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行有嘉环保用电监控

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1.1 项目背景

蓝天保卫战是污染防治攻坚战的重中之重。2013年国务院发布了“大气十条”,2017年“大气十条”第一阶段目标全面完成。紧接着,2018年国务院出台了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》。几年来,各地区、各部门共同努力,抓了一些行动计划里提出的关键举措的落实。经过三年的不屑努力,蓝天保卫战计划圆满收官。

生态环境部部长黄润秋在记者会上说到:“从全国情况来看,全国2020年PM2.5平均浓度为37微克/立方米,比2015年下降了28.8%,优良天数比例达到了87%等。以北京市为例,2020年,北京去年PM2.5浓度是38微克/立方米。而2015年的PM2.5浓度是80微克/立方米。接下来,2016年降到73,2017年降到58,顺利实现大气治理第一阶段目标‘京60’。接着,2018年降到51,2019年降到42,到2020年降到38。从2015年的80降到2020年的38,降低幅度达52.9%。再说重污染天气,北京2015年的重污染天气是43天,去年是多少天?是10天,下降近80%。”黄润秋部长还说,“北京蓝”又在逐渐成为常态了。

在环境治理取得如此耀人成绩的同时,让这个常态不断延续下去,这就要加我们环保部门加强对重点涉污企业加强监管。针对时下部分企业存在应付检查,环保治理设备运用不到位的情况,国家也相应出台了一些列法律法规来杜绝此类现象的发生,例如:

《中华人民共和国大气污染防治法》

第二十条第二款 禁止通过偷排、篡改或者伪造监测数据、以逃避现场检查为目的的临时停产、非紧急情况下开启应急排放通道、不正常运行大气污染防治设施等逃避监管的方式排放大气污染物。

第二十四条   重点排污单位应当安装、使用大气污染物排放自动监测设备,与环境保护主管部门的监控设备联网,保证监测设备正常运行并依法公开排放信息。

我们的环保部门同时也需要加强对涉污企业的检查与管理,落实好环境治理新举措,切实保护好环境治理的成果,

1.2 建设目标

目前我国对排污企业主要的实时在线监管手段,然而这种监控手段存在一些弊端:

通过物联网和大数据的技术,辅助环保监管部门强化对排污企业的治理管控,多措并举、加强协同,确保完成空气质量巩固提升目标任务,不断提高大气污染防治工作整体水平,持续改善环境空气质量,巩固好蓝天保卫战的丰硕战果。

1、将众多小型排污企业未纳入监管范畴

原先在线自动监控仪器设备需要排污企业出资购买,一套设备至少几十万,而且企业每年还需要出资向具有资质的第三方运维单位购买运维服务,保证设备正常运行。对于中小型排污企业来说建设和运维成本过高,企业无力承担。通过在线监控系统可以覆盖90%以上的目前缺乏科学有效监管手段的企业。

2、加强对排污治污的过程监管

通过在线监管手段实现对排污企业排放源的监测,同时对治污设施关闭、空转、低频运转等情况进行监测以及对比分析,通过数据比对以及异常告警等方式保障企业治污的行动落实。

3、可以完成特殊时期监管任务

根据“大气污染防治行动计划”、“蓝天保卫战”等政策要求,在特殊时期(如重污染天气应急期间、北方秋冬季供暖时期等),部分行业的排污企业需要通过停产限产的方式落实减排任务。以前由于缺乏科学有效的技术手段,监管部门对负有减产任务的排污企业无法及时的监督预警,直接影响了辖区大气污染防治任务的落实完成。通过在线监测系统能够实时对企业的生态运营状况有清晰的了解,方便环保部门完成监管任务。

1.3 建设方案

建设一套工况用电监测系统,根据工艺设计对反映固定污染源生产设施、污染物治理设施运行状态的电气参数(如:电流、电压、功率、电量等)进行监测的全部设备和信息系统。用于帮助环保监管部门掌握生产设施和治理设施的运行情况、污染治理及排放情况、污染源停限产及错峰生产情况等信息,是污染源自动监测系统的组成部分。

工况用电监测系统平台软件集数据采集、数据处理、数据分析、数据展示、数据统计、安全报警于一体,为环保监管部门提供全方位的监控和统计。主要功能是通过计量仪表、工控系统、管理系统等采集、汇总涉污企业生产设施以及污染治理设施的运行状态,将数据上传至管理监控端,通过在线实时监测实现企业监管。


行有嘉环保用电监测.png

行有嘉环保用电监测系统低质.jpg


方案架构图示

行业适用.jpg

运用领域


第2章 设计方案说明

2.1 设计依据

规程

内容

GB20840.3

互感器   第3部分:电磁式电压互感器的补充技术要求

GB20840.2

互感器   第2部分:电流式互感器的补充技术要求

GB1208

电流互感器

GB3100

国际单位制及其应用

GB3101

有关量、单位和符号的一般原则

GB3102.1

空间和时间的量和单位

GB4208

外壳防护等级(IP代码)

GB4793.1

测量、控制和实验室用电气设备的安全要求

GB/T6587

电子测量仪器 基本安全试验

GB/T13850

交流电量转换为模拟量或数字信号的电测量变送器

GB/T16706

环境污染源类别代码

GB/T17214

工业过程测量和控制装置的工作条件

GB/T 2423

电工电子产品环境实验 2部分:实验方法

GB/T 17215.211

交流电测量设备   通用要求

GB/T 17215.321

交流电测量设备 特殊要求

GB/T16705  

环境污染源类别代码

HJ212

污染物在线监控(监测)系统数据传输标准

HJ477

污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求

HJ2000

大气污染治理工程技术导则       

HJ660

环境监测信息传输技术规定

HJ608  

污染源编码规则

HJ524

大气污染物名称代码

HJ75

固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测技术规范

行有嘉环保用电监测低质.jpg

2.2 设计原则

2.2.1 实用性和可行性

主要技术和产品具有成熟、稳定、实用的特点,且实用性放在首位,便于用户使用、系统管理。

2.2.2 先进性和成熟性

系统设计采用超前思维,先进技术和系统工程方法,并注意思维的合理性,技术的可行性,方法的正确性。不但能反映当今的先进技术和理念,而且具有发展潜力,能保证未来若干年内占主导地位。先进性与成熟性并重,并考虑到近年来的应用发展特点,我们把先进性放在重要位置。

2.2.3 开放性与标准化原则

应用平台是一个开放的且符合业界主流技术标准的系统平台,并使网络的硬件环境,通信环境,软件环境,操作平台之间的相互依赖小。

2.2.4 可靠性和稳定性

系统设计在考虑技术先进性和开放性的同时,同时从系统结构,技术措施,系统管理等方面着手,确保系统运行的可靠性和稳定性,达到最大的平均无故障时间。

2.2.5 可扩展性及易升级性

为适应应用不断拓展的需要,应用平台的软硬件环境设计具有良好的平滑可扩充性。

2.2.6 安全性和保密性

在应用平台设计中,我们充分考虑信息资源的共享,并注意信息资源的保护和隔离,分别针对不同的应用和不同的网络通信环境,采取不同的措施,包括系统安全机制、数据存取的权限控制等。

2.2.7 可管理性和可维护性

整个应用平台是由多个部分组成的较为复杂的系统,产品的选择与设计便于系统的日常运行维护和管理

第3章 总体设计方案

3.1 总体架构设计

重点用能单位平台的架构设计遵循平台化、组件化的设计思想,采用统一的数据交换、统一的接口标准、统一的安全保障。总体上采用SOA架构模型。各种服务按多层模式组织,这种多层架构可以搭建松散耦合、易于复用、可扩展性强的应用,除了方便软件开发的组织和实施外,亦便于日后系统的维护和扩展。SOA架构模型则可以更好地满足系统的组件化、互操作、模块化、可伸缩等特性,实现当前或今后应急信息化建设中更多的资产重用,快速响应业务需求变化,SOA架构具有的规范统一性和高度的开放性可以保证集团安全体系信息化建设的不断扩展。

系统由下至上为三层主框架:数据服务层(细分为数据访问层和数据层)、业务层(细分为业务支撑层和业务应用层)及用户展现层(细分为展现层和用户层)。

3.2 数据架构设计

数据架构=技术选型+存储格式+数据分布。

对于很多集成系统,数据需要在不同的系统之间传递、复制、暂存,这往往要涉及不同的物理机器;也就是说,如果需要,可以把数据存放在物理架构之中考虑,以便体现集成系统的数据分布与传递特征。

数据架构设计包含的核心设计任务是:

1、 持久化技术选型

2、 数据存储格式

3、 数据分布策略

常见的持久化技术有:关系数据库、实时数据库、Flash、一般文件、分布式文件系统等。

3.3 系统接口设计

接口设计包括三个方面:

一、用户接口

用来说明将向用户提供的命令和它们的语法结构,以及软件的回答信息。
二、外部接口

用来说明本系统同外界的所有接口的安排包括软件与硬件之间的接口、本系统与各支持软件之间的接口关系。
三、内部接口
用来说明本系统之内的各个系统元素之间的接口的安排。

环保用电监测联网流程.jpg

3.4 安全体系设计

安全体系结构描述的是一个系统如何组织成一个整体以满足既定的安全性要求。

安全体系结构由以下四方面构成:

1) 详细描述系统中安全相关的所有方面。这包括系统可能提供的所有安全服务及保护系统自身安全的所有安全措施,描述方式可以用自然语言,也可以用形式语言。

2) 在一定的抽象层次上描述各个安全相关模块之间的关系。这可以用逻辑框图来表达,主要用以在抽象层次上按满足安全需求的方式来描述系统关键元素之间的关系

3) 提出指导设计的基本原则。根据系统设计的要求及工程设计的理论和方法,明确系统设计各方面的基本原则。

4)提出开发过程的基本框架及对应于该框架体系的层次结构。描述确保系统安全需求的整个开发过程的所有方面。

3.5 运行平台设计

通过引进有助于能耗信息化发展的新技术,通过增加能耗监测现场端配套工程建设,综合提高物联网感知能力,为重点用能单位平台的普及应用奠定基础环境。从顶层设计出发,建设统一应用支撑系统,建立统一的基础服务框架,用来解决应用框架不统一,应用逻辑不便于维护等问题,以适应不断变化的业务需求。同时对能耗数据进行统一规划,实现数据管理从信息孤岛到资源共享的转变;建立统一的能耗信息资源目录体系,确定能耗信息资源开发利用及共享机制,实现信息资源在不同企业之间互联互通,为相关部门协同监督监管和领导的科学决策提供支持。认真履行能耗监测工作职责。

3.6 用户权限设计

系统具备用户权限管理功能,根据不同用户,可分配不同等级的系统使用权限,实现分级管理,能够动态配置用户的操作权限,防止非法或越权使用本系统。客户端用户管理,以权限组为基本单位,每个权限组可包含多个设备和多个用户。

第4章 详细设计方案

4.1 现场端监控系统功能设计

4.1.1 数据采集

监测设备与数采仪之间采用无线通讯方式组网,可采用LoRa、宽带载波、RS485、红外等技术,数据采集仪与中心端监控系统之间通讯支持GPRS、以太网等方式,但平台端具有远程管理现场端通讯或采集模块功能,现场端数据通讯或采集装置(DTU通讯模组或数采仪)须支持平台端反控和状态可查。

4.1.2 数据迁移

为保证现场端数据采集的稳定、持续及完整,数据采集设备在维护更换时,历史数据支持备份还原。

4.1.3 数据存储

存储单元具备断电保护功能,断电后所存储数据不丢失,数据存储时间90天,可通过磁盘、U 盘、存储卡或专用软件导出数据。监测设备接收到下发的初始化命令后,应对硬件、参数区、数据区初始化,参数区置为缺省值,数据区清零或清除。命令执行时,监测终端应保证初始化事件记录不被清除。

4.1.4 数据传输

与中心端监控系统的通讯协议应符合HJ 212 标准要求,并符合本技术指南“6.信号采集与传输”部分的相关要求。

4.1.5 数据设置和查询

监测终端可通过现场端数据采集仪查询实时数据、事件告警信息;设置和查询配置参数、限值参数、通信参数等,可查询监测终端硬件版本号和软件版本号。

4.1.6 安全管理

具有安全管理功能,操作人员需登录工号和密码后,才能进入控制界面。安全管理功能为二级系统操作管理权限。

4.1.7 自动恢复

设备开机应自动运行,当停电或设备重新启动后,无需要人工操作,自动恢复运行状态并记录出现故障时的时间和恢复运行时的时间。

4.1.8 运行指示

设备有电源、运行、故障、状态的运行指示。

4.1.9 后备电源

设备配备后备电源,当外部电源停止供电后,后备电源可以持续供电,持续工作时间不低于6小时;外部电源正常供电时,可以对后备电源充电。

4.2 中心端监控系统功能设计

4.2.1 中心端监控系统基本功能设计

中心端监控系统可以统一对现场监测设备进行管理,更改配置参数、调整采集频率、设置产污、治理设施与现场监测设备的关联关系。

数采仪将数据上传至中心端监控系统后,中心端立即对数据进行预处理,根据上报的电压、电流、功率因数、功率等数据进行数据稽核,剔除异常数据后将数据推入待处理队列。数据处理模块从待处理队列提取数据后根据关联关系判定生产设施、治理设施的启停状态,并根据设备的主备关系、运行周期综合得出治理设施异常关停的结论。

对于停限产、削峰等用途的监测设备,应能使用设备运行功率判断启停状态,使用定义的时段用电量判断周期运行情况,使用划分监测设备群组的方式判断一组监测设备的停运比率,进而得出停产、限产、削峰等指令执行情况的判定结论。

中心端监控系统具有治污设备运行异常、停限产执行异常、削峰绩效的统计功能,可以查询发生异常的排污单位名单,并能通过图表的形式直观表达异常发生时的情况。同时提供异常排污单位填写异常发生原因、对异常情况进行说明的功能。

中心端监控系统可以对各地区已安装监控设备的排污单位进行统计、通过地图的形式展现排污单位分布情况、查询排污单位信息。可以对各排污单位、生产设备、治理设备的用电数据进行查询,可以按地区、行业进行统计、对比,可导出数据报表,可以对登录系统的账号进行管理、分配使用权限。

4.2.2 档案管理

中心端监控系统可对排污单位、生产设备、治污设备、采集点、数据传输仪、监测点及生产设备与治污设备,生产设备、治污设备和监测点关系,并对生产设备、治污设备设置过程异常报警阈值和判定规则、算法,数据传输仪上传数据要满足《 污染物在线监控(监测)系统数据传输标准》(HJ212)及相关监测因子要求,包括:设备唯一标识(MN)、系统编码(ST)、电气类工况监测因子(TN)等。

企业基本信息备案:登记排污单位的基本档案信息,包括单位名称、统一社会信用代码、法人代表、注册资金、联系人、联系电话、地址、经纬度、经营范围、主要产品等内容。

数据采集传输仪信息备案:录入排污单位的数据采集传输仪,包括数据采集传输仪、企业总表信息、企业用电信息等内容。

生产设施信息备案:录入排污单位的生产设施信息及监测点信息,生产设施信息包括生产设施名称、设施类别、负荷启停阈值等;监测点信息包括监测设备类别、名称、设备功率、污染源种类、排放形式、排口类型等,并将监测点设备与数据采集传输仪进行关联。

污染治污设施信息备案:录入排污单位的污染治理设施信息及监测点信息,污染治理设施信息包括污染治理设施名称,治污染治理设施类别、污染治理设施额定功率、污染治理设施主备用关系等,并将生产设施与污染治理设施相关联。监测点信息包括监测设备类别、名称、功率、启停功率判断等,并将监测点设备与数据采集传输仪进行关联。


4.2.3 数据接收

中心端监控系统可接收现场端上报的数据,对数据进行解析校验、保证数据的准确性。

中心端监控系统可对现场端缺失的数据进行补采,向现场端发送反控命令,由现场端补传相关数据。

4.2.4 数据预处理

现场端采集设备数据上传至中心端系统后,中心端应对数据进行预处理,包括数据稽核,异常数据剔除等。

4.2.5 数据查看

中心端监控系统可查看接入企业现场端上报的实时数据,并可查看历史上报数据,展示方式包括表格、折线图、柱状图等。

4.2.6 数据统计

可对各地区已安装监测设备的排污单位数量进行统计,对排污单位用电情况进行汇总,可以按地区、行业进行统计、对比,可导出数据报表。

展示监控数量:展示监控企业总数量、产污设施数量、治污设施数量、监测点数量。

综合统计:展示区域内用电监控的综合信息,包括排污单位按地区分布、近30天各区域异常排名情况、近30天总电量趋势图,以及近30天检查情况等。

可逐层查看详细信息,可查看处于正常、停产、限产企业数量;可按机构、行业查看企业数量、产污设施数量、治污设施数量、监测点数量;对于监测点数量,可以查看总数、运行、停用、调试数量。


4.2.7 数据计算与分析

中心端监控系统根据排污单位档案对监测点数据进行清洗、计算、分析和判定,对异常数据产生报警。

根据数据关联关系判断生产设备、治污设备的启停状态,并根据设备的主备关系、运行周期综合得出治污设备异常关停的结论。

对于停限产、削峰等用途的监测点,应使用设备运行功率、用电时段、监测点群组停运比率,综合分析判断治理设施运行、停产、限产、削峰等指令执行情况。

应具有治理设施运行异常、停限产执行异常、削峰绩效的统计功能,可以查询发生异常的排污单位名单,并能通过图表的直观表达异常发生情况。

4.2.8 异常告警

中心端监控系统可实时推送现场监测点和中心端监控系统的报警内容,对出现污染治理设施异常企业、大气污染管控异常企业进行实时告警。

系统支持采集表计电压、电流、功率、功率因数等实时数据,可进行阈值设定,可对用电负荷异常、三相不平衡等情况及时报警,并以弹框、语言播报、移动端消息推送多种方式及时推送给相关人员,降低事故发生几率。

4.2.9 异常填报

中心端监控系统可支持排污单位填写异常发生原因、对异常情况进行说明。

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4.2.10 辅助决策

中心端监控系统通过对工况用电监控的数据分析,为环保局辅助决策提供数据支撑。

采用大数据分析算法,实现对电能各项指标的综合分析,包括:对变压器负载率、效能百分比、电流不平衡度、电量峰谷比、电压合格率、用电安全等6个不同方面。

通过持续的分析并自动下发建议,保证建筑的电力系统整体稳定运行,从而有效提升电力管理人员的管理效率。

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