摘要】：為監(jiān)測(cè)大型用電設(shè)備的電能消耗情況，實(shí)現(xiàn)安全用電和設(shè)備的高效管理，本課題建立了一個(gè)基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)智能化運(yùn)維的用電設(shè)備安全高效運(yùn)行管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于*能IXMS云平臺(tái)，利用GET-SMT-107信息采集器完成用電量、負(fù)載率和電壓等信息采集，上傳至云端服務(wù)器處理，并儲(chǔ)存于本地的服務(wù)器或云平臺(tái)內(nèi)，同時(shí)客戶(hù)端顯示，完成用電設(shè)備安全高效運(yùn)行的信息化管理。該系統(tǒng)成功運(yùn)用于水廠的*要能耗設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備用電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和能耗管理。通過(guò)試運(yùn)行結(jié)果分析，本系統(tǒng)可以廣泛用于用電設(shè)備監(jiān)測(cè)，提高設(shè)備管理效率，為電能優(yōu)化提供分析依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】：電能管理；云平臺(tái)；耗能設(shè)備；安全用電

0.引言

城市給、排水工程是城市基礎(chǔ)設(shè)施的*要組成部分，是現(xiàn)代化城市發(fā)展的基本保障。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)在機(jī)器內(nèi)部嵌入無(wú)線通信模塊，可以滿(mǎn)足水廠對(duì)設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和測(cè)量、科學(xué)管理等方面的信息化需求[1]。給排水廠站用電設(shè)備能耗大，安全要求高，其安全高效運(yùn)行管理是水務(wù)現(xiàn)代化管理的*要組成部分。在用電設(shè)備運(yùn)行和監(jiān)測(cè)方面，李紓伯[2]就用電設(shè)備選型、運(yùn)行和維護(hù)等方面進(jìn)行初步探討。GabrielTanasescu[3]等人開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用軟件DiagConsole，可以估計(jì)電氣設(shè)備的健康指數(shù)、維護(hù)類(lèi)型等，自動(dòng)生成狀態(tài)評(píng)估報(bào)告。姚大光[4]在自來(lái)水廠廠區(qū)的配電網(wǎng)建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警等功能。

全國(guó)現(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)智能電表全覆蓋。智能電表是以微處理器應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為核心的智能化儀表，具有自動(dòng)計(jì)量、數(shù)據(jù)處理、雙向通信和功能擴(kuò)展等能力[5]。在能耗監(jiān)測(cè)方面，高霞[6]在某大型公立醫(yī)院建立了能耗監(jiān)控系統(tǒng)，可以查詢(xún)醫(yī)院實(shí)時(shí)用電、水等，為節(jié)能方案提供依據(jù)。劉盛等[7]在第四水廠南站（即第七水廠）開(kāi)發(fā)電能管理系統(tǒng)，以對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

目前，自來(lái)水廠與污水處理廠缺乏高效用電管理系統(tǒng)來(lái)評(píng)估大型用電設(shè)備的用電效率和電能損耗狀況，針對(duì)廠區(qū)及用電設(shè)備統(tǒng)籌實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)管理及安全閉環(huán)管理的研究成果也不夠完善?，F(xiàn)階段，智能電表基本用于數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)，而在通過(guò)監(jiān)測(cè)高耗能設(shè)備的用電情況，計(jì)算設(shè)備更新壽命，來(lái)控制設(shè)備的使用時(shí)間方面應(yīng)用較少。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究的調(diào)研和分析，本課題利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)收集與處理技術(shù)，從集團(tuán)用電設(shè)備實(shí)際需求出發(fā)，針對(duì)大型用電設(shè)備數(shù)量多、部分設(shè)備老化，運(yùn)行效率低，存在一定的安全用電隱患，且電能損耗嚴(yán)*等問(wèn)題，設(shè)計(jì)并建立用電設(shè)備安全高效運(yùn)行管理系統(tǒng)，利用智能電表監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)用電安全及生產(chǎn)運(yùn)行精細(xì)化管理。

1.軟件系統(tǒng)功能介紹

設(shè)備安全高效運(yùn)行管理系統(tǒng)包括數(shù)智采集設(shè)備、云系統(tǒng)、本地系統(tǒng)及終端應(yīng)用。通過(guò)在關(guān)鍵用能設(shè)備的配電柜中加裝數(shù)智電力采集裝置,即GET-SMT-107數(shù)智電力采集終端，管理系統(tǒng)可以完成對(duì)用電量、負(fù)載率、電壓、剩余電流、電流和溫度等數(shù)據(jù)的采集和加密工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備電能數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為下一步的能耗分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。管理系統(tǒng)既可以將能耗數(shù)據(jù)上傳到云系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析；也可以將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在本地系統(tǒng)中，完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析與計(jì)算工作。通過(guò)終端應(yīng)用，包括監(jiān)控中心、電腦端、移動(dòng)端及監(jiān)管平臺(tái)，管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與設(shè)備的全壽命高效管理。

管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)功能：

（1）人員、權(quán)限管理。系統(tǒng)管理員從工作頁(yè)面和設(shè)備頁(yè)面兩個(gè)維度，按照用戶(hù)單位的實(shí)際情況設(shè)置用戶(hù)角色分配，設(shè)置負(fù)責(zé)廠區(qū)，完成權(quán)限設(shè)置，對(duì)編輯內(nèi)容進(jìn)行分級(jí)管理，提高設(shè)備管理效率。

（2）直觀呈現(xiàn)能耗情況。用戶(hù)可以同時(shí)查看多個(gè)廠區(qū)的能耗情況，直觀查看系統(tǒng)界面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及圖表說(shuō)明，概覽不同廠區(qū)設(shè)備的當(dāng)日能耗、歷史日均能耗以及總用電量等能耗信息，方便快捷。

（3）實(shí)時(shí)電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)綜合電力監(jiān)測(cè)，將用電量、負(fù)載率、電壓、剩余電流、電流和溫度等耗能設(shè)備采集信息即時(shí)上傳至云端服務(wù)器處理，在客戶(hù)端實(shí)時(shí)顯示設(shè)備耗能數(shù)據(jù)，并展示一次接線圖、3D圖等，為電力能耗分析提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持，便于管理者及時(shí)掌控電能質(zhì)量與能源消耗情況。

（4）電力數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)匯總云平臺(tái)數(shù)據(jù)，計(jì)算日總用電量、廠區(qū)設(shè)備耗能等信息，對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算設(shè)備電能消耗效率，反映用電點(diǎn)的電力指標(biāo)、電能質(zhì)量指標(biāo)變化情況，為電能質(zhì)量?jī)?yōu)化提供分析依據(jù)。

（5）安全閉環(huán)管理。根據(jù)GETSMT-107報(bào)警設(shè)計(jì)值，管理系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控電力參數(shù)及線路、環(huán)境溫度等設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)分類(lèi)、分級(jí)報(bào)警管理，按照權(quán)限設(shè)置，將報(bào)警信息上傳至不同用戶(hù)，接收人需進(jìn)行故障查驗(yàn)，填寫(xiě)記錄，完成故障處理閉環(huán)。

（6）設(shè)備統(tǒng)籌管理。設(shè)備全生命周期信息均上傳到系統(tǒng)，系統(tǒng)集成顯示設(shè)備的電力數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、安全閉環(huán)管理以及運(yùn)維閉環(huán)管理的關(guān)鍵信息，并對(duì)系統(tǒng)壽命進(jìn)行評(píng)估，便于用戶(hù)快速查看設(shè)備信息，高效查找異常狀態(tài)的設(shè)備，直觀了解設(shè)備運(yùn)行壽命。

（7）運(yùn)維閉環(huán)管理。管理系統(tǒng)將線上和線下方式相結(jié)合，巡檢人員定期巡檢*定分配的廠區(qū)和設(shè)備，對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出評(píng)估并線上提交巡檢單。告警的設(shè)備由系統(tǒng)線上智能分配人員進(jìn)行維修處理，并上傳維修信息，完成巡檢、維修、報(bào)廢閉環(huán)管理。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備安全高效運(yùn)行管理系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)由用電設(shè)備、采集設(shè)備、云系統(tǒng)及本地系統(tǒng)、終端應(yīng)用四個(gè)部分組成。平臺(tái)架構(gòu)圖如圖1所示。

*點(diǎn)用電設(shè)備是指水廠的高耗能設(shè)備，包括原水水泵、清水水泵、脫泥機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和提升泵。數(shù)智采集設(shè)備即GET-SMT-10數(shù)智采集終端，當(dāng)終端完成對(duì)這些設(shè)備的用電量、電流、電壓等電能數(shù)據(jù)的采集工作后，將數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)加密后，將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器處理，并儲(chǔ)存于本地的服務(wù)器內(nèi)或者云系統(tǒng)。云平臺(tái)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，云系統(tǒng)及本地系統(tǒng)再將處理好的數(shù)據(jù)上傳至終端應(yīng)用，在監(jiān)控中心及PC端顯示。通過(guò)對(duì)*點(diǎn)用電設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及處理，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了七大功能，其功能圖如圖2所示。

3.系統(tǒng)應(yīng)用

用戶(hù)在軟件系統(tǒng)通過(guò)密碼權(quán)限驗(yàn)證登錄后，可以在在導(dǎo)航樹(shù)中查找相應(yīng)的功能模塊與文檔目錄。系統(tǒng)的功能模塊分為四個(gè)部分：系統(tǒng)管理、能源監(jiān)測(cè)分析、報(bào)警管理、設(shè)備管理和運(yùn)維管理模塊。其中，系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)了人員權(quán)限管理功能，能源監(jiān)測(cè)分析實(shí)現(xiàn)直觀呈現(xiàn)能耗、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和電力數(shù)據(jù)分析三個(gè)功能，報(bào)警管理實(shí)現(xiàn)安全閉環(huán)管理功能，設(shè)備管理和運(yùn)維管理模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)籌管理和運(yùn)維閉環(huán)管理功能。

3.1系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理主要是設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)和用戶(hù)日志查詢(xún)級(jí)系統(tǒng)表單，分為人員管理和角色管理兩個(gè)方面。人員管理界面如圖3所示，系統(tǒng)管理員根據(jù)實(shí)際情況分配所屬人員的管理范圍和角色。角色管理界面如圖4所示，管理員可以在該界面設(shè)置所有角色的權(quán)限。角色權(quán)限可以分為查看權(quán)限、菜單權(quán)限、編輯權(quán)限三種。

3.2能源監(jiān)測(cè)分析模塊

在軟件系統(tǒng)界面設(shè)置上，能源監(jiān)測(cè)分析模塊包括多個(gè)小功能模塊：綜合概況、能源監(jiān)測(cè)和用戶(hù)及角色管理模塊。其中，綜合概況模塊位于平臺(tái)首頁(yè)，如圖5所示。界面左上角顯

示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，包括設(shè)備數(shù)量、報(bào)警量和日總用電量統(tǒng)計(jì)；右上角設(shè)置實(shí)時(shí)報(bào)警提醒，報(bào)

警提醒下方的報(bào)警記錄里詳細(xì)記錄了故障設(shè)備的位置、故障時(shí)間、報(bào)警類(lèi)型及處理狀態(tài)。處于正下方界面的數(shù)據(jù)概覽圖可以直觀顯示各個(gè)廠區(qū)的當(dāng)日能耗及日均能耗對(duì)比圖。能源監(jiān)測(cè)模塊包括綜合電力監(jiān)測(cè)和一次接線圖/3D圖兩個(gè)部分，可以從多個(gè)角度的圖表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力數(shù)據(jù)。電力能源分析模塊通過(guò)對(duì)比分析、用電計(jì)算、電能質(zhì)量分析三個(gè)部分，逐步漸進(jìn)，

深度分析電力數(shù)據(jù)，為提高用電效率提供基礎(chǔ)。

3.3報(bào)警管理模塊

報(bào)警記錄分為報(bào)警記錄、報(bào)警分析、推送配置三個(gè)部分。報(bào)警記錄的界面如圖6顯示，

顯示報(bào)警的設(shè)備所在廠區(qū)、設(shè)備名稱(chēng)、安裝位置、報(bào)警類(lèi)型、報(bào)警級(jí)別、報(bào)警時(shí)間及處理狀

態(tài)。報(bào)警分析里面會(huì)詳細(xì)分析設(shè)備故障情況及報(bào)警數(shù)據(jù)，分析故障原因。在報(bào)警推送配置方

面，軟件系統(tǒng)存在平臺(tái)告警、微信告警和短信告警三種告警方式。系統(tǒng)會(huì)在平臺(tái)實(shí)時(shí)展現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)智電力采集終端報(bào)警閾值，將*級(jí)報(bào)警信息推送至不同的用戶(hù)手機(jī)和微信中。接收告警的用戶(hù)需要到現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)故障設(shè)備，及時(shí)處理故障問(wèn)題，并填寫(xiě)消缺記錄，完成安全閉環(huán)管理。

3.4設(shè)備管理和運(yùn)維管理模塊

設(shè)備管理包括設(shè)備列表、設(shè)備全生命周期和設(shè)備高效管理。設(shè)備列表如圖7所示，用戶(hù)可以在左上方下拉列表里篩選設(shè)備所在廠區(qū)，查看設(shè)備名稱(chēng)、型號(hào)及運(yùn)行天數(shù)，還可以查看設(shè)備的壽命異常狀態(tài)。設(shè)備的全生命周期如圖8所示，界面全方面覆蓋設(shè)備的周期信息，包括設(shè)備基礎(chǔ)信息、關(guān)鍵參數(shù)、電力數(shù)據(jù)監(jiān)控、壽命曲線、運(yùn)維記錄和告警記錄。界面結(jié)合曲線圖和表格，便于用戶(hù)提取設(shè)備關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)籌管理和高效管理。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.4系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

2）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。

3）詳細(xì)電參量查詢(xún)

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。