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2020OEM機械設計技術研討會云會議
能效管理

施耐德電氣:以數字化助力智慧水利高質量實施

  2020年09月08日  

  中國北京,2020年9月8日——2020年以來,除了疫情對我國造成了嚴重的影響,防洪工作也一直牽動著全國人民的心。據水利部7月消息,今年6月以來,全國已有433條河流發生超警以上洪水,其中109條河流發生超保洪水,33條河流發生超歷史洪水;但危難之中,有一組數據卻讓我們看到了未來的希望,6月份以來,全國洪澇災害受災人口、死亡失蹤人數、倒塌房屋數量和直接經濟損失等數據,與近5年同期相比,分別下降了7.3%、51.2%、69.3%和9.4%,可以看出這次大洪水造成的危害相對較小。究其原因,自然離不開我國對重大水利工程建設的高度重視和持續投入。

投入力度持續增長 智慧水利被“委以重任”

  眾所周知,我國大大小小共有上千條河流,每年都會遭受不同程度的洪水侵襲,因此,治理水患成為國家亟待解決的最大民生問題,新中國以來興修水利的開端正是以治淮工程為標志,由此,針對治理江河洪水,解決水資源分布不均的“戰役”正式打響。

  發展到現在,水利工程已成為保障國家水安全的重要基礎設施,同時也是國家基礎設施補短板的重要領域。自2014年5月,國務院第48次常務會議要求分步建設172項重大水利工程,6年以來各地區各部門密切協調、加大投入、深化改革,重大水利工程建設取得顯著成效。到目前為止,172項重大水利工程已經累計開工146項,在建投資規模超過1萬億元。引江濟淮、西江大藤峽水利樞紐、淮河出山店水庫等一批標志性的工程陸續開工建設,南水北調東中線一期工程等32項工程已相繼建成,發揮了顯著的經濟、社會和生態效益。而在今年7月的國務院政策例行吹風會上,相關部門表示,今年及后續將安排建設150項重大水利工程,工程匡算總投資約1.29萬億元,這是對日前國務院常務會議有關進一步推進重大水利工程建設決定的落實。

  先后兩次部署,既是接續,也是拓展和提升。與172項工程相比,150項重大水利工程在繼續加強防洪減災、水資源優化配置、灌溉節水和供水工程建設的同時,還新增了水生態保護修復工程和智慧水利工程兩大類型,其中,在智慧水利方面,結合水利網信水平提升三年行動(2019—2021年),和《智慧水利總體方案》啟動和實施,水利信息化水平將得到進一步提升,從而有利于通過利用更加先進的數字化技術,有效提升工程聯合調度、精準調控和高效監管水平,充分發揮水利工程的體系化綜合效益。

實現智能化能效管理 數據監測和系統集成是關鍵

  此次疫情后,水利工程是全國復工最早最快的重大工程,一方面是由于防汛的緊迫性,另一方面也與全社會用水量大幅增加有關。但作為較為傳統的基礎設施之一,全國各地分布的大量工程設施,特別是其中數量龐大的泵站設備等,對相關方的管理、運維,保障其正常運轉,同時達到節能降耗效果來說,制造了更大的困難,由此可以看出,水利工程運營管理的數字化轉型也已迫在眉睫。

  從政策方面看,在《水利改革發展“十三五”規劃》要求,要提高水利工程管理現代化水平,加強水利工程管理制度化、規范化和信息化建設,建立水利基礎設施管理信息網絡,健全水利工程管理標準規范體系。加強大壩安全監測、水情測報、通信預警和遠程控制系統建設,提高水利工程管理信息化、自動化水平。此外,在今年的兩會中,還特別針對積極采取措施降低能耗這個話題進行了深入探討,這也成為了推動水利行業采用先進技術提高能效的動力之一。

  在水利工程中,泵站的管理尤為重要,在這一方面,現階段為更大程度地保障泵站設施安全可靠,相關部門要求需要進行人工巡檢運維,同時在本地實施對泵站的自動化控制,將諸如水文、流量、水質等泵站生產運維數據接入到管控平臺,協助解決安全、能效等問題。傳統的水利泵站系統架構都是每套機組、供配電系統等會使用獨立的控制器和控制單元來控制,并以星型的網絡連接到一臺交換機上,然后將數據上傳到監控層。這種方式不但成本高昂,而且數據傳輸也不夠穩定,也缺乏對現場情況的記錄和分析能力,對于供配電系統來說,有可能造成遠程調度中心發現現場數據中斷,而現場控制器又無法判斷和記錄故障信息,對相關人員快速定位和排除故障造成了很大困難,不但浪費人力資源、效率低下,也難以保障供電質量。

  作為中低壓配電和自動化領域的專家,施耐德電氣認為,通過將電氣化和自動化技術融合構建統一的管理平臺,賦能管理人員從全局層面對能源和運營系統進行分散控制和集中管理,實時掌握系統狀態,滿足更全面的管理需求,最大程度優化運行和供電可靠性,提高運維效率和節能降耗效果,其中的關鍵正是對各個泵站內配電及運營系統運行數據的精準采集,對這些“流動”的數據進行深入分析,并轉為有價值的信息。

  在泵站的能效管理平臺架構中,包含設備運行層、網絡層、應用管理層、以及能源數據分析層四個應用層面,不同層面支撐不同業務管理功能。系統平臺需要集變配電系統的生產、傳輸、分配過程的全面監測管理解決方案,確保所有系統的全面的數據監測,并可上傳到指定服務器,且能夠及時性報警響應,對能源進行分解和重組、數據分析,從而提高能源綜合使用的可靠性和能效。

  對此,基于EcoStruxure架構與平臺,施耐德電氣能夠提供覆蓋中低壓變頻器、元器件及配電柜、UPS不間斷電源等互聯互通的產品,PSO/PME電能管理軟件、SCADA工藝監控軟件、AVEVA系統平臺(原Wonderware)軟件及PLC控制器等邊緣控制系統,并能夠無縫接入第三方BIM及3D軟件和應用,結合全生命周期的專業服務,構成完整的能效和運營管理平臺,幫助用戶全方位支撐泵站內各系統的實時監測、供給管理和運維管理等工作,實現中低壓一體化和各類關鍵信息的統一管理,對用能供能單位和不同環節的運行狀態進行有效監管,賦能人員對泵站進行全面管理,節約人力成本的同時,提高效率,并通過對數據進行深入的分析,為系統的持續優化提供科學的依據,切實保障電能質量和可靠性,工藝段能耗和運行管理的前端控制和評估,為配電和運營系統的智能化管理的持續改進提供科學的依據。

  通過對數字化技術的更多應用,該能效和運營管理平臺能夠對底層中低壓設備包括溫度、電流、電壓等參數和各類重要運行信息進行全面的監控,并分析斷路器、電涌保護器等的老化程度,便于及時的改造和更換,同時也能夠將SCADA系統采集的相關工藝段參數, AVEVA系統平臺采集的有關各泵站運行情況、視頻監控、水文、氣象等各類信息進行匯總,并將用能狀態和評估分析展示給用戶,助力其做出改善決策;在通訊方面,支持Modbus、HTTP、Modbus TCP/IP、FTP、SNMP (MIB II)、IEC61850及IEC104等多種協議,確保數據傳輸的穩定及時;同時,平臺通過將電力監控和能源數據分析專業知識和領先技術相結合,以及對BIM/3D+GIS軟件的應用,可實現更快速、準確的故障定位,助力對電氣資產能源設備進行全生命周期的高效維護。

數字化方案落地 為行業發展指引方向

  2019年,基于與國網在某泵站智能化試點項目中的合作基礎,以及客戶對于智能化水務解決方案效果的高度認可,施耐德電氣得以助力南水北調工程中段系列泵站系統的智能化建設。

  由于該段路工程泵站數量多、位置分散,為能耗管理帶來重重困難,針對以上挑戰,施耐德電氣提供了包括智能低壓柜、中壓柜、變壓器及中壓變頻器等底層產品,不但保障了穩定可靠的供電,還實現了對配電系統數據的全面采集,從而打通了中低壓系統及不同位置系統間的信息孤島;此外,通過部署包括電能管理系統、運維專家等邊緣控制系統,形成了對大量數據的統一收集,并經過專業的分析輸出有價值的信息,幫助客戶無論在遠程還是現場,都可以全面掌握高度分散的設備和系統的資產狀態、用能情況等,并具備故障報警和定位功能,使運維人員能夠更及時地排除故障,化解風險;能夠更加深入地對實時數據和歷史數據進行比對分析,結合專業行業洞察和服務,幫助客戶實現持續性的能效管理優化。

  該項目的成功實施,不但為客戶實現南水北調中線泵站配電系統全面集中管理打下了堅實基礎,其高度智能化水平的體現也為我國更多智慧水利工程的建設提供了重要的參考和方向。

  加強水利工程的建設和改善,不但對防洪防災起到重要作用,同樣有利于包括灌溉和排水、水力發電、城鎮供排水以及環保等方面的進步。水因流動而有靈性,治水同樣需要“流動”的力量變得智慧,為此,施耐德電氣將繼續發揮在中低壓配電及自動化領域的專長,并利用數字化技術,攜手更多產業鏈合作伙伴,共同實現對水利工程能效管理的智慧賦能。

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