智慧安全用電管理平臺(tái)

龐宏源

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

目前我國(guó)電氣安全現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，根據(jù)公安部消防局的火災(zāi)統(tǒng)計(jì)，2006年至2015年十年間，我國(guó)每年由于電氣故障引發(fā)的火災(zāi)起數(shù)占總火災(zāi)起數(shù)的比例在30%左右，占重特大火災(zāi)起數(shù)的比例基本在40%～50%之間。電氣火災(zāi)高發(fā)的主要原因是：老舊的線(xiàn)路無(wú)法滿(mǎn)足負(fù)荷要求，超負(fù)荷運(yùn)行使得絕緣加速老化，產(chǎn)生漏電；劣質(zhì)電氣產(chǎn)品的使用引起了火災(zāi)率的上升；供配電系統(tǒng)不完善導(dǎo)致電氣火災(zāi)事故[1]；不符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的施工、私拉亂扯引起的安全隱患等。易發(fā)生電氣火災(zāi)事故的場(chǎng)所包括：大型商場(chǎng)、超市、醫(yī)院、學(xué)校、養(yǎng)老院、酒店、賓館、公共娛樂(lè)場(chǎng)所、車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、歷史和文教建筑、勞動(dòng)密集型工廠(chǎng)、居民小區(qū)、城中村、?；髽I(yè)、易燃易爆倉(cāng)庫(kù)、木材加工廠(chǎng)等。

2017年國(guó)務(wù)院安委會(huì)決定在全國(guó)范圍內(nèi)組織開(kāi)展為期三年的電氣火災(zāi)綜合治理工作。從 2017年5月開(kāi)始至2020年4月分四個(gè)階段進(jìn)行電氣火災(zāi)綜合治理，各省市級(jí)相關(guān)部門(mén)陸續(xù)出臺(tái)了電氣火災(zāi)綜合治理工作方案。2017年8月浙江省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局和浙江省公安消防總隊(duì)聯(lián)合推出浙江省推廣應(yīng)用智慧用電技術(shù)的指導(dǎo)意見(jiàn)，就是根據(jù)國(guó)務(wù)院安委會(huì)關(guān)于開(kāi)展電氣火災(zāi)綜合治理工作的部署，切實(shí)發(fā)揮智慧用電技術(shù)在防范安全生產(chǎn)事故和火災(zāi)事故中的作用，改善浙江省用電安全環(huán)境，有效減少因電氣原因?qū)е碌母黝?lèi)安全事故。2018年四川省安全辦公室在關(guān)于推進(jìn)應(yīng)用智慧用電技術(shù)遏制電氣火災(zāi)等涉電安全事故的實(shí)施意見(jiàn)中，結(jié)合全省正在開(kāi)展的為期3年的電氣火災(zāi)綜合治理工作，指出要切實(shí)發(fā)揮智慧用電技術(shù)在防范火災(zāi)事故、減少涉電事故、遏制重特大生產(chǎn)安全事故中的作用，改善用電安全監(jiān)管服務(wù)。2017年公安部消防局在關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)中要求接入電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)或裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漏電電流、線(xiàn)纜溫度等情況；同時(shí)研發(fā)手機(jī)APP系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)控、立體呈現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)單位消防安全狀態(tài)，全面提升社會(huì)單位消防安全管理水平和消防監(jiān)督執(zhí)法效能。

1 傳統(tǒng)安全用電管理系統(tǒng)的弊端

傳統(tǒng)的安全用電管理系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：采用單一的監(jiān)控形式，各單位系統(tǒng)各自孤立，數(shù)據(jù)不共享，信息不互通；電氣安全管理仍以發(fā)生故障后的處置為主，缺乏主動(dòng)防范意識(shí)；依靠經(jīng)驗(yàn)判斷、人工管理方式，難以有效預(yù)防電氣安全事故的發(fā)生。因此，智慧安全用電管理平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用就顯得尤為重要，以最少的投入建設(shè)最優(yōu)的企業(yè)智慧安全用電管理系統(tǒng)。

2 智慧安全用電管理平臺(tái)業(yè)務(wù)模式

智慧安全用電管理平臺(tái)主要有以下兩種業(yè)務(wù)模式：

(1) 數(shù)據(jù)云托管。平臺(tái)方提供、協(xié)助用戶(hù)完成智能終端設(shè)備(智能監(jiān)測(cè)儀表、電氣火災(zāi)探測(cè)器、剩余電流互感器、溫度傳感器、通信組網(wǎng)設(shè)備)的現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試，用戶(hù)將數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)方的云平臺(tái)，由平臺(tái)方負(fù)責(zé)云平臺(tái)數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)。用戶(hù)按設(shè)備接入點(diǎn)數(shù)向平臺(tái)方支付管理服務(wù)費(fèi)。

(2) 自建云平臺(tái)。用戶(hù)自行搭建私有云或者租用云平臺(tái)(阿里云、百度云)，并購(gòu)買(mǎi)云平臺(tái)管理軟件，將現(xiàn)場(chǎng)各種智能終端設(shè)備數(shù)據(jù)上送至云平臺(tái)，由用戶(hù)自行負(fù)責(zé)云平臺(tái)的維護(hù)和管理。

3 智慧安全用電管理平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

3.1 智慧安全用電管理平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智慧安全用電管理平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由剩余電流互感器、溫度傳感器、故障電弧探測(cè)器、組合式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器等組成。

(1) 剩余電流互感器是用于對(duì)漏電電流(即剩余電流)的檢測(cè)，它是一種特殊的變壓器，由線(xiàn)圈和鐵芯組成，其工作原理是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的復(fù)電流的代數(shù)和等于零。在線(xiàn)路與電氣設(shè)備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零，剩余電流互感器的二次側(cè)繞組無(wú)信號(hào)輸出；當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，各相電流的矢量和不為零，故障電流使剩余電流互感器的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，二次側(cè)繞組就會(huì)發(fā)出信號(hào)，當(dāng)電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器接收到信號(hào)后就會(huì)發(fā)出報(bào)警。

(2) 溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器，按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類(lèi)。

(3) 故障電弧探測(cè)器是指用于防范由電氣線(xiàn)路中的電弧故障所引發(fā)火災(zāi)的設(shè)備,是一種通過(guò)識(shí)別電弧特性探測(cè)電弧故障,以提供電弧故障報(bào)警的裝置。

(4) 組合式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器采用內(nèi)置的高性能單片機(jī)，通過(guò)外接剩余電流互感器和溫度傳感器采集被測(cè)線(xiàn)路上的剩余電流和溫度，并進(jìn)行智能分析處理。當(dāng)被測(cè)線(xiàn)路溫度或剩余電流達(dá)到報(bào)警閾值后探測(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、早期報(bào)警。

圖1 智慧安全用電管理平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

作為智慧安全用電管理平臺(tái)系統(tǒng)的主要組成部分，電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器的主要功能如下：①智能報(bào)警，支持報(bào)警閾值隨動(dòng)算法，有效解決因閾值設(shè)置不當(dāng)和靈敏度不一導(dǎo)致的剩余電流誤報(bào)和漏報(bào)的問(wèn)題，同時(shí)采用固有剩余電流補(bǔ)償技術(shù)，避免電氣設(shè)備和線(xiàn)路中正常剩余電流過(guò)大所引起的誤報(bào)警；②靈活選擇全波真有效值或?yàn)V波算法，測(cè)量不同類(lèi)型負(fù)載的真實(shí)剩余電流，掉電后裝置仍持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間并立即上傳數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)完整不丟失；③當(dāng)剩余電流、溫度探頭連接異常時(shí)，發(fā)出故障報(bào)警，并可進(jìn)行接線(xiàn)診斷、主動(dòng)監(jiān)測(cè)，確保裝置工作狀態(tài)正常；④標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝，安裝簡(jiǎn)單方便，采用開(kāi)口式CT，便于改造項(xiàng)目中免停電施工；⑤具有通信及網(wǎng)關(guān)功能，報(bào)警信息通過(guò)GPRS接口上傳，并采用IoT-350主動(dòng)上送協(xié)議，提高了響應(yīng)速度，節(jié)省了流量，同時(shí)支持各類(lèi)云平臺(tái)協(xié)議定制，可作為通信網(wǎng)關(guān)，把故障電弧探測(cè)器等接入平臺(tái)。

3.2 智慧安全用電管理平臺(tái)系統(tǒng)的組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)

系統(tǒng)支持多種無(wú)線(xiàn)通信組網(wǎng)方式(如NB-loT、GPRS無(wú)線(xiàn))，組網(wǎng)建設(shè)成本低，適合建設(shè)和部署，適用于遠(yuǎn)距離傳輸；信號(hào)穿墻能力強(qiáng)，避免障礙物影響通信效果；系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集全面，監(jiān)控范圍廣，能夠解決系統(tǒng)之間相互孤立的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)商通道結(jié)合，降低了建設(shè)成本，無(wú)需獨(dú)立主機(jī)和人員值守，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單。一旦發(fā)生故障，可快速定位位置、回路，可以以多種方式提醒運(yùn)行人員檢修。用戶(hù)不受時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境限制，可通過(guò)手機(jī)、短信實(shí)時(shí)接收系統(tǒng)的報(bào)警信息，實(shí)時(shí)高效。

3.3 智慧安全用電管理平臺(tái)系統(tǒng)主要功能

(1) 實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面展示。集中展現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況，多角度多效果地顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析；可對(duì)任意時(shí)間段進(jìn)行多次采集、分析、統(tǒng)計(jì)；對(duì)歷史數(shù)據(jù)(如剩余電流、溫度)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比(同比、環(huán)比)，分析異?；芈返膱?bào)警原因；精準(zhǔn)定位報(bào)警位置和遠(yuǎn)程管控；通過(guò)本地工作站，全面了解各單位用電狀態(tài)， 一旦提示異常，可快速定位位置、回路，及時(shí)進(jìn)行處理。

(2) 事件統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)歷史事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按照管理區(qū)域、管理單位、設(shè)備類(lèi)型、報(bào)警類(lèi)型、處理狀態(tài)等進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，并通過(guò)餅圖、棒圖、表格等方式展示分析結(jié)果；進(jìn)行設(shè)備基礎(chǔ)信息錄入和現(xiàn)場(chǎng)資料錄入，便于平臺(tái)或APP快速查詢(xún)與管理現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備信息，幫助現(xiàn)場(chǎng)建立設(shè)備檢修維護(hù)計(jì)劃。

(3) 安全評(píng)估報(bào)告及權(quán)限管理?；诤Ａ繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用，定期向客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的電氣安全評(píng)估報(bào)告；自定義現(xiàn)場(chǎng)賬戶(hù)，建立安全權(quán)限分配管理功能，通過(guò)對(duì)不同的賬戶(hù)分配不同的管理和查看權(quán)限，確保平臺(tái)數(shù)據(jù)的安全。

(4) 多種消息推送方式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的配置，將滿(mǎn)足觸發(fā)條件的各類(lèi)報(bào)警事件以短信息或者郵件形式發(fā)送到指定現(xiàn)場(chǎng)手機(jī)或者郵箱； 支持短信分級(jí)報(bào)警，當(dāng)異常狀態(tài)超時(shí)未處理，發(fā)送提醒短信至上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢修人員工作效率和狀況的監(jiān)督。

(5) 地圖監(jiān)測(cè)?；诘貓D的項(xiàng)目位置標(biāo)注，分色塊展示運(yùn)行狀況；地圖監(jiān)測(cè)界面有信息總覽、事件窗口展示，使用戶(hù)一覽無(wú)遺； 地圖界面還具有快速定位和緊急情況聯(lián)系方式。

(6) 報(bào)警與遠(yuǎn)程消音。精準(zhǔn)定位現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備故障，第一時(shí)間推送到手機(jī) APP；用戶(hù)可快速查詢(xún)每一天的歷史事件及設(shè)備信息，并可通過(guò)APP遠(yuǎn)程消音與復(fù)位。

(7) 實(shí)時(shí)監(jiān)控。隨時(shí)展示現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和通信狀態(tài)。

(8) 趨勢(shì)曲線(xiàn)分析。分析歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線(xiàn)，深入判斷和分析故障 發(fā)生的原因，及時(shí)排查電氣安全隱患；支持按日和按月查詢(xún)；并具有統(tǒng)計(jì)周報(bào)功能。

(9) 事件統(tǒng)計(jì)分析及信息管理。對(duì)各管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行事件排名統(tǒng)計(jì)和分類(lèi)事件占比分析，定位和確定重點(diǎn)管理區(qū)域和主要的事件類(lèi)型；用戶(hù)通過(guò)APP可查看各項(xiàng)目管理節(jié)點(diǎn)的緊急聯(lián)系人員電話(huà)，方便第一時(shí)間與現(xiàn)場(chǎng)人員保持聯(lián)系。

4 結(jié)語(yǔ)

智慧安全用電管理平臺(tái)采用集中監(jiān)控+APP+Web+線(xiàn)下巡檢多維度監(jiān)管的模式，所有電氣數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳送到云平臺(tái)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和分析[2]，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備的集中監(jiān)控和管理；采用多級(jí)故障預(yù)警+多方式報(bào)警，能夠建立有效的故障預(yù)警和報(bào)警機(jī)制，及早發(fā)現(xiàn)電氣安全隱患，提前對(duì)電氣安全大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)電氣線(xiàn)路進(jìn)行維護(hù)和管理，對(duì)用電安全進(jìn)行診斷評(píng)估，杜絕事故發(fā)生[3]；基于新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用，對(duì)電氣線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)全天候的監(jiān)測(cè)和管理，杜絕電氣線(xiàn)路和設(shè)備帶病運(yùn)行。