采集、水樣預處理、水樣測量、數據處理的過程動態監測，形成數據后發送至水質管理平臺，為有效保障水廠生產、工藝調節提供可靠保障。

2.水廠水質管理中在線水質監測系統的應用

2.1在線水質監測系統的構成

在線水質監測系統主要是由在線監測設備、遠程監測控制器、數據傳輸、水質管理平臺組成。在線監測系統分為采樣模塊、配水模塊、分析模塊和控制模塊四大模塊，系統的主要功能就是自動完成樣品的采集、分析以及數據的采集和傳輸任務。整個系統啟動后，就會按系統設定的程序自動開始采集水樣、分析水樣，然后監測數據由數據采集傳輸傳到水質管理平臺的服務器并保存在系統數據庫。

2.2在線監測系統的管理

紅雁池水廠在線檢測系統中在線設備數量較多，在原水、澄清池、濾后水、出水等主要環節均安裝有在線監測設備，并將監測數據實時傳送至水質管理平臺，水質監測中心管理本水廠水質管理工程平臺，通過實驗室數據檢測與在線設備監測數據比對，確定在線監測設備的穩定性。該廠在線監測設備為安科瑞生產的網絡電力儀表APM520、智能操控裝置ASD500、0.4kV電流互感器AKH-0.66、智能網關Anet系列等。

2.2.1遠程監測控制器

本水廠中，采用安科瑞Anet系列遠程在線監測傳輸終端設備，該設備支持接收上級主站系統下達的命令，并轉發給目標區域內的智能系列單元，完成對廠站內各開關設備的分合閘遠程控制或裝置的參數整定，實現遙控和遙調功能，以達到遠動輸出調度命令的目標。

2.2.2網絡電力儀表

水體的濁度主要來源于上游水源中的原水，水在流動過程中帶動水底泥沙會增加水體的濁度。在本水廠中，在線監測系統的且全部為安科瑞制造，APM5系列網絡電力儀表（以下簡稱儀表）按IEC國際標準設計，具有全電量測量、電能統計、電能質量分析（包括諧波、間諧波、閃變）、故障錄波功能(包括電壓暫升暫降中斷、沖擊電流等記錄)、事件記錄功能及網絡通訊等功能，主要用于電網供電質量的綜合監控。該系列儀表配有功能豐富的DI/DO模塊、AO模塊、無線通訊模塊、漏電測溫模塊，可以靈活實現電氣回路全電量測量及開關狀態監控。

2.2.3智能操控裝置

本水廠具有每天產出17萬方水的供水能力，水廠運用在線設備對水廠水質中ＰＨ指標進行控制。在本水廠中共計５臺，且全部為安科瑞制造，ASD系列開關柜綜合測控裝置用于3~35kV戶內開關柜，適用于中置柜、手車柜、固定柜、環網柜等多種開關柜。具有一次回路模擬圖及開關狀態指示，高壓帶電顯示及核相，自動溫濕度控制，加熱回路故障告警，分合閘回路完好指示、分合閘回路電壓測量、預分預合閃光指示、電氣節點無線測溫，人體感應自動照明，語音提示，電參數測量及RS485通訊接口等眾多功能，集操作、顯示于一體，這些功能的具備保障了ＰＨ計的使用簡單、便捷，使傳送到水質管理平臺的數據真實、可靠，達到及時調整工藝的目的。

2.2.4電流互感器

根據本水廠的生產狀況，選用安科瑞互感器配套網絡電力儀表，產品翻蓋式設計，外形美觀，接線方便。翻蓋材料選用透明聚碳酸酯，能清楚看到二次引線接線情況。立式方孔型，可穿越1-3根匯流排，不但具有Ⅰ、Ⅱ型的特點，而且可作供電系統計量電能用，以及可與電流繼電器配套作保護用。

2.2.5水質管理平臺

水質監測中心作為制水廠水質數據管理部門，管理該水質管理工程平臺，通過實驗室數據檢測與在線設備監測數據比對，確定在線監測設備的穩定性。水質管理平臺是在線監測系統的數據集中反饋、集合的中心層面，在線水質監測系統中水質管理平臺是由２臺監控電腦、數據控制軟件、數據庫服務器、現場控制單元ＥＣＵ、ＰＬＣ控制站等組成，通過多連接途徑的傳輸系統，對供水生產工藝，水質變化情況進行控制。水質管理平臺具有調節液位、壓力、流量、流速等參數，故障判斷、報警等功能。水質管理平臺通過計算機網絡技術能夠得到有效可靠的數據，實現了在線實時監測、監控和網絡化管理。

3.AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

3.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

3.2平臺組成

AcrelEMS智慧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。

3.3平臺拓撲圖

3.4平臺子系統

3.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

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。

3.4.2電能質量監測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，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提高供電電能質量。

3.4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和報警。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與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。

3.4.4能耗管理

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。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

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。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

3.4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能、舒適目的。

3.4.6電氣安全

3.4.6.1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。

3.4.6.2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。

3.4.6.3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。

3.4.6.4防火門監控系統

防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

3.4.7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。

3.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

3.4.9工藝仿真監控

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。

4相關平臺部署硬件選型清單

4.1電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統

5.結語

針對水源水水質的特點，烏魯木齊紅雁池水廠選擇了３９臺在線水質監測設備，建立了完整的在線水質監測系統。通過在線水質監測系統的應用，在線水質監測設備均能夠及時準確地反映水質實際變化情況，監測數據準確可靠，系統運行穩定，將現代化技術和信息化手段融為一體，大大優化了水質變化情況的控制率，同時對水廠生產及工藝調整過程中水質變化進行了實時監控，從而提高了供水的可靠性、安全性。通過本水廠在線監測系統對水質管理工程中的應用的研究發現，水廠要按照水廠水質的實際情況，選擇合適的在線水質監測系統，為水廠工藝調整和供水安全提供有利保障。

參考文獻：

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