天津市工況用電監控系統的設計與功能分析

劉佳泓 李曉曼 孫猛 楊繼東 張瑩 郜計欣

(1.天津市生態環境監測中心 天津 300384;2.天津天濱同盛環境技術工程有限公司 天津 300384;3.中海油天津化工研究設計院 天津 300131)

近年來，我國持續加大生態環境保護力度，生態環境質量有所改善。“十一五”到“十三五”期間我國大力開展國控重點污染源自動監控網絡建設，將提高環境質量，加強生態環境綜合治理，加快補齊生態環境短板，作為當前核心任務。2015年國家電網依據標準推動智能電能表應用于用電信息采集系統建設，而在國外，用電信息采集系統研究較早，西方的一些國家1980年開始就將用電信息采集系統應用到電力行業。天津市將電信息采集系統應用到工況用電上，通過電力監測裝置采集電壓、電流信號并對各項指標進行分析計算后與物聯網技術相結合建設工況用電監控系統，從而彌補監測部門無法對中小型企業污染防治設施有效監管的不足,助力生態環境質量改善，為打好污染防治攻堅戰提供有力支撐[1-2]。

1 系統的建設目標與結構設計

1.1 系統的建設目標

建設具備電量數據采集、匯總、傳輸、接收、儲存、分析、展示等多種功能的工況用電監測系統的目標是，站在“用電分析”的角度摸清各個污染源企業的生產、污染防治環節的關聯關系；通過采集上傳企業生產、污染防治設施用電量，實現對污染源企業（尤其是中小型污染源企業）生產設施、污染防治設施的工況用電遠程監控，同時也可以為重污染天氣應急監管等提供精準技術支持，真正實現環境問題的“防”與“治”的有效結合[2]，為環境保護部門準確掌握污染企業的生產規律提供有效技術手段[3]。

1.2 系統的結構設計

工況用電監測系統由監測終端和系統平臺兩部分組成，具體內容見圖1。

圖1 天津市工況用電監控系統組成

1.2.1 監測終端

監測終端通常采用串接型監測終端和互感器型監測終端，監測參數包括三相電流、三相電壓、有功功率和電量。在不影響企業生產情況下通過對生產設施和污染防治設施進行監測參數數據采集和匯總后傳輸到系統平臺。

1.2.2 系統平臺

系統平臺是對監測終端傳輸數據進行接收、分析、儲存、展示的管理系統，該系統的總體結構為基礎網絡環境、數據庫建設、應用系統。

（1）基礎網絡環境是系統建設所需要的硬件環境、網絡環境和工作環境。采用的Web服務器操作系統為linux CentoS 6.5；數據庫為Oracle11g 或Oracle12c ；數據庫服務器操作系統為linux CentoS 6.5。

（2）數據庫的建設主要是為平臺應用系統提供數據支撐。各區平臺自行建立數據中間庫向市局平臺傳輸企業基本情況、生產工藝、監測點、治污備用組、生產治污、報警信息處理、預警指標管理、預警指標生產企業、應急啟動、企業生產線工藝和設備的停產情況、監測數據、報警等信息。天津市數據庫通過環保專網讀取各區數據中間庫的業務數據，并定時每天抽取數據。

（3）應用系統主要包含5 塊子系統，即情況總覽、報警信息、應急管控、綜合統計分析、管理應用。其中，情況總覽系統主要展現問題企業數量及企業報警信息分布情況；報警信息系統通過對各類報警模式進行分析，對超標排污、治污不利、限產不達標等信息發出報警；綜合系統對用電量環節及報警趨勢進行分析；統計分析系統則是對企業報警情況進行匯總統計；應急管控系統是對應急過程中對企業執行情況進行監督。

2 系統平臺的功能分析

天津市工況用電監測系統平臺中的5塊子系統中共包含企業基礎信息、用電信息、報警信息、應急啟動、應急報告、報警處理情況統計等23個功能模塊。各子系統的具體功能模塊見圖2。

圖2 天津市工況用電監控系統功能圖

2.1 情況總覽系統

情況總覽系統可以通過首頁對采集的電量數據進行宏觀上展現，使電量監控企業、限產企業和問題企業的數量一目了然，同時也可通過企業視角展現每個企業的企業信息、工藝流程、排污曲線、負荷曲線及報警信息等。

2.2 報警信息系統

報警信息系統的主要功能是當企業污染防治設施與生產設施未同時開啟，或污染防治設施因某些原因未正常開啟時，系統通過監測終端采集到的用電數據對企業各生產線上生產、污染防治設施的關系及運行周期進行智能分析得出污染防治設施異常關停時段，從而提取異常數據進行報警。主要分為實時報警和歷史報警。

2.2.1 實時報警

實時報警分為兩種情況：一種是對生產、污染防治設施運行異常、減排不利、限產不達標的企業進行報警；另一種是對聯網異常或由于停電、設備故障、人為破壞或其他情況進行報警。

2.2.2 歷史報警

歷史報警系統是從企業用電情況、停限產情況、減產減排情況、生產負荷情況、投運率等多角度進行數據邏輯關系分析，為綜合系統中報警趨勢及企業報警排名等提供依據。歷史報警系統也可以對治污不利、停限產不達標等歷史報警信息是否已處理進行記錄并標注處置理由，從而使報警處理情況更清晰具體。

2.3 應急管控系統

應急管控系統可實現重污染天氣下企業是否嚴格落實“一廠一策”應急措施的遠程監管要求。可預先將“一廠一策”措施錄入監控平臺，在重污染天氣應急響應期間，通過企業用電情況精準分析判斷應急措施落實情況。對于未落實應急措施的企業，系統會進行報警，為環境執法提供線索。重污染天氣應急響應期結束后可在系統生成并導出重污染天氣應急效果評估報告[4]。

2.4 綜合統計分析系統

綜合統計分析系統按功能可分為兩大類：一是通過收集到的各區企業分布信息、用電量信息及報警信息等進行綜合分析，然后對各區以上信息情況進行排名通過曲線圖及柱形圖等對排名結果進行宏觀展示；二是將企業報警情況、應急預案達標情況及用電情況等進行歸納匯總，最終以報表的形式展現各區企業情況，報表展現出的數據結果可以通過導出的方式保存為Excel或Word文檔。

2.5 管理系統

管理系統主要是對系統權限以及相關設置進行后臺維護與管理，包括系統監控模塊、個人管理模塊、機構用戶模塊、系統設置模塊、報警規則模塊、摸底排查模塊。系統監控模塊主要對日志內容進行管理；個人管理模塊可對用戶信息和用戶密碼進行修改；機構用戶模塊可以實現用戶的新增與刪除；系統設置模塊可以對系統顯示界面的菜單和不同級別用戶進行系統相關功能使用權限的設置；報警規則模塊主要是針對報警處理人制定的管理設置；摸底排查模塊則是可以實現對企業基本信息和企業設備信息等進行手動錄入及修改的功能。

3 系統的作用和特點

工況用電監測系統結構緊致、智能化程度高，實現了從數據源的收集、儲存、處理、可視化到監控的過程[5]，其建設進一步推動了企業污染治理設施的規范化運行，提升了環保監管的效率，也為企業環保設施的信息化管理提供有效的技術支持。通過建立對企業從生產、治污到排污的全過程監控模式，改善了由于工業污染源企業眾多、企業分布廣泛、企業工藝流程大不相同而引起的現場檢查工作量大等問題。同時也可實現環保部門對企業的遠程智能化監管，解決環境監管效率低的難題[6]。

4 結語

天津市工況用電監測系統的建設，實現了排污單位生產設施及污染防治設施用電量的數據采集、管理、報警、查詢、統計、分析等功能，用電監測數據也可以做到“可評價、可統計、可分析”。伴隨著物聯網大數據、人工智能的發展與應用，工況用電監控系統作為創新環境監管模式，不僅提升了環境監督與管理的水平，同時也為實現科學精準執法提供可靠依據。