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大口径水表远传监测技术在武汉智慧水务中的探索
更新时间:2016-12-21 来源:中国水星武汉水务集团通讯员 作者:钱进

  伴随城市“智慧供水”体系的构建,武汉市水务集团有限公司围绕以人为本、以需求为导向先后建设了营业收费系统、供水管网GIS系统、生产调度SCADA系统等多个管理信息系统,并按管理需求不同形成了四大管理功能平台——生产运行管理平台、对内服务平台、对外服务平台、信息管理平台。目前各平台间已实现数据交换,生产运行管理平台与对外服务平台及其各个管理子系统间均已实现数据的互联和共享。

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  遵循“适度超前、循序渐进”的建设原则,武水集团于2009年元月启动了大口径水表远传监测的试点和设备选型工作。经过近四年的技术论证和产品定型,2013年3月正式转入大口径水表远传监测站点的全面建设阶段。截止2016年9月,武水集团在全市范围内已设置大口径水表远传监测点5156个,基本覆盖了水表口径≧DN50mm的规模以上用水户。

  2015年3月,武水集团将远传监测技术的应用范围从监测分析延伸到远传算费结算的层面,实现了营业收费系统对远传监测对象的远程算费结算功能。截至2016年9月30日止,通过营业收费系统远传结算的规模以上用水户已达5058家,累计结算水量4.07亿立方米,约占武水集团同期售水总量的55.2%。拟开通远传结算功能的规模以上用水户的数量还在不断增长。

  2016年6月,武水集团再次将大口径水表远传监测技术的应用范围从计量分析研究延伸到对DMA分区计量和居民小区管网漏损的课题研究领域,为系统的推进武汉市供水管网治漏降耗综合治理工作做好准备。

  一、大口径水表远传监测设备的数据采集和回传、结算机制简介

  武水集团目前使用的大口径水表远传监测设备是由浙江和达科技有限公司研发生产的H86B(GSM制式)和H87B(CDMA制式)型遥测终端机。计量仪表包括了武汉市汉水科技有限公司生产的垂直、水平螺翼式脉冲机械水表和电磁、超声波流量计。

  大口径水表远传监测设备每天以零时零分为基准时点,遥测终端机每间隔15分钟向脉冲水表(流量计)采集并储存1次实时水量数据;每隔4小时向武水集团大口径水表远传监测平台服务器上传1次监测数据和设备工况数据,24小时内共发送6次。如果数据回传不成功,则在下一个时段自动补发。监测设备采集到数据均以暗码加密的方式进行传输。

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武水集团大口径水表远传监测设备组件连接示意图

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武水集团大口径水表远传监测与营销结算系统组成示意拓扑图

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大口径水表远传监测、水费结算、用户查询平台功能简介

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武水集团大口径水表远传监测平台预、报警功能页面展示

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武水集团大口径水表远传监测平台单点位分析功能页面展示

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武水集团大口径水表远传用户查询平台查询功能页面展示

  二、大口径水表远传监测技术在供水设施管理中的应用

  应用一:利用监测平台的“离线”和“零水量”报警功能,保障水表及附属设施的安全运行

  以往对水表及其附属设施工况的巡检工作,主要是依靠供水营销员和巡检人员在巡检周期内完成,通常巡检周期为25-30天。现在利用好监测平台的“离线”“零水量”报警功能,就能有针对性的到达现场进行处置,从发现到处置完毕所需的时间一般不超过24小时。

  【事例1】2014年7月1日,监测平台报警提示:某医院一块DN150mm水表处于离线状态。

  工作人员赶到现场后发现离线故障是由于道路改造的施工单位擅自将水表井室损毁,采取混凝土硬化并加盖大理石景观盖板造成供水设施和监测设备被掩埋而引起的。辖区营业所当天对水表井室进行原样恢复。

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  【事例2】2016年3月15日,监测平台报警提示:位于某企业一块DN100mm水表于凌晨四点开始处于离线状态。

  工作人员赶到现场后发现离线故障是由于高架桥下道路施工方占用非机动车道并用钢板完全埋压水表井,造成信号无法发送造成的。在吊开钢板后,发现水表井室已被施工机械破坏,水表的示数器遭到破坏,无法正常读数。

  辖区营业所当即更换了水表并修复了水表井室,同时向施工方依法予以索赔。次日,工作人员将现场处置的情况以及监测平台中报警信息、报警前后水表流量数据变化情况,通过图表等方式及时通知用水户,避免了因野蛮施工造成水表损坏而引起计量纠纷。

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  应用二:利用监测平台“零水量”和“水量持续下降”的预警功能,及时发现并处置故障水表

  【事例3】2015年3月6日,监测平台预警提示:某大学一块DN200mm水表出现“连续5天水量递减”现象。

  工作人员立即联系学校询问用水情况,学校称学校内部用水设施和管道正在检修,水量减少属于正常现象。3月15日系统再次提示水表处于“零水量”状态,校方称可能是由于内部检修后表后闸门没有开启造成的。工作人员随即赶到现场用听漏棒判断是否属实。检查发现管道内有水流共振但水表指针停走,断定是水表出现故障,立即组织连夜更换。水表更换后运行平稳且日用量一直稳定在6500立方米左右。随后工作人员将两次系统报警记录和监测水表故障前、后流量的变化情况通过图表方式提供给校方确认,校方确认无误后补缴了水表出现故障期间的水费,挽回了不必要的损失。

  应用三:利用监测平台的“数据分析”功能判断水表运行状态,给计量设备选型提供依据

  规模以上用水户受季节因素和行业景气程度,用水需求变化大,容易出现大表小流量和小表大流量的现象。利用监测平台的数据分析功能,工作人员可以清晰分析水表运行工况与用水需求的匹配度,合理选用计量设备。

  【事例4】辖区营业所在更换某企业的一只DN100mm水表时发现,其水表叶轮转动部件的磨损特别严重。

  通过调阅监测平台中流量变化曲线和区间水量数据,工作人员发现该企业季节性用水特征明显,生产旺季时水表有45.25%的运行时段属于大流量过载运行;淡季时水表又贴近分界流量线运行,需要更换大量程比的表型来提高匹配度。经过系统匹配,辖区营业所将该企业使用的水平螺翼式机械水表更换为了直通式电磁水表,更换后水表内部摩擦系数减小运行平稳。

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  【事例5】工作人员在分析某大学学生公寓刚新近更换的一只DN200mm水表,发现虽然暑假开学后水表总流量与往期相比变化不大,但存在短时间特大过载流量的现象,监测平台显示Q4以上流量比值达到了58.8%超出水表量程。

  工作人员经分析,判断出现该状况与二次转压泵房有关,在辖区营业所减小闸门开度实施限流措施后,水表运行正常。

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  三、大口径水表远传监测技术在水质管理中的应用

  应用四:利用监测平台“水表倒流”报警功能,确证供水水质安全

  【事例6】2015年1月4日,监测平台报警提示:由多路水源供水的某直属高校其一块DN150mm水表在凌晨0点至2点期间出现自来水倒流现象。

  工作人员调查发现由于学校擅自调节校区内串联管网的区间闸门,引起泵房后供水压力大于市政管网供水压力,造成了校区内管网中少量自来水倒流到城市管网。辖区营业所随即提取校区周边管网水样,经过水质检验未发现异常后立即通知学校恢复闸门状态并在回流水表后加装了单向逆止阀。

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  四、大口径水表远传监测技术在营业管理中的应用

  应用五:利用监测平台的“零水量”报警功能,打击盗窃用水行为

  由于以往人工巡检周期长,对某些恶意窃水用户损坏结算水表或者干扰结算水表正常计量现场取证存在一定困难,以往碰到抵赖的窃水户,往往只能采取警告制止的方式处置。窃水行为既造成了供水设施的损坏,也破坏了正常的营业秩序。现在利用好监测平台的“零水量”报警功能,就能及时发现并有针对性的进行处置,确保供水企业的合法利益不受侵害。

  【事例7】2014年9月4日8:00,监测平台报警提示:某大型小区一块DN100mm水表在凌晨2至6点期间出现过长时间零流量状态。

  工作人员觉得情况异常随即现场核实,现场发现水表止码竟然小于监测平台中的远传读数,同时在水表钟罩外壳卡口上发现一道并不明显的压痕,怀疑存在干扰水表计量的嫌疑,工作人员立即拍照取证固化了证据。

  通过调取小区周边其他监测设备的流量数据确认了该区域在此期间没有停水施工,工作人员断定零流量报警应该是人为关闭过表前阀门或拔出传感器所造成的。通过观察远传监测设备在8点后连续回传的水量数据,对比报警前后的15分钟流量、30分钟流量等多时点流量数据没有差异,判定该小区确实存在窃水行为。辖区营业所随即通知稽查人员一并上门处置。在充足的证据面前,小区物业负责人承认了请人回拨水表止码,干扰水表计量的事实。

  五、大口径水表远传监测技术在供水服务延伸方面的应用

  应用六:利用监测平台数据分析功能为规模以上用水户提供“贴身服务”获赞誉

  武汉市共有高等院校83所、在校学生104万,是名副其实的“大学之城”。每年的8月底至10月初是武汉城市供用水的高峰期,也是各大高校陆续开学,返校、迎新的密集时段。如何在城市供水高峰期同时做好大学开学季270万流动人口的用水保障,对武水集团和各大高校后勤部门都是一个重大考验。

  以往为了能有效缓解高校开学季供水量激增给城市供水带来的巨大压力,集团所属制水、供水、调度、管网管理各相关单位都会调整生产计划,调动大量的人力、物力配合高校后勤部门做好应急保障工作。随着武水集团规模以上用水户的远传监测网络覆盖的全面形成,2016年高校开学季期间供水保障工作的严峻程度明显好于往年。

  按照“应急谋远”的工作思路,武水集团保供工作专班首先综合大口径水表远传监测平台、压力监测系统、水质监测系统提供的多项历史监测数据在开学前夕提前预判,形成了高峰期内用水困难用水户清单并制订了个性化的供水服务方案,做到一户一方案、一事一措施。同时安排供水服务窗口单位按照预判清单,有针对性的上门走访掌握学校内部供水设施现况,并为内部管网遗留问题较多、自动化控制程度差的校区免费加装了流量和压力监测设备。开学期间,工作专班根据三个监测系统提供的实时监测数据来调整水厂、中心转压站运行时间和参数。另外,供水服务窗口单位根据监测系统提示的预、报警信息,及时调动应急抢修队伍进行二十四小时贴身服务。

  【事例8】2016年8月23日11时,辖区营业所通过大口径水表远传监测平台进行设备巡检时发现,某高校实时流量数据突然下降为0,工作人员随即调阅了当日所有30分钟流量数据,数据显示学校从9:30起就出现了零流量现象。压力监测系统显示校区外城市公共管网供水压力值正常,而校区转压泵房泵前内部管网压力仅有0.02Mpa。

  营业所立即上门协助排查,经过排查清除故障后供水压力和流量得以恢复。校方领导对武水集团的贴身服务表达了谢意,并赠送了锦旗。

  【事例9】辖区营业所在监测平台上进行设备巡检时,发现解放军驻汉某部队用水量突然增大。

  工作人员怀疑是营区内部管网出现了漏水,同时立即将情况通报给了部队。部队称其正在外省开展拉练演习,营区内仅有少数值班干部和战士留守。辖区营业所工作人员随即主动上门配合部队战士进行排查。排查发现水量突然增大是由于某施工单位的挖掘机不慎将部队内管挖破造成的。辖区营业所协助部队对破损的管道进行了修复,并配合部队对肇事施工单位进行了追偿。部队领导返汉后,对武水集团的贴身服务表达了谢意,并赠送了锦旗。

  六、武水集团大口径水表远传监测技术在贸易结算中的应用

  应用七:将监测平台的监测数据用于营业收费系统水费结算

  2015年3月,武水集团实现了营业收费系统对远传监测对象的远程算费、自动结算。截至2016年9月30日止,通过营业收费系统远传结算的规模以上用水户达5058家,累计结算水量4.0772亿立方米,约占武水集团同期售水总量的55.2%。

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  通过监测平台远传算费后,集团预计可以减少抄表岗位供水营销员22名,节约人工成本支出近200万元/年。

  七、大口径水表远传监测技术在计量管理中的探索

  应用八:结合监测平台的监测数据分析功能用于计量管理课题研究

  【事例10】2016年8月19日,四台工业园区的一只DN100mm水平螺翼式水表更换为电磁水表后,出现用水量成倍突增的现象。

  由于现场不具备标定和串联标准表的条件,计量分析小组决定采取数据分析结合现场调查的办法对现象进行核实,查找原因进行分析。

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  经现场调查,该园区每年1至3月和6至8月园区内多数企业停产怠工、工人放假歇工,其间园区的生产和生活用水量均急剧减少。通过对大口径水表远传监测系统和营业收费系统2015年3月至2016年9月期间用水量数据进行汇总分析,发现其供水量同样呈典型的周期波动规律,并于现场调查的基本情况吻合。

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  为客观分析换表后日用水量的周期变化规律,小组分别对2016年8月5日至9月5日的日用水量与去年同期进行了对比,发现水量波动的周期规律基本相同,与更换表型并非绝对正相关。

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  通过对2016年3月24日至2016年9月5日期间的日用水量,结合换表前后计量变化情况、水表更换与园区供水总量变化进行的连续分析。计量分析小组确定电磁水表工作状态并非出现了异常,更换表型日期恰好临近园区用水波谷起始周期,才是造成了更换表型后水量突增近一倍假象的主因。

  通过计量管理分析发现并解决问题,不仅提高了解决问题的效率,同时避免了以往判断计量仪表故障需要反复拆表校验的人、财、物的浪费。

  八、大口径水表远传监测技术在漏耗分析管理中的探索

  应用九:监测平台的监测数据分析功能用于背景漏损计算的课题研究

  结合对小区供水设施现状和用户数量、用水规律调查的结果,通过调整大口径水表远传监测设备数据采样频率,缩短采样周期,选择合适的统计周期和实验方法,并采用合理的概率统计的方法,可以有效的将夜间净流量从夜间最小流量中分离出来。

  经过以上办法计算出来的夜间净流量接近或等于真实的背景漏损值。

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  九、大口径水表远传监测技术在营销服务网格化上的探索

  洪山营业所隶属于武水集团集团,现有职工100名,管辖21万余只水表,为武昌水果湖地区、洪山区、东湖风景区、东湖高新开发区、庙山地区的208万民众提供抄见、水费回收等供水营销与服务工作,服务面积达200平方公里。

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  2016年9月,该所已将1209家规模以上用水户的1442只大口径水表纳入了远传监测和自动计费结算范围。2016年洪山营业所已进入供水服务区域网格化规划试点实施阶段。供水服务区域网格化完全建立后将形成30分钟供水服务圈,有利于提高营业基础管理精细化水平和提高供水服务客户满意度指数。

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  十、武水集团大口径水表远传监测技术应用前、后KPI指标效果对比

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  大口径水表远传监测技术的应用不仅让供水从业人员从繁琐、基础的事务性工作中解放出来,去做更有意义和价值的事情,而且让处于水循环系统中的每个人都能通过感知与互联知道水是怎么来的,清楚用了多少,明白是怎么用掉的。

  当下,越来越多的供水企业借助移动互联和物联技术手段,通过在线监测设备实时收集供水系统运行过程中产生的各类数据,并借助大数据、云计算进行分析、调度和决策。由此可见,以更加精细和动态的方式指导和管理城市供水系统的生产、管理和服务全流程已经成为了现实。由对象和过程数字化为主要特征的数字化城市正在向智慧化城市转变。智慧水务作为智慧城市的重要组成部分,既是供水企业实现可持续发展的内在要求,也将是水务行业发展的必然方向。

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